เกนของสายอากาศเจโพลและสลิมจิม

โดย จิตรยุทธ จุณณะภาต (HS0DJU) 

เรื่องนี้อาจจะบอกว่าเป็นเรื่องการเข้าใจผิดเกี่ยวกับสายอากาศ ไดโพล โฟลเด็ดไดโพล เจโพล และ สลิมจิม  เป็นเรื่องที่ไม่ค่อยมีการพูดถึงนัก 

เราเคยสงสัยไหมเกี่ยวกับความแรงของสัญญาณจาก j-pole มัน  กับ slimjim ไหม   ถ้าเราค้นใน internet บางทีจะเห็นคำอธิบายที่นำไปข้อสรุปว่าสายอากาศ  slimjim มีเกนดีกว่า j-pole ราว 3 dB (ประมาณ 2 เท่า)   ซึ่งไม่จริง (ด้วย common sense และการ simulation  ซึ่งเราจะค่อยๆ คุยกันต่อไป) 

คราวนี้ก็มาถึงคำถามเกี่ยวกับ common sense ว่าความรู้สึกแบบไหนถีงอธิบายว่าทำไม slimjim ไม่แรงกว่า 2 เท่าของ j-pole ทั้งที่ โลหะมันพับกลับมาได้ ดูรูปที่ 1 

รูปที่ 1 สายอากาศ J-pole และ Slimjim

หรือ ทำไมสายอากาศไดโพล ถึงออกอากาศได้กำลังเท่าๆ กับโฟลเด็ดไดโพลทั้งๆ ที่โฟลเด็ดไดโพล มันมีโลหะพับกลับมาอีกทบหนึ่ง ดูรูปที่ 2

รูปที่ 2 สายอากาศไดโพลและโฟลเด็ดไดโพล

คำอธิบายง่ายๆ เริ่มที่เราต้องเข้าใจก่อนว่ามันเป็นสายอากาศและไม่ใช่ไฟฟ้ากระแส หรือวงจนแม่เหล็กแบบในรูปที่ 3

รูปที่ 3 ขนาดของ magnetomotive force (MMF)
ซึ่งเป็นแหล่งจ่ายของวงจรแม่เหล็ก มีขนาด
ตามกระแสและจำนวนรอบที่พันบนแกนแม่เหล็ก

ในรูปที่ 3 ถ้าเราพันลวดลงไปบนแกนทอรอยด์  กระแส (I) จะไหลเท่ากันหมดทั้งเส้น  การพัน 1 รอบ กับ 5 รอบ ให้ magnetomotive force (MMF) ต่างกัน  (magnetomotive force เปรียบเหมือน voltage source ในวงจรไฟฟ้าแต่อันนี้คือวงจรแม่เหล็ก) แต่วงจรของสายอากาศไม่ใช่แบบนั้น

รูปที่ 4 สายอากาศ 3 แบบ เมื่อป้อนสัญญาณ
เข้าไป จะเกิดกระแส (ขนาดตามความยาว
ของลูกศร) และเฟส (ตามทิศทางของลูกศร)
ตามรูปบน

ถ้าเราต่อวิทยุที่มีกำลังส่ง 1 วัตต์ ไปที่สายอากาศ a , b , c ในรูปที่ 4   สายอากาศทั้งสามแบบก็ควรออกอากาศไป ประมาณๆ 1 วัตต์ เท่าๆ กัน  

ถ้าการยืดให้ยาวขึ้นแบบในรูป (b) (ซึ่งจะเห็นว่ากระแสจะกลับเฟส/ทิศทางเมื่อความยาวโลหะเกิน ½λ) หรือพับแบบในรูป (c)  แล้วมันออกอากาศไปสองเท่า  คงผิดธรรมชาติและความเป็นไปได้ 

สิ่งที่เกิดคือ เวลาตัวนำยาวขึ้น กระแสมันไม่ได้เท่าเดิมแต่ลดลง  ทำให้กำลังงานรวมที่ส่งออกไปเท่าๆ เดิมนั่นเอง

