นิพนธ์เชิงวิชาการ: กรอบความคิดเพื่อการอ่านพฤติกรรมกระแส RF บนสายอากาศ

A Step-by-Step Mental Framework for Visualizing Current Distribution on Arbitrary-Length Wire Antennas

โดย จิตรยุทธ จุณณะภาต / Jitrayut Chunnabhata (HS0DJU)
Electrical Engineer
Former Senior Member of Technical Staff (Semiconductor Industry)
Independent Researcher in Applied Electromagnetics
หมายเหตุ: บทความนี้สงวนลิขสิทธิ์โดยผู้เขียน (โปรดดูรายละเอียดด้านล่างสุด)

---

บทสรุปการสร้างองค์ความรู้ (Knowledge Creation Summary)  

ในปัจจุบัน องค์ความรู้ด้านการวิเคราะห์สายอากาศมักถูกแบ่งออกเป็น 2 ขั้วสุดโต่ง ฝั่งแรกคือ ตำราวิชาการเชิงทฤษฎี (Academics) ที่อัดแน่นด้วยสมการทางคณิตศาสตร์และ Maxwell's equations ที่เข้มงวด แต่นำไปประยุกต์ใช้หน้างานจริงด้วย "กระดาษกับดินสอ" ได้ยาก ฝั่งที่สองคือ กลุ่มผู้ใช้งานซอฟต์แวร์จำลอง (Software Users) ที่พึ่งพาโปรแกรมคำนวณอย่าง EZNEC หรือ MMANA โดยปล่อยให้กระบวนการทางฟิสิกส์กลายเป็นกล่องดำ (Black Box) โดยละเลยความเข้าใจเรื่องกระแสและการหักล้างของเฟสระหว่างทาง

บทความนี้นำเสนอ "กรอบโครงสร้างความคิดสำหรับการมองภาพกระแส RF บนสายอากาศความยาวอิสระ" (Jitrayut's Step-by-Step Mental Framework) ซึ่งทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมช่องว่าง (The Missing Gap) ระหว่างคณิตศาสตร์ขั้นสูงกับโปรแกรมสำเร็จรูป ผ่านระบบระเบียบวิธีคิดแบบเป็นขั้นตอนที่ช่วยให้วิศวกรและนักทดลองสามารถจำลองและทำนายพฤติกรรมกระแส เฟส และอิมพีแดนซ์ในหัวได้อย่างแม่นยำ ก่อนพึ่งพาซอฟต์แวร์ เพื่อยกระดับสัญชาตญาณทางวิศวกรรมสู่การออกแบบสายอากาศอย่างแท้จริง

In the realm of antenna analysis, existing literature typically falls into two extremes: the highly rigorous Academic approach, laden with complex Maxwell’s equations that are difficult to apply intuitively in the field, and the Software Simulation approach, where engineers rely blindly on tools like EZNEC or MMANA, treating physical wave interactions as a black box.

This paper introduces Jitrayut’s Step-by-Step Mental Framework, designed to bridge this critical gap. By establishing a systematic cognitive model based on first principles, this framework empowers radio engineers and researchers to visualize RF current distribution, phase relationships, and boundary conditions on arbitrary-length wire antennas (xλxλ) using a "paper-and-pencil" approach—fostering deep physical intuition well before simulation.

บทนำ  

การออกแบบสายอากาศมีหลายแนวทาง หนึ่งในนั้นอาจจะใช้โปรแกรมจำลองหรือวิเคราะห์การทำงานช่วยบอกเราว่าผลการทำงานน่าจะเป็นเช่นไรก่อนการสร้างและทดสอบจริง  แต่โปรแกรมเหล่านั้นไม่สามารถสังเคราะห์ลักษณะของสายอากาศให้กับผู้ออกแบบได้   นั่นคือผู้ออกแบบยังคงต้องออกแบบเองอยู่  ดังนั้นถ้าผู้ออกแบบมีแบบจำลองทางความคิด (mental model) ที่มองเห็นสิ่งที่ควรจะเกิดขึ้นก่อนการป้อนข้อมูลรูปร่างหน้าตาของสายอากาศเข้าไปในโปรแกรม น่าจะเป็นข้อได้เปรียบมากในการออกแบบสายอากาศ  อย่างไรก็ตาม องค์ความรู้ในเรื่องนี้ไม่มีวัตถุประสงค์ในการแทนที่โปรแกรมหรือซอฟท์แวร์จำลองสายอากาศแต่อย่างใด เพียงแต่ให้แนวคิดเชิงสัญชาตญาณเพื่อนำไปทำงานร่วมกันกับโปรแกรมหรือซอฟท์แวร์จำลองสายอากาศเหล่านั้นให้ได้ประสิทธิผลสูงสุดต่อไป 

สายอากาศทำงานได้อย่างไร  

ในทางวิศวกรรมความถี่วิทยุ (RF Engineering) การทำความเข้าใจว่าสายอากาศแผ่คลื่นออกไปได้อย่างไร มักเริ่มต้นจากการมองพฤติกรรมของกระแสไฟฟ้าสลับที่วิ่งอยู่บนตัวนำโลหะ

