สายอากาศ (อังกฤษ: antenna) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือในทางกลับกัน[1] ปกติสายอากาศจะถูกใช้กับเครื่องส่งและเครื่องรับวิทยุ. ในการส่ง เครื่องส่งวิทยุจะป้อนคลื่นกระแสไฟฟ้าที่ความถี่วิทยุ (หรือไฟฟ้ากระแสสลับ(AC)ความถี่สูง) ไปยังขั้วไฟฟ้าทั้งสองของสายอากาศ จากนั้นสายอากาศจะแผ่รังสีพลังงานจากกระแสในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (คลื่นวิทยุ). ในการรับ สายอากาศจะดักจับพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อที่จะสร้างแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กที่ขั้วไฟฟ้าของมัน แรงดันไฟฟ้านี้จะถูกส่งต่อไปให้เครื่องรับเพื่อทำการขยายสัญญาณต่อไป
สายอากาศเป็นชิ้นส่วนที่สำคัญของอุปกรณ์ทุกชนิดที่ใช้วืทยุ ได้แก่สถานีวิทยุกระจายเสียง สถานีโทรทัศน์ วิทยุสองทาง เครื่องรับสื่อสาร เรดาร์ โทรศัพท์เคลื่อนที่ และการสื่อสารดาวเทียม นอกจากนี้ มันยังใช้กับอุปกรณ์เช่นประตูโรงรถอัตโนมัติ ไมโครโฟนไร้สาย บลูทูธ แลนไร้สาย เครื่องเฝ้าดูทารก ฉลาก RFID และของเล่นวิทยุบังคับต่าง ๆ
สายส่ง Transmission Line
ในระบบสื่อสารโทรคมนาคม หมายถึง สายหรือ สื่อที่ใช้เป็นทางทางของความถี่วิทยุจากเครื่องส่งวิทยุ หรือ จากอุปกรณ์สื่อสาร ไปยังสายอากาศ
สัญญาณที่เดินทางไปบนสายเป็นไฟฟ้ากระแสสลับความถี่สูง หรือ ความถี่วิทยุ หรือ RF Radio Frequency ซึ่งความถี่นั้นมีแถบกว้างมาก นั่นหมายถึง ตั้งแต่ แถบความถี่ต่ำมาก จนถึงความถี่สูงพิเศษ (VLF ถึง EHF)
การเดินทางของความถี่มีองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องมากมายทั้ง ส่วนที่เป็นโครงสร้างของสาย และส่วนที่เกี่ยวข้องกับความถี่ เราพอจะแยกส่วนเกี่ยวข้องออกเป็น
1.ส่วนที่เป็นผลและเกี่ยวกับความถี่ของคลื่น
2.ส่วนที่เป็นโครงสร้างของสาย
3.ส่วนที่ทำหน้าที่เชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์
ส่วนที่เกี่ยวข้องกับความถี่
จากการแบ่งความถี่ออกเป็นแถบ หรือเป็นช่วงตามคุณลักษณะ
องค์ประกอบสำคัญของคลื่น
สายนำสัญญาณสามารถแบ่งได้หลายขนิดตามคุณสมบัติ หรือ วัสดุ ซึ่งแบ่งออกได้ใหญ่ๆ 2 ชนิดคือ
สายนำสัญญาณแบบบาลานซ์ balanc เป็นสายนำสัญญาณประเภทที่มีตัวนำสองเส้นวางคู่ขนานกันไป โดยที่มีฉนวน หรือ ไดอิเล็กทริกเป็นตัวขั้นกลาง สัญญาณในตัวนำทั้งสองจะมีค่ากระแสเท่ากันทั้ง 2 เส้น แต่มีเฟสต่างกัน 180 องศาและไม่มีส่วนใดต่อลงกราวน์ของระบบ ส่วนใหญ่ที่เราเห็นและมักคุ้นเคยกัน ก็คือสายนำสัญญาณชนิดแบน 300 โอมห์ ที่นิยมใช้ติดตั้งกับระบบโทรทัศน์ สายนำสัญญาณประเภทนี้มีการรบกวนจากสัญญาณอื่นได้ง่าย เพราะไม่มีส่วนในการห่อหุ้มที่เป็นส่วนป้องการการรบกวน หรือการแพร่กระจายคลื่นออก
สายนำสัญญาณแบบอันบาลานซ์ เป็นสายนำสัญญาณที่เป็นส่วนของ สัญญาณ และส่วนของกราวด์ ที่พบเห็นและเกี่ยวข้องกับวิทยุสมัครเล่นก็คือ สายโคแอคเชียล คือสายนำสัญญาณ ที่เป็นตัวนำอยู่ตรงกลาง และมีส่วนของชีลด์เป็นตัวนำห่อหุ้มอยู่ในลักษณะทรงกระบอก โดยมีฉนวนหรือไดอิเล็กทริก ระหว่างกลางตัวนำทั้งสอง คุณสมบัติของสายนำสัญญาณประเภทนี้ คือ ในส่วนของ ชีลด์สามารถป้องกันสัญญาณรบกวนที่จะเข้ารบกวนในส่วนสัญญาณได้ และสามารถป้องกันการแพร่กระจายคลื่นที่เล็ดลอดออกมาจากสายนำสัญญาณได้