รูปที่ 5 ขนาดของกระแสบนตัวนำของ
สายอากาศ Slimjim (b) ไม่ได้เท่ากับ
กระแสบนตัวนำของสายอากาศ j-pole (a)

สิ่งที่เกิดคือ: 

1. กระแส ที่ไหลในตัวนำสองด้านของสลิมจิม จะเป็นราวๆ ครึ่งเดียวของเจโพล
2. ระยะ d ของสลิมจิม  มันไกล้กันมากเกินกว่าจะมีผลของ spacing ให้เกิดเกนต่างกันอย่างมีนัยสำคัญได้

ใน Folded Dipole ก็ทำนองเดียวกันคือกระแสที่ไหลแต่ละชิ้นของโลหะน้อยกว่าที่ไหลใน ไดโพลครึ่งหนึ่งแต่โดยรวมคือเท่าๆ กัน และระยะ d คือความห่างของห่วงก็ไม่ได้มากพอจะสร้างเกนจาก spacing ได้ ดูรูปที่ 6  ทำให้สุดท้าย จะได้แพทเทิร์นเดียวกัน เกนพอๆ กันนั่นเอง 

รูปที่ 6 กระแสในตัวนำสองตัวนำของสายอากาศ
โฟลเด็ดไดโพลรวมกันจะมีขนาดพอๆ กับกระแส
ในตัวนำของสายอากาศไดโพล

สมมติว่าเราลองให้โปรแกรมวิเคราะห์สายอากาศลองวาดแพทเทิร์นการแพร่กระจายคลื่นของสายอากาศเจโพลและสลิมจิม จะเห็นว่าใกล้เคียงกันมาก ตามในรูปที่ 7 และ 8 

รูปที่ 7 แพทเทิร์นของสายอากาศเจโพล

รูปที่ 8 แพทเทิร์นของสายอากาศสลิมจิม

ภาพแพทเทิร์นเหล่านี้แสดงแบบอ้อมๆ ได้ว่าเกนของมันจะพอๆ กัน ไม่ต่างกันมากนักนั่นเอง

สรุป

1. การพับลวดโลหะในการทำตัวแพร่กระจายคลื่นไปมา ถ้าทับในบริเวณเดียวกันกระแสจะลดลง ไม่เช่นนั้นพลังงานที่แพร่กระจายออกไปจะเป็นสองเท่า จึงเป็นไปไม่ได้ 
2. ในสายอากาศ ถ้าจะมีเกนเกิดขึ้น (พลังงานถูกส่งไปได้ดีในบางทิศทาง ทิศทางอื่นจะต้องมีพลังงานน้อยลง ถ้าแพทเทิร์นเหมือนๆ กัน เกนจะเท่าๆ กัน

อย่างไรก็ตาม สายอากาศทั้งสองแบบนั้นน่าใช้ทั้งคู่และเป็นสายอากาศที่ดี ถ้าดูแลจุดต่อได้ดีก็จะเป็นสายอากาศที่ใช้งานได้ดีไม่ค่อยมีปัญหากวนใจ   หวังว่าเพื่อนๆ จะได้ความรู้จากบทความนี้ไม่มากก็น้อย แล้วพบกันใหม่ในบทความดีๆ ต่อไปนะครับ 

73 HS0DJU (จิตรยุทธ จ. / Jason) 

กิจกรรมและประชุมประจำเดือน มีนาคม 2567

พบกันเป็นประจำเช่นเคยกับกิจกรรม ซ่อม สร้าง สายอากาศ เรียนรู้วงจรไฟฟ้า สายอากาศ สายนำสัญญาณ โหมดการทำงานต่างๆ ที่ใช้ในกิจการวิทยุสมัครเล่น ประจำเดือนมีนาคม ที่คราวนี้จัดกันวันที่ 23 มีนาคม 2567 ที่บ้านพี่ตู่ HS1ZHY ซ.คลองหลวง10 ต้องขอขอบคุณเจ้าบ้านและพี่อุ้ม HS3FSK XYL ของพี่ตู่ด้วยนะครับ