คลื่นนิ่งของกระแสไฟฟ้า RF (RF Standing Waves): เมื่อพลังงานความถี่วิทยุถูกส่งผ่านตัวนำ ปลายเปิดของโลหะจะทำหน้าที่เป็นจุดสะท้อนคลื่น เกิดการซ้อนทับกันระหว่างคลื่นตกกระทบและคลื่นสะท้อนจนกลายเป็น "คลื่นนิ่ง" (Standing Wave) ซึ่งทำให้เกิดการกระจายตัวของกระแสและแรงดันที่ไม่สม่ำเสมอตลอดความยาวของตัวนำ

Near Field และ Far Field: พลังงานรอบตัวนำจะแบ่งออกเป็นสนามใกล้ (Near Field - ส่วนใหญ่เป็นพลังงานรีแอคทีฟของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าที่เกาะอยู่รอบตัวนำ) และสนามไกล (Far Field - คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่หลุดออกไปสู่อวกาศเป็นคลื่นระนาบ) ซึ่งการจะเกิด Far Field ที่มีประสิทธิภาพได้นั้น จะต้องอาศัยการไหลของกระแสบนตัวนำในปริมาณที่ถูกต้องและมีทิศทางเสริมกัน

การกระจายตัวของกระแสไฟฟ้า RF ในสายอากาศไดโพลแบบครึ่งคลื่น (Half-wave Dipole)  

เพื่อสร้างความเข้าใจพื้นฐานสายอากาศมาตรฐานอย่าง Half-wave (½λ) Dipole 

โครงสร้างนี้ประกอบด้วยก้านโลหะยาวด้านละ ¼λ รวมเป็นความยาวทางไฟฟ้าครึ่งคลื่นพอดี

ตามเงื่อนไขขอบเขตทางฟิสิกส์ ที่ปลายเปิดทั้งสองข้างของก้านโลหะจะมีค่ากระแสเป็นศูนย์ (I = 0) และมีแรงดันสูงสุด (High-Z) 

เมื่อไล่ความยาวเข้ามาสู่จุดป้อนตรงกลาง คลื่นกระแสจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นจนไปถึงจุดสูงสุด (Current Maximum / Low-Z) ที่บริเวณจุดป้อนพอดี ทำให้ระบบสามารถดึงพลังงานจากสายส่งมาแผ่กระจายได้อย่างสมบูรณ์

รูปที่ 1 สายอากาศไดโพลแบบครึ่งคลื่น จะ
เห็นการกระจายขนาดและเฟสของกระแส
ไฟฟ้าความถี่สูง (RF current, I_RF) บนลวดตัวนำ

รูปที่ 1 แสดงขนาดและเฟสของกระแสไฟฟ้าความถี่สูงที่ตำแหน่งต่างๆ บนลวดตัวนำของสายอากาศไดโพลแบบครึ่งคลื่นมาตรฐานที่เราคุ้นเคยในรูป (a) และถูกป้อนตรงกลาง (ตำแหน่ง C) ซึ่งเมื่อใช้โปรแกรม EZNEC ช่วยวิเคราะห์จะเห็นในรูป (c) ว่ากระแสที่บริเวณ A และ B บนสายอากาศมีเฟสเดียวกัน อยู่ใกล้เคียงกันในแผนผังเฟส (Phase Diagram) ในรูป (d) โดยที่จุดป้อน C มีเฟสอ้างอิงเป็น 0ᴼ  เสมอ และเฟสของกระแสไฟฟ้าที่จุดต่างๆ จะเทียบกับจุดป้อนนี้ 

แผนผังเฟส (Phase Diagram) ในรูป (d) มีความสำคัญมากเพราะช่วยให้เราเห็นว่าเฟสของกระแสไฟฟ้าความถี่สูง (I_RF) ที่ตำแหน่งต่างๆ บนตัวนำของสายอากาศว่าเป็นเฟสเดียวกัน ต่างกน หรือกลับกันอย่างไร  ในรูปที่ 1 จะเห็นว่าเฟสที่ A และ B เกือบเท่ากันโดยสมบูรณ์ ทำให้คลื่นที่แพร่กระจายจากสองส่วนนี้มีเฟสเสริมกัน และได้รูปแบบการแพร่กระจายคลื่น (Radiation Pattern) ในรูปที่ 1(b) หรือโดนัทที่ไม่มีรูตรงกลางที่คุ้นเคย 

ก้านสายอากาศที่ความยาวอื่นและ/หรือป้อนจุดอื่น  

ในโลกความเป็นจริง เราไม่ได้จำกัดอยู่แค่ไดโพลครึ่งคลื่นที่สมมาตรเสมอไป ไม่ว่าจะโดยตั้งใจหรือไม่ สายอากาศอาจจะมีความยาว ไม่ใช่ครึ่งความยาวคลื่น (≠ ½λ ) และจุดป้อนไม่อยู่ตรงกลางก็ได้  เมื่อความยาวของก้านโลหะและตำแหน่งจุดป้อนเปลี่ยนไป ปัญหาที่ตามมาคือ:

การกลับเฟสของกระแส: หากก้านโลหะด้านใดยาวเกิน ½λ หรือครึ่งความยาวคลื่น กระแสไฟฟ้าความถี่สูง (RF current) จะวิ่งครบครึ่งลูป ทำให้ส่วนเกินเกิดการเปลี่ยนทิศทางหรือ "กลับเฟส" ของกระแสบนก้านโลหะช่วงนั้น