สายนำสัญญาณในระบบเสียง
1.สายสัญญาณแบบ Balance
สายสัญญาณแบบ Balance ข้างในประกอบไปด้วย สาย 3 เส้น ได้แก่ Ground(Shield) สัญญาณบวก (Hot) และ สัญญาณลบ(Cold)
Ground เป็นสาย Shield ที่พันล้อมรอบสายสัญญาณ เพื่อป้องกันสัญญาณรบกวน
สายสัญญาณ บวก เป็นสายสัญญาณที่ใช้ส่งสัญญาณจากอุปกรณ์
สายสัญญาณ ลบ เป็นสายสัญญาณที่ใช้ส่ง ” สัญญาณเดียวกันกับสายสัญญาณ บวก ” แต่!!! กลับเฟส (180 องศา)
ซึ่งการทำงานของสาย Balance คือ เมื่อป้อนสัญญาณผ่านสายสัญญาณ Balance จะทำให้ Noise หรือเสียงรบกวนจากภายนอกกลับเฟสกัน แล้วหักล้างกัน จนเหลือแต่สัญญาณที่ป้อนไป ซึ่งเมื่อไปถึงปลายทาง อุปกรณ์ที่รับก็จะมีการออกแบบภายในให้กลับเฟสคืนเพื่อไม่ให้สัญญาณที่ป้อนไปหักล้างกัน และผลที่ได้คือสัญญาณที่ป้อนไปหลังกลับเฟสคืนนั้น จะเสริมกันเป็น 2 เท่า อธิบายด้วยสมการไฟฟ้า ดังนี้
Output = (สัญญาณบวก+Noise)-(-สัญญาณลบ+Noise) = [สัญญาณบวก-(-สัญญาณลบ)]+[Noise-Noise] = ผลรวมของสัญญาณบวกและลบ (2 เท่าของสัญญาณที่ป้อนไป)
ประเภทของสาย Balance มี 2 แบบที่เห็นบ่อย ๆ
XLR
มีทั้งตัวผู้และตัวเมีย บางท่านเรียกปลั๊กแจ๊คแบบนี้ว่า แคนนอล (EXTRA LOW RESISTANCE) คือ สัญญาณที่มีความต้านทานค่อนข้างต่ำมาก จึงเป็นผลทำให้สามารถเดินสายสัญญาณได้ไกลๆ และมีสัญญาณรบกวนต่ำ โดยขาต่างๆ
ปัจจุบันที่เชื่อมต่อกันเป็นมาตรฐานสากล
TRS
(แจ็ค 6.3 mm. หรือ TIP RING SHEEVE) ซึ่งหมายถึง จุด ต่อสามจุดของแจ็คแบบ TRS โดย TIP จะเปรียบเสมือน ขาที่ 2 ของแจ็ค XLR, RING จะเหมือน ขาที่ 3 ของแจ็ค XLR และ SHEEVE จะเหมือนกับ ขาที่ 1 ของแจ็ค XLR
ประเภทการใช้งาน
XLR ใช้กับไมโครโฟน, อุปกรณ์ที่ Output เป็น Balance, ลำโพงสตูดิโอมอนิเตอร์
TRS ใช้กับ Output ของ Audio Interface, อุปกรณ์ที่ Output เป็น Balance, ลำโพงสตูดิโอมอนิเตอร์
ข้อดี
สามารถเดินสายสัญญาณได้ไกลโดยไม่มีสัญญาณรบกวน
ข้อเสีย
ต้นทุนการผลิตแพงกว่า Unbalance
--------------------------------------------------------------------
2.สายสัญญาณแบบ Unbalance
สายสัญญาณแบบ Unbalance ข้างในประกอบไปด้วย สาย 2 เส้น ได้แก่ Ground(Shield) และสัญญาณบวก (Hot)
Ground เป็นสาย Shield ที่พันล้อมรอบสายสัญญาณ เพื่อป้องกันสัญญาณรบกวน
สายสัญญาณ บวก เป็นสายสัญญาณที่ใช้ส่งสัญญาณจากอุปกรณ์
หลักการทำงานก็ไม่ได้ซับซ้อนแบบ Balance คือสายสัญญาณ บวก เป็นสายสัญญาณที่ใช้ส่งสัญญาณจากอุปกรณ์ Ground เป็นสาย Shield ที่พันล้อมรอบสายสัญญาณ เพื่อป้องกันสัญญาณรบกวน
มารู้จักกับ สายโคเอ๊กเชี่ยล (Coaxial Cable)
สาย Coaxial ชนิดต่างๆ
โครงสร้างของสายโคเอกซ์
1 คือ สายทองแดงเป็นแกนกลาง จะเป็นส่วนทที่นำสัญญาณข้อมูล
2 คือ ฟรอยด์หุ้มสัญญาณรบกวน
3 คือ สายนำสัญญาณกราวด์ มีลักษณะเป็นใยโลหะถักเปียหุ้ม
4 คือ ฉนวน จะเป็นวัสดุที่ป้องกันสายสัญญาณ
ถึงแม้ว่าส่วนใหญ่โคแอ็กซ์จะมีลักษณะคล้ายกัน แต่ก็แบ่งออกได้หลายประเภทขึ้นอยู่กับชนิดของเครือข่ายที่ใช้ สายโคแอ็กซ์จะถูกแยกเป