เพื่อนๆ ทยอยเข้ามาร่วมพูดคุยแลกเปลี่ยนความรู้
ความคิดเห็นตั้งแต่เช้า

ท่อนนี้สำคัญ เป็น Loading Coil ของสายอากาศ
ในย่านความถี่ HF ซึ่งปกติแล้วใช้ whip ที่ยาวมาก
ในเมื่อเราหดให้มันสั้นลง ค่าความเหนี่ยวนำก็ลด
ลงตามไปด้วย ต้องช่วยเพิ่มให้หน่อยด้วย coil นี่ล่ะ

E24MTA (คุณสิปปภาส) บัดกรีหัวสาย
เตรียมไปทดสอบภาคสนาม

HS0DJU (คุณจิตรยุทธ) กำลังพยายาม
จัดการเครื่องคอมพิวเตอร์ให้สามารถใช้งาน
ในการฝึกการรับรหัสมอร์สผ่านเว็บไซต์
LCWO.NET ให้ได้

หลังจากทั้งเล่น ทั้งทดสอบสิ่งต่างๆ เพื่อนๆ แยกย้ายกลับบ้านโดยสวัสดิภาพในช่วงเย็น ในโอกาสต่อไปชมรมก็จะจัดกิจกรรมดีๆ เช่นนี้อีก เพื่อนนักวิทยุสมัครเล่นทุกขั้นและผู้สนใจ คอยติดตามและเข้าร่วมกิจกรรมได้นะครับ 

73 DE E20AE

ข้อควรระวังในการจับยึดสายอากาศ

โดย จิตรยุทธ จุณณะภาต (HS0DJU) 

เรื่องนี้เป็นสิ่งที่ผมตอบเพื่อนนักวิทยุท่านหนึ่งใน Facebook แต่ว่าเห็นว่ามีประโยชน์ก็เลยขอนำมาเขียนเพิ่มลงไว้ในบล็อกด้วย เป็นเรื่องเกี่ยวกับการทำสายอากาศขึ้นมาแล้วต้องการจะจับยึดมันเพื่อชูขึ้นบนอากาศ  เรามีสิ่งที่ต้องระวังว่าสายอากาศนั้นจะต้องไม่ถูกรบกวนโดยโลหะที่เราใส่เข้าไปโดยไม่ระวัง    จริงๆ แล้วลำพังของที่เราไม่ได้ใส่เข้าไปแต่มันมีอยู่ของมันอย่างนั้น เช่น โครงหลังคาบ้าน (ที่เป็นโลหะ)  หรือโลหะอื่นใกล้สายอากาศ (เช่น  รางน้ำ, รั้วโลหะ) ก็รบกวนพออยู่แล้ว อะไรที่เราจำเป็นต้องใส่เพิ่มเข้าไปแล้วไม่รบกวนมันได้ก็ควรทำจริงไหมล่ะครับ (55)

รูปที่ 1 สายอากาศตัวอย่างแบบยากิ-อูดะ
2-element ป้อนด้วยการแมทช์แบบ Gamma

ตัวอย่างเช่น สายอากาศในรูปที่ 1 เป็นสายอากาศแบบยากิ-อูดะ 2 element ที่แมตช์ด้วยแกมมาแมตช์  ในครั้งแรกนั้นเพื่อนใช้ท่อโลหะในตำแหน่งที่ (5) ในการจับยึด  โชคดีตรงที่ว่าใช้การแมตช์แบบแกมม่าทำให้แม้อิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนของสายอากาศเปลี่ยนไป แต่ก็ยังพอจะสามารถปรับไปมาให้ได้ใกล้เคียง 50 Ω ได้   ดังนั้นถ้าดูเพียงอิมพิแดนซ์ (หรือที่เพื่อนๆ ชอบเรียกกันว่า SWR ซึ่งจริงๆ แล้วเป็นสิ่งที่เกิดบนสายนำสัญญาณ และ ขึ้นกับความต้านทานจำเพาะของสายนำสัญญาณด้วย จึงเป็นการเรียกที่ไม่ตรงจริงๆ นักหรอก) ที่จุดป้อน เราจะไม่รู้เลยว่าการทำอย่างนี้ไม่ถูกต้อง  เพราะยังไงแล้วมันก็รบกวนแพทเทิร์นการแพร่กระจายคลื่นของสาอากาศโดยรวม ซึ่งค่าอิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนของสายอากาศไม่สามารถบอกได้  ต้องใช้ field strength meter วัดแล้ววาดผังการแพร่กระจายคลื่นออกมาดูจึงจะเห็นหรือไม่ก็ใช้โปรแกรมวิเคราะห์สายอากาศช่วยเท่านั้นถึงจะบอกได้