ความต่อเนื่องของขนาดกระแสที่จุดป้อน: ไม่ว่าโครงสร้างจะอสมมาตร (ก้านซ้าย-ขวา มีความยาวต่างกัน) เพียงใด แต่ตามกฎการอนุรักษ์กระแส (Current Continuity) ขนาดกระแสที่วิ่งมาบรรจบกันทั้งสองด้านของจุดป้อนจะต้องมีความต่อเนื่องกัน

ความต่อเนื่องของเฟส: เฟสของกระแสที่จุดป้อนทั้งสองด้านต้องสอดคล้องกัน เพื่อไม่ให้เกิดการหักล้างกันเองจนพลังงานหายไป 

รูปที่ 2 ตัวอย่างสายอากาศไดโพลที่ยาว ½λ 

และ 1λ  ซึ่งถูกป้อนที่ตำแหน่งกลางและเยื้อง
จากตำแหน่งกลาง อาจจะให้แพทเทิร์นต่างกัน

รูปที่ 2 เป็นตัวอย่างของสายอากาศไดโพลขนาดต่างกันและป้อนต่างกัน จะเห็นว่าในรูป 2(a) และ 2(b) สายอากาศไดโพลยาว ½λ  ไม่ว่าจะถูกป้อนที่ตำแหน่งตรงกลาง (center-fed) หรือเยื้องจากตำแหน่งกลางออกไป (off-center-fed) คลื่นทั้งสองด้านของก้านโลหะจะเป็นเฟสเดียวกันเสมอและได้รูปแบบการแพร่กระจายคลื่นรวมเป็นโดนัทไม่มีรูตรงกลางแบบมาตรฐาน  

ในขณะที่สายอากาศไดโพลในรูป 2(c) และ 2(d) ยาว 1λ  และจะเห็นว่าถ้าถูกป้อนตรงกลาง (รูป c) เฟสของกระแสไฟฟ้าความถี่สูง (I_RF) ที่ก้านโลหะด้านบนและล่างจะเป็นเฟสเดียวกัน (In-phase) ทำให้คลื่นจากทั้งสองด้านเสริมกันทำให้เกนสูงขึ้น    แต่เมื่อถูกป้อนเยื้องไปจากกึ่งกลางเช่นในรูป (d) เฟสของกระแสไฟฟ้าความถี่สูง (I_RF) ที่ก้านโลหะด้านบนและล่างจตรงกันข้ามกัน (In-phase) คลื่นจากทั้งสองด้านจะหักล้างกันในทิศตั้งฉากกันแกนสายอากาศ และเสริมกันในมุมอื่น รูปแบบการแพร่กระจายคลื่นจะคล้ายดอกไม้ตามด้านล่างของรูป 2(d)  

และผุ้ออกแบบควรต้องรู้เกี่ยวกับความแตกต่างที่มีนัยสำคัญมากนี้ก่อนจะสร้างหรือแม้แต่ป้อนข้อมูลทางกายภาพของสายอากาศเข้ายังโปรแกรมจำลองสายอากาศต่างๆ   คำถามคือ เราจะมีวิธีการอย่างไรให้สามารถสร้างกรอบความคิดเหล่านี้ในใจได้   

ข้อสังเกต ภาพแสดงขนาดกระแสไฟฟ้าความถี่สูงที่ได้จาก EZNEC ไม่แสดงเฟสว่ากลับกันหรือไม่ โดยจะเขียนด้านเดียวกันตลอด  ไม่แสดงเฟสที่กลับกันในภาพ โดยต้องดูเฟสในตาราง "Currents" (ดูรูป 1c) และแปลความหมายออกเป็นแผนผังเฟส (Phase Diagram) (ดูรูป 1d)  จึงจะเห็นว่าเฟสต่างกันหรือไม่อย่างไร และ/หรือ สังเกตจากรูปแบบการแพร่กระจายคลื่นรวมว่ามีกลีบ (lobe) ผิดปกติหรือไม่ 

---

กฎเชิงโครงสร้างสำหรับการคาดการณ์การกระจายกระแสและเฟสบนโลหะสายอากาศ  
โดย Jitrayut Chunnabhata   

เพื่อให้เราสามารถมองเห็นภาพการเสริมหรือหักล้างกันของคลื่นที่เกิดจากเฟสที่สอดคล้องกันหรือเหลื่อมกันได้โดยไม่ต้องพึ่งพาซอฟต์แวร์จำลองตั้งแต่เริ่มต้น เราสามารถใช้หลักการพิจารณา 7 ข้อดังนี้:

1. ปลาย Whip ต้องมีกระแสเป็นศูนย์ (I = 0): ยึดเป็นจุดเริ่มต้นของขอบเขตเสมอเพราะเป็นปลายเปิด
2. การไล่กระแสจากปลายเข้าสู่ Source:
• สมมติทิศทางกระแสเริ่มต้นขึ้น 1 ทิศ
• ขนาดกระแสจะเพิ่มขึ้นตามระยะทางที่ห่างจากปลาย โดยจะสูงสุดที่ระยะประมาณ ¼λ   
•  หลังจากระยะ ¼λ ขนาดกระแสจะลดลงจนต่ำสุดที่ระยะ ¼λ ถัดไป (ครบ ½λ จะเกิดการกลับทิศทางตามลักษณะของ Sine Function)
3. ทำซ้ำทั้งสองด้าน: 
• ทำขั้นตอนที่ 2 กับก้านโลหะทั้งสองฝั่ง เข้ามาหาจุดป้อน
4. ความต่อเนื่องที่จุดป้อน (Source): ก้านโลหะทั้งสองฝั่งที่ติดกับจุดป้อนต้องมีทิศทางกระแสเดียวกันและมีขนาดที่ต่อเนื่องกัน  ให้พิจารณาลักษณะของกระแสแต่ละด้านของจุดป้อนว่าเป็นกรณีใดดังต่อไปนี้ 
• 4.1) ถ้าขนาดกระแสของทั้งสองด้านของจุดป้อนไม่เป็นศูนย์ 
• การแก้ไขทิศทางของกระแส: หากทิศทางกระแสที่วิ่งมาพบกันที่จุดป้อนมีทิศตรงกันข้ามกัน (ซึ่งเป็นไปไม่ได้ในทางกายภาพ) ให้ทำการกลับทิศทางกระแสทั้งหมดบนก้านใดก้านหนึ่ง (แสดงว่าการสมมติทิศทางในตอนแรกสวนทางกับความเป็นจริง) เพื่อให้กระแสสองด้านมีเฟสเดียวกัน ณ จุดป้อน 
• การปรับขนาดกระแส: ขนาดกระแสของทั้งสองด้านจะต้องถูกปรับเฉลี่ยให้มีความต่อเนื่องกัน
• 4.2) ถ้าขนาดกระแสของทั้งสองด้านของจุดป้อนเป็นศูนย์ 
• การกำหนดทิศทางของกระแส: 
• กรณีนี้เราจะคาดเดาเฟสของกระแสทั้งสองด้านเทียบกันเองโดยทันทีไม่ได้ 
• ดูความยาวของโลหะจากจุดป้อนไปยังปลายสายอากาศและย้อนกลับมาจนถึงจุดสูงสุดของลูกคลื่นไซน์ที่ใกล้กับจุดป้อน  ดูเช่นนี้ทั้งสองด้าน  ว่าแต่ละด้านมีความยาวแตกต่างกันเท่าไร 
• ถ้าความยาวเท่ากัน แสดงว่าจุดสูงสุดของลูกคลื่นไซน์ทั้งสองด้าน in-phase
• ถ้าระยะที่ต่างกันทำให้เฟสต่างกันไม่เกิน 90° ถือว่าทั้งสองด้านนั้น in-phase 
• ถ้าระยะที่ต่างกันทำให้เเฟสต่างกันเกิน 90° ถือว่าทั้งสองด้านนั้น out-of-phase
• จากนั้นปรับภาพทิศของกระแสบนก้านโลหะให้ถูกต้องทั้งสองด้านของจุดป้อน
• 4.3) ถ้าขนาดกระแสเพียงด้านเดียวของจุดป้อนเป็นศูนย์ แต่อีกด้านไม่เป็นศูนย์
• การกำหนดทิศทางของกระแส: 
• กรณีนี้เราจะคาดเดาเฟสของกระแสทั้งสองด้านเทียบกันเองโดยทันทีไม่ได้เช่นกัน 
• ข้อสังเกต1 กระแสบนโลหะด้านที่ “ไม่” ได้มีขนาดกระแสมาเป็นศูนย์ที่จุดป้อน จะถูกกด (suppressed) ให้มีขนาดกระแสต่ำลงตลอดก้านโลหะด้านนั้น
• ดูความยาวของโลหะจากจุดป้อนไปยังปลายสายอากาศและย้อนกลับมาจนถึงจุดสูงสุดของลูกคลื่นไซน์ที่ใกล้กับจุดป้อน  ดูเช่นนี้ทั้งสองด้าน  ว่าแต่ละด้านมีความยาวแตกต่างกันเท่าไร 
• ถ้าความยาวเท่ากัน แสดงว่าจุดสูงสุดของลูกคลื่นไซน์ทั้งสองด้าน in-phase
• ถ้าระยะที่ต่างกันทำให้เฟสต่างกันไม่เกิน 90° ถือว่าทั้งสองด้านนั้น in-phase 
• ถ้าระยะที่ต่างกันทำให้เเฟสต่างกันเกิน 90° ถือว่าทั้งสองด้านนั้น out-of-phase
• จากนั้นปรับภาพทิศของกระแสบนก้านโลหะให้ถูกต้องทั้งสองด้านของจุดป้อน
• ข้อสังเกต2 เฟสของกระแสในคลื่นลูกใกล้จุดป้อนที่สุดด้านที่ถูก suppress อาจไม่มีเฟสตรงหรือกลับอย่างชัดเจนเสียทีเดียว  ส่วนเฟสในช่วงอื่นจะยังถูกต้องตามที่ควรจะเป็น 

---

ตัวอย่างขั้นตอนการเขียนกระแสและเฟสบนก้านสายอากาศ  

ตัวอย่างที่ 1 สายอากาศไดโพลครึ่งคลื่น (½λ dipole antenna)    

เริ่มด้วยสายอากาศที่เราคุ้นเคยกันคือไดโพลขนาดครึ่งคลื่น (½λ-dipole) ซึ่งที่จริงแล้วเมื่อเราสร้างใช้งานจริงหรือแม้แต่เปลี่ยนความถี่ใช้งาน ความยาวของมันก็จะไม่เป็นครึ่งความยาวคลื่นอีกต่อไป 