ในรูปที่ 1 นั้น (1) และ (2) เป็น driven element (ดริ-เฟ่น อีลีเม้นท์ หรือ ตัวขับ) และ รีเฟล็กเตอร์ ตามลำดับ ไม่ควรมีโลหะใดๆ ไปอยู่ในแนวขนานกับพวกมัน (ในขณะที่ "พวกมัน" ขนานกันเองได้ มันจึงมีผลต่อแพทเทิร์นการแพร่กระจายคลื่นเพราะเราตั้งใจให้เป็นแบบนั้น) 

(3) คือบูมของสายอากาศ  เห็นไหมครับว่ามันไม่ขนานกับ (1) และ (2) ซึ่งเป็นสิ่งที่ถูกต้อง และดีที่สุดในการไม่ขนานกันคือควรตั้งฉากซะเลยตามภาพ  เมื่อเป็นอย่างนี้แล้ว (3) จึงสามารถเป็นโลหะได้ 

ถ้าจะยึดเจ้าสายอากาศนี้ เราอาจใส่แขนจับ (4) ที่ตั้งฉากกับ (1) และ (2) ก็สามารถทำได้และทำให้ใช้ (4) เป็นโลหะได้ 

แต่ถ้าจะหาเสา (5) มาจับยึดแบบในภาพ จะเห็นว่า (5) อยู่ในแนวขนานกับ (1) และ (2) ซึ่งถ้า (5) เป็นโลหะมันจะรบกวนทิศทางแพร่กระจายคลื่นจึงไม่ควรทำ  แต่ถ้าจะทำลักษณะนั้นจริงๆ (5) จะต้องเป็นฉนวนคือไม่นำไฟฟ้า

(4) ในรูปที่ 1 สามารถเป็นวัสดุโลหะหรือฉนวนก็ได้ แต่ถ้า (5) เป็นโลหะ มันจะรบกวนการทำงานของอีลีเมนต์ (1) และ (2)

ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น

การที่มีโลหะอื่นใดอยู่ในแนวเดียวกัน (ขนานกัน) กับตัวขับหรืออีลีเม้นท์ของสายอากาศ ก็เหมือนกับการเพิ่มตัวสะท้อน (reflector) หรือตัวชี้ (director) ให้กับสายอากาศแบบที่สายอากาศยากิ-อูดะทำนั่นเอง เมื่อมีโลหะอื่นใดอยู่ในแนวขนานกับโลหะของสายอากาศ สนามแม่เหล็ก (near field) จากตัวขับและ/หรืออีลีเม้นท์กาฝาก (parasitic element) อื่นของสายอากาศของเรา จะเหนี่ยวนำให้เกิดกระสไหลในโลหะอื่นใดนั้นได้ ดูรูปที่ 1 (ก)  และกระแสในโลหะแปลกปลอมจะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากลับออกมารบกวนสายอากาศของเรา

แต่ถ้ามีโลหะอื่นใดอยู่ในแนวตั้งฉากกับโลหะของสายอากาศของเรา สนามแม่เหล็ก (near field) จากตัวขับและ/หรืออีลีเม้นท์กาฝาก (parasitic element) อื่นของสายอากาศของเรา จะไม่สามารถเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไหลในโลหะอื่นใดนั้น (จริงๆ ถ้ามองในสามมิติ ย่อมมีบางมุมที่ไม่ตั้งฉากกับบางส่วนของโลหะของสายอากาศของเราจริงๆ จึงเกิดการเหนี่ยวนำได้บ้าง แต่ก็เกิดในขนาดที่น้อย) ดูรูปที่ 2 (ข) 