รูปที่ 3 ไดโพลครึ่งคลื่น 

(½λ- dipole) ป้อนตรงกลาง

ดูรูปที่ 3(a)  เราเริ่มต้นด้วยขั้นตอนที่ 1-2  โดยเขียนขนาดของกระแสที่ปลายก้านสายอากาศด้านบน เริ่มจากขนาดต่ำสุด จากนั้นไล่เข้าไปยังจุดป้อนของสายอากาศซึ่งเป็นระยะประมาณ ¼λ   ทำให้ขนาดโดยประมาณของกระแสมีค่าสูงสุด  จากนั้นทำ 3 คือทำขั้นตอนที่ 3 ซ้ำแต่เริ่มจากปลายด้านล่างและไล่ขนาดกระแสสูงขึ้นไปยังจุดป้อนตรงกลาง   ในขั้นตอน 4 เราเลือกทำ 4.1 เพราะขนาดกระแสของทั้งสองด้านของจุดป้อนไม่เป็นศูนย์  จะเห็นว่าในกรณีตามภาพตัวอย่างนี้เราสมมติทิศ (เฟส) ของกระแสไว้ถูกต้อง ทำให้เฟสบรรจบที่ด้านเดียวกันพอดี  จึงไม่ต้องแก้ไขทิศและขนาดของกระแสในภาพ และได้ลักษณะการกระจายของขนาด-เฟสของกระแสในรูปที่ 3(a)    ซึ่งหมายความว่าเฟสของก้านโลหะทั้งสองด้านเป็นเฟสเดียวกัน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ออกจากก้านโลหะทั้งสองด้านควรมีเฟสเสริมกัน 

รูปที่ 3(b) เป็นผลการจำลองการกระจายกระแสของสายอากาศนี้ด้วยโปรแกรม EZNEC จะเห็นได้ว่าเป็นไปในรูปแบบเดียวกันกับที่เราคาดการณ์ด้วยขั้นตอนการเขียนกระแสและเฟสบนก้านสายอากาศ และรูปที่ 3(c) เป็นรูปแบบการแพร่กระจายคลื่นของสายอากาศนี้ 

ตัวอย่างที่ 2 สายอากาศไดโพลยาวกว่าครึ่งคลื่นเล็กน้อย (Slightly ½λ+ dipole antenna)    

เมื่อสายอากาศไดโพลยาวกว่า ½λ เล็กน้อย เราสามารถเขียนสายอากาศนี้ได้ดังในรูป 4(a) และเนื่องจากขนาดของสายอากาศแต่ละด้านยาวกว่า ¼λ  กระแสส่วนที่เกิน ¼λ จะเริ่มลดขนาดลงจนถึงจุดป้อน   การทำตามขั้นตอนที่ 1-3 และ 4.1 จึงทำให้ได้ลักษณะการกระจายของกระแสเป็นตามในรูปที่ 4(a)  

รูปที่ 4 สายอากาศความยาวรวมมากกว่า

ครึ่งคลื่น (½λ) เล็กน้อย ป้อนตรงกลาง

และเมื่อจำลองการกระจายกระแสของสายอากาศในรูปที่ 4 นี้ด้วยโปรแกรม EZNEC จะเห็นในรูป 4(b) ว่าเป็นไปในรูปแบบเดียวกันกับที่เราคาดการณ์ด้วยขั้นตอนการเขียนกระแสและเฟสบนก้านสายอากาศในรูปที่ 4(a)   และรูปที่ 4(c) เป็นรูปแบบการแพร่กระจายคลื่นของสายอากาศนี้   คือใกล้เคียงกับสายอากาศ ½λ-dipole แต่อาจจะแตกต่างไปทั้งด้านแพทเทิร์นและอิมพีแดนซ์ที่จุดป้อน (อิมพีแดนซ์จะสูงกว่า 72Ω และเป็น inductive มาก) 

รูปที่ 5 เป็นสายอากาศไดโพลความยาวยาวกว่า ½λ ประมาณ 20%  และจุดป้อนอยู่เยื้องจากศูนย์กลางประมาณ 20% จะเห็นว่าเมื่อเราเขียนการกระจายของกระแสด้วยขั้นตอนที่ 1-3 และ 4.1 จะได้เป็นตามภาพที่ 5(a) 

รูปที่ 5 สายอากาศความยาวรวมมากกว่า

ครึ่งคลื่น (½λ) เล็กน้อย ป้อนเยื้อง

จากศูนย์กลาง

จะเห็นว่าขนาดของกระแสในรูปที่ 5(a) จากก้านบนและล่างที่จุดป้อนมีค่าต่างกัน เราจึงต้องปรับปรุงกระแสที่จุดป้อนเฉลี่ยให้เท่ากัน ได้รูปที่ 5(b)   และเมื่อป้อนสายอากาศขนาดยาว ½λ+20% และป้อนเยื้องจากจุดศูนย์กลาง 20% ลงในโปรแกรมจำลองสายอากาศ EZNEC  จะได้ลักษณะการกระจายกระแสในรูปที่ 5(c) และแพทเทิร์นการกระจายคลื่นในรูปที่ 5(d) 

ตัวอย่างที่ 3 สายอากาศไดโพลสั้นกว่าเต็มคลื่นเล็กน้อย (Slightly 1λ- dipole antenna)    