รูปที่ 2 (ก) ถ้าโลหะอื่นใดอยู่ในแนวขนานกับ
โลหะที่ทำสายอากาศ เส้นแรงแม่เหล็กที่เปลี่ยน
ขนาดตามเวลาจะตัดผ่านในแนวตั้งฉากกับมัน
จะเกิดกระแสไหล (ลูกศรสีแดง) และกระแสนี้จะ
สร้างสนามแม่เหล็กออกมารบกวนสายอากาศ
ในขณะที่ (ข) ถ้าโลหะอื่นใดอยู่ในแนวตั้งฉาก
กับโลหะที่ทำสายอากาศ เส้นแรงแม่เหล็ก
จะไม่สามารถสร้างกระแสในโลหะแปลกปลอม

จำลองดูกันหน่อย

จะเห็นได้ชัดเจนเมื่อเราจำลองสายอากาศนี้ดูตามรูปที่ 3, 4 และ 5 

รูปที่ 3 คุณสมบัติของสายอากาศตัวอย่าง
2-element เมื่อไม่มีเสา (mast) โลหะ
มายุ่งเกี่ยวในแนวขนานกับ element 
ขอให้สังเกตว่า จริงๆ แล้วนั้น แม้แต่บูม
ของสายอากาศเองที่อยู่ในแนวตั้งฉาก
กับอีลีเม้นท์ทั้งสสองก็มีผลต่อการทำงาน
ของสายอากาศ แต่มีน้อยเท่านั้นเอง

รูปที่ 4 คุณสมบัติของสายอากาศ
เดียวกันกับรูปที่ 2 แต่มี เสาโลหะ
ติดตั้งในแนวขนานกับ element
ทั้งสอง (หมายเลข 4 ในรูป) กรณี
แบบนี้จะมีกระแสขนาดใหญ่ที่เรา
ไม่ต้องการไหลในเสาโลหะนั้น
(เส้นสีชมพูบนโลหะหมายเลข 4)

รูปที่ 5 คุณสมบัติของสายอากาศ
เดียวกันกับรูปที่ 2 แต่มี เสาโลหะ
ติดตั้งในแนวตั้งฉากกับ element
ทั้งสองออกมา (หมายเลข 4 ในรูป)

จะเห็นชัดเจนว่า เสาโลหะที่อยู่ในแนวขนานกับอีลีเมนท์ (1) และ (2) ตามรูปที่ 4 จะรบกวนการทำงาน ทั้งทำให้รูปแบบการแพร่กระจายคลื่น (propagation pattern) เปลี่ยนไป และทำให้อิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนเปลี่ยนไป (จะเห็นแนว impedance บนสมิทชาร์ทผิดไปจากเดิมมาก) ในขณะที่ก้านจับโลหะในแนวตั้งฉากกับอีลีเมนท์ (1) และ (2) ออกมาตามรูปที่ 5 จะมีผลต่อทั้งแพทเทิร์นและอิมพิแดนซ์ที่จุดป้อน่บ้างแต่น้อยมาก 

สรุป 

1. การจับยึดสายอากาศ ถ้าไม่มีโลหะเกี่ยวข้องเลยได้เป็นดีที่สุด 
2. ถ้าต้องมีโลหะเกี่ยวข้อง โลหะนั้นจะต้องตั้งฉากกับอีลีเม้นท์ของสายอากาศ
3. ถ้ามีโลหะที่ขนานกับอีลีเม้นท์ของสายอากาศในระยะใกล้ (เช่น น้อยกว่า 3-4 ความยาวคลื่น) โลหะนั้นจะมีผลต่อทั้งแพทเทิร์นการแพร่กระจายคลื่นและอิมพิแดนซ์ที่จุดป้อนของสายอากาศ

แล้วพบกันใหม่ในบทความดีๆ ในครั้งหน้านะครับ 
73 DE HS0DJU (จิตรยุทธ จ. / Jason) 

กิจกรรม Thailand Field Day 2024

 