รูปที่ 6.1 ขั้นตอนการเขียนทิศกระแส I_RF 

บนสายอากาศไดโพลที่สั้นกว่า 1λ  

(Full-wave) เล็กน้อย และป้อนตรงกลาง

รูปที่ 6.1 เป็นสายอากาศไดโพลความยาวสั้นกว่า 1λ เล็กน้อย   เมื่อทำตามขั้นตอน 1-3 และ 4.1 จะได้รูป 6.1(a)  ซึ่งจะเห็นว่าที่จุดป้อนนั้นเฟสของกระแสกลับด้านกันซึ่งขัดกับหลักทางฟิสิกส์  แสดงว่าเราสมมติเฟสของกระแสผิดไปหนึ่งด้าน   ในรูป 6.1(b) เราแก้ไขเฟสของกระแสก้านล่างให้ถูกต้องตรงกับก้านบน  และเมื่อใส่ขนาดของสายอากาศเข้าในโปรแกรม EZNEC จะได้การกระจายกระแสในรูปที่ 6.1(c) และรูปแบบการแพร่กระจายคลื่นในรูป 6.1(d) 

รูปที่ 6.2 ผลการจำลองการทำงานของ

สายอากาศไดโพลแบบเต็มคลื่น

(Full-wave dipole) ป้อนตรงกลาง

ถ้าเราดูรายละเอียดของการกระจายกระแสว่าเป็นเฟสอย่างไร จะเห็นตามรูป 6.2(c) และสามารถเขียนลงบนไดอาแกรมแสดงเฟสบนก้านโลหะได้ในรูปที่ 6.2(d) ซึ่งจะเห็นว่าเฟสของกระแส I_RF ทั้งสองด้านเป็นเฟสเดียวกัน ดังนั้นคลื่นจากก้านบนและล่างจะเสริมกัน ทำให้สายอากาศนี้มีทิศทาง (Directivity) ดีกว่าสายอากาศแบบไดโพลครึ่งคลื่นตามปกตินิดหน่อย 

ตัวอย่างที่ 4 สายอากาศไดโพลสั้นกว่าเต็มคลื่นเล็กน้อยป้อนเยื้อง (Slightly 1λ- dipole antenna Off-Center Fed )    

คราวนี้เราลองสร้างสายอากาศที่สั้นกว่าความยาวเต็มคลื่น (1λ) เล็กน้อย แต่ขยับจุดป้อนออกจากตรงกลาง   และวาดภาพกระแสไฟฟ้าความถี่สูง (I_RF) ตามขั้นตอนที่ 1-3 และ 4.1   รูป 7.1(a) ที่เขียนขึ้นตอนแรกมีเฟสของกระแสก้านบนและล่างตรงกันข้ามกัน จึงต้องแก้ไขเป็นด้านเดียวกันในรูปที่ 7.1(b) และเพราะขนาดของกระแสต่างกันเล็กน้อย จึงปรับเฉลี่ยให้เท่ากันในรูปที่ 7.1(c)     เมื่อนำข้อมูลขนาดสายอากาศละจุดป้อนใส่ลงในโปรแกรม EZNEC จะคำนวณขนาดการกระจายกระแสได้ในรูปที่ 7.1(d) (EZNEC จะไม่แสดงเฟสกระแสในรูป (d) โดยแสดงแต่ขนาด  ผู้ใช้ต้องดูเฟสของกระแสแต่ละจุดในตารางแยกต่างหาก) และคำนวณรูปร่างการแพร่กระจายคลื่นได้ในรูปที่ 7.1(e) 

รูปที่ 7.1 ขั้นตอนการเขียนทิศกระแส I_RF 

บนสายอากาศไดโพลที่สั้นกว่าเต็มคลื่น

(Full-wave dipole) นิดหน่อย 

และจุดป้อนสัญญาณเยื้องจากตรงกลาง

จะเห็นว่าลักษระการแพร่กระจายคลื่นในรูป 7.1(e) ไม่ได้เป็นรูปโดนัทไม่มีรูตรงกลางอีกต่อไป (เทียบกับรูป 6.1(d) ซึ่งเป็นสายอากาศที่ยาวเท่ากัน แต่จุดป้อนอยู่ตรงกลาง)   แต่คล้ายดอกไม้และมี lobe (กลีบ) เกิดขึ้น  เพราะการเปลี่ยนจุดป้อนทำให้เฟสของกระแสไฟฟ้าความถี่สูงที่ก้านบนและล่างมีเฟสตรงกันข้ามกันดังในรูปที่ 7.2(d) 

รูปที่ 7.2 ผลการจำลองการทำงานของ

สายอากาศไดโพลที่สั้นกว่าเต็มคลื่น

(Full-wave dipole) นิดหน่อย และจุดป้อน

เยื้องจากตรงกลางตามในรูปที่ 7.1

ตัวอย่างที่ 5 สายอากาศไดโพลเต็มคลื่นป้อนกลาง (1λ- dipole antenna, center-fed)   

เป็นสายอากาศอีกชนิดหนึ่งที่น่าสนใจ  สาเหตุที่นำมาไว้เป็นตัวอย่างที่ 5 หลังจากผ่านไปหลายตัวอย่างเพราะเมื่อเราเขียนเส้นกระแสบนแต่ละก้านของสายอากาศโดยเริ่่มจากปลายมาจรดที่จุดป้อนตรงกึ่งกลางตามขั้นตอนที่ 1-3  จะเห็นว่ากระแสจากทั้งสองด้านมีค่าต่ำมาก (จุด minimum หรือต่ำสุด) ที่จุดป้อนพอดี ทำให้เราไม่สามารถเราหรืออนุมานได้ว่าเฟสของกระแสทั้งสองด้านเหมือนกัน หรือต่างกัน หรือต่อเนื่องกันอย่างไร นั่นคือในรูปที่ 8(a) เราไม่รู้ว่ากระแสที่ก้านล่างของสายอากาศจะมีเฟสตรงหรือตรงกันข้ามกับกระแสที่ก้านบน  กรณีนี้เราต้องทำตามขั้นตอนที่ 4.2 

ในรูปที่ 8(b) เราไล่ระยะของสายอากาศจากจุดป้อนไปถึงปลายก้านโลหะ จากนั้นวนกลับมาถึงจุดสูงสุดของลูกคลื่นไซน์ที่ใกล้กับจุดป้อน (เส้น (1) สีเขียว) และทำเช่นเดียวกันกับก้านโลหะด้านล่างได้เส้น (2) สีแดง   จะเห็นว่าทั้งสองเส้นมีระยะ ¾λ เท่ากัน  จึงหมายความว่าจุดสูงสุดของลูกคลื่นไซน์ทั้งสองมีเฟสเดียวกัน  และเขียนลักษณะของเฟสของกระแสไฟฟ้าความถี่สูงบนสายอากาศนี้ได้ในรูปที่ 8(c) 

เมื่อนำข้อมูลทั้งหมดป้อนลงในโปรแกรม EZNEC  จะคำนวณการกระจายกระแสได้ในรูปที่ 8(d)  มีแพทเทิร์นแบบโดนัทที่แบนลงเล็กน้อยและไม่เป็นลักษณะกลีบ (lobe) แสดงว่าเฟสของคลื่นจากก้านด้านบนและล่างของสายอากาศนี้เสริมกัน (เฟสเดียวกัน)  ตารางแสดงเฟสของกระแส I_RF ในรูป 8(f) ซึ่งวาดลงแผนผังเฟสในรูปที่ 8(g) เป็นสิ่งยืนยันว่ารูปที่ 8(c) ที่เราวาดขึ้นตามขั้นตอนของ กฎเชิงโครงสร้างสำหรับการคาดการณ์การกระจายกระแสและเฟสบนโลหะสายอากาศ นั้นถูกต้อง 

รูปที่ 8 สายอากาศแบบไดโพลเต็มคลื่น
(Full-wave dipole) ป้อนกลาง

ตัวอย่างที่ 6 สายอากาศ  1.25λ ป้อนที่ระยะ 0.5λ จากปลาย (1.25λ  antenna, 0.5λ edge-fed)   

เป็นตัวอย่างที่ซับซ้อนขึ้น เราทดลองสร้างสายอากาศจากลวดตัวนำความยาว 1.25λ  โดยป้อนสัญญาณห่างจากปลายด้านหนึ่งเป็นระยะ 0.5λ    เมื่อทดลองคาดการณ์การกระจายของกระแส   เมื่อทำตามขั้นตอน 1-3 เบื้องต้นจะได้ตามรูปที่ 9(a)  ให้สังเกตว่าลูกคลื่นจากปลายด้านบนมาจรดที่จุดป้อนมีขนาดเป็นศูนย์ ในขณะที่ลูกคลื่นจากปลายด้านล่างมาจรดที่จุดป้อนไม่มีขนาดเป็นศูนย์ ทำให้เราไม่รู้ว่าเฟสของคลื่นด้านล่างเป็นแบบใด (เขียนความเป็นไปได้ไว้สองเส้น คือเส้นทึบสีฟ้า และเส้นประสีฟ้า)  จึงทำตามขั้นตอน 4.3 ต่อไป  

ในขั้นตอน 4.3 เมื่อดูความยาวของโลหะจากจุดป้อนไปยังปลายสายอากาศและย้อนกลับมาจนถึงจุดสูงสุดของลูกคลื่นไซน์ที่ใกล้กับจุดป้อนทั้งสองด้าน  จะเห็นว่าด้าน (1) และ (2) ในรูปที่ 9(b) มีระยะต่างกันประมาณ ≈ 3(¼λ) = 3(90ᴼ) = 270ᴼ  และเป็นเฟสของกลีบก้านล่างใกล้กับจุดป้อนที่สุดที่ช้ากว่าก้านด้านบน  โดยขนาดของกระแส I_RF ในก้านโลหะด้านล่างจะถูกกดให้ต่ำลง (รูปที่ 9c) และคลื่นในก้านโลหะด้านล่าง (ลูกศร A และ B ในรูปที่ 9d) จะมีเฟสต่างกันเอง 180ᴼ ด้วย 

เมื่อนำข้อมูลทั้งหมดป้อนลงในโปรแกรม EZNEC ให้ช่วยคำนวณขนาดและเฟสของกระแสไฟฟ้าความถี่สูงบนก้านโลหะสายอากาศ จะได้ตามรูปที่ 9(d) และรูปแบบการแพร่กระจายคลื่นในรูปที่ 9(e) ซึ่งได้อิทธิพลส่วนใหญ่มาจากกระแส RF ในก้านด้านบนซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าก้านด้านล่างที่ถูกกดขนาด (suppress) ลง

รูปที่ 9(f) และ 9(g) แสดงขนาดและมุมเฟสของกระแส  ในแต่ละส่วนของโลหะสายอากาศ และแผนผังเฟส (Phase Diagram) ที่ได้จาก EZNEC  จะเห็นว่าสอดคล้องกับการร่างด้วย กฎเชิงโครงสร้างสำหรับการคาดการณ์การกระจายกระแสและเฟสบนโลหะสายอากาศ นี้ 

รูปที่ 9 สายอากาศไดโพลความยาวรวม
1.25λ ป้อนที่ระยะ 0.5λ จากปลายด้านหนึ่ง

ตัวอย่างที่ 7 สายอากาศ 1.5λ ป้อนที่ระยะ 0.2λ จากปลาย (1.5λ  antenna, 0.2λ edge-fed)   

สายอากาศใน รูปที่10 เป็นตัวอย่างที่ดีที่แสดงให้เห็นว่าถ้าเราใช้โลหะตัวนำสายอากาศที่ยาวเกินไปและไม่มีการรจัดเฟสที่ถูกต้อง เฟสของกระแสจะกลับทิศไปมา ทำให้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายออกจากแต่ละส่วนหักล้างกันในบางทิศทางและเสริมกันในบางทิศทาง ทำให้ได้รูปแบบการแพร่กระจายคลื่นที่ซับซ้อนขึ้น

เมื่อทำตามขั้นตอน 1-3 จะได้รูปที่ 10(a)  ซึ่งจะเห็นว่าที่จุดป้อนนั้นเฟสของกระแสกลับด้านกันซึ่งขัดกับหลักทางฟิสิกส์  แสดงว่าเราสมมติเฟสของกระแสผิดไปหนึ่งด้าน   กรณีนี้เราทำต่อด้วยขั้นตอน 4.1 แก้ไขเฟสของกระแสก้านล่างให้ถูกต้องตรงกับก้านบนและได้การกระจายกระแสและลักษณะของเฟสใน รูป 10(b) เราแก้ไขเฟสของกระแสก้านล่างให้ถูกต้องตรงกับก้านบน  และเมื่อใส่ขนาดของสายอากาศเข้าในโปรแกรม EZNEC จะได้การกระจายกระแสในรูปที่ 10(c) และรูปแบบการแพร่กระจายคลื่นในรูป 10(d) 

รูปที่ 10 สายอากาศยาว 1.5λ ที่มีจุดป้อน

อยู่เกือบริมสุดของด้านหนึ่ง

ขั้นตอนการสร้างแผนผังการกระจายของกระแสไฟฟ้าความถีสูงบนก้านโลหะสายอากาศด้านบน จะทำให้ผู้ทำงานกับสายอากาศหรือผู้ออกแบบมีแนวคิดเชิงสัญชาตญาณในการทำงานของมัน  และ ช่วยในการปรับขนาดและจุดป้อนก่อนทดลองใส่ลักษณะของสายอากาศ (design) นั้นลงในโปรแกรมช่วยจำลองการทำงานของสายอากาศต่อไป 

สรุป (Conclusion)  

สิ่งที่ได้จากกรอบความคิดนี้คือความสามารถในการ "มองทะลุ" โครงสร้างทางกายภาพของสายอากาศว่าเมื่อมีความยาวเท่าใด (เทียบกับ  ) และจุดป้อนอยู่ตรงไหนบนตัวมัน น่าจะมีการกระจายของกระแสและเฟสอย่างไรก่อนที่เราจะลงมือสร้างหรือนำไปคำนวณในโปรแกรม Simulation เชิงตัวเลข การที่เรารู้กระแสและเฟสบนโลหะสายอากาศได้ล่วงหน้า ช่วยให้เราเข้าใจพฤติกรรมการเสริมหรือหักล้างกันของคลื่น และป้องกันความผิดพลาดจากการออกแบบโครงสร้างที่ทำให้เกิดเฟสกลับด้านโดยไม่ตั้งใจได้อย่างมีประสิทธิภาพ 

---

© Jitrayut Chunnabhata, 2026.

This article is an original research work developed independently by the author, including its concepts, analyses, and theoretical framework. All rights to the content are reserved by the author. The ideas, content, and results presented here may be used for study, reference, or further research provided that proper credit is given to the author and the original source is clearly cited in all cases. Any reproduction, adaptation, or presentation of this work, in whole or in part, as one’s own without appropriate attribution—whether directly or indirectly—constitutes academic plagiarism and a clear violation of copyright.

© 2026 จิตรยุทธ จุณณะภาต สงวนลิขสิทธิ

บทความนี้เป็นงานวิจัยต้นฉบับที่ผู้เขียนพัฒนาขึ้นด้วยตนเอง ทั้งในเชิงแนวคิด การวิเคราะห์ และกรอบทางทฤษฎี ลิขสิทธิ์ของเนื้อหาทั้งหมดสงวนไว้โดยผู้เขียน  อนุญาตให้นำเนื้อหา แนวคิด หรือผลการวิเคราะห์ไปใช้เพื่อการศึกษา การอ้างอิง หรือการวิจัยต่อยอดได้ โดยต้องระบุชื่อผู้เขียนและแหล่งที่มาอย่างชัดเจน ทุกครั้ง    การคัดลอก ดัดแปลง หรือนำเนื้อหาทั้งหมดหรือบางส่วนไปนำเสนอเป็นผลงานของตนเอง โดยไม่ให้เครดิตผู้เขียน ไม่ว่าทางตรงหรือทางอ้อม ถือเป็นการ ลอกเลียนงานวิชาการ (plagiarism) และเป็นการละเมิดลิขสิทธิ์อย่างชัดเจน