ผ่านกันไปสดๆ ร้อนๆ กับรายการ Thailand Field Day 2024 ที่จัดขึ้นระหว่าง 12:00 น. ของวันที่ 3 กุมภาพันธ์ 2567 ถึง 12:00 น. ของวันที่ 4 กุมภาพันธ์ 2567 เรียกว่า 24 ชั่วโมงเต็มๆ  ปีนี้มีเพื่อนสมาชิกนักวิทยุสมัครเล่นเข้าร่วมกิจกรรมหลายสถานีเช่นเคย  

สำหรับชมรม The DXER ก็ส่งเจ้าสำนัก พี่ตู่นพดล HS1ZHY เป็นตัวแทนหมู่บ้านร่วมกิจกรรมกับเพื่อนๆ ด้วย 

และที่ลืมไม่ได้คือ ต้องขอบคุณทีมงานผู้จัดรายการนี้ให้เพื่อนๆ ได้เล่นสนุกกันบนความถี่ แล้วพบกันใหม่ในปีต่อๆ ไปนะครับ 

กิจกรรมและประชุมประจำเดือน มกราคม 2567

ก็พบกันเช่นเคยกับกิจกรรมประจำเดือนของชมรม The DXER ที่บ้านของคุณนพดล (HS1ZHY) วันนี้มีเพื่อนๆ และเพื่อนใหม่เข้ามาเล่นวิทยุกับเราด้วย ยินดีต้อนรับทุกท่านนะครับ มีกิจกรรมหลายอย่างเลยเหมือนกัน 

ถ่ายภาพร่วมกันสักหน่อย มีทั้งกดไลค์และ
ให้หัวใจจิ๋ว (mini heart) น่ารักกันทุกท่านเลย

คุณจิตรยุทธ (HS0DJU) กำลังอธิบายการใช้งาน
โปรแกรมวิเคราะห์สายอากาศ EZNEC ให้เพื่อนชม
มีคุณดิเรก (HS1MUV) และคุณเจตพล (E22MAL)
กำลังแลกเปลี่ยนความเห็น

จากนั้นเรายังคุยเรื่องของสมิทชาร์ทกันต่อ ว่าจริงๆ แล้ว
เป็นเรื่องเกี่ยวกับคุณสมบัติของสายนำสัญญาณ และ
ความหมายของเส้นและจุดต่างๆ บนสมิทชาร์ท
หมายถึงอะไร

คุณวิษณุรักษ์ (E24YKD) เอาของเล่นมาเล่นกันด้วย
เป็น un-un แบบ 64:1 แต่ต่อสายอากาศแล้วไม่ทำงาน
รื้อสิครับรออะไร

หลังจากซ่อมเสร็จก็วัด ทดสอบ และลองใช้งาน
ติดต่อเพื่อนนักวิทยุสมัครเล่นที่สระบุรีได้ 59 (SSB)
ใช้ whip เป็นสายไฟ ยาวสัก 20 เมตรได้

คุณสิปปภาส (E24MTA) คุณคุณาวุฒิ (HS3QQS)
คุณคุณากร (HS6NPZ) และคุณนพดล (HS1ZHY)
ดูการใช้งานเครื่องรับแบบ SDR รุ่นใหม่ที่รับความถี่
ได้หลากหลายขึ้น

แล้วต่อด้วยโหมดดิจิตอล เราเรียกกันเล่นๆ ว่าโหมด "อี๋ออ"
แหม ก็เสียงมันเป็นแบบนั้นจริงๆ นี่นา 

คุณนรภัทร (E24YVI) เอาของเล่นมาด้วย เล่นไปเล่นมา
ก็ซ่อมด้วยซะเลย เพื่อความรู้แจ้ง คุณเจตพล (E22MAL)

ไม่ได้ว่าไว้ 

หลังจากเล่นกันสนุกสนาน เพื่อนๆ ก็แยกย้ายกลับบ้านด้วยความปลอดภัยทุกท่าน  แล้วพบกันใหม่ในกิจกรรมประจำเดือนของชมรม The DXER (E20AE) ในเดือนต่อไปนะครับ

73 DE E20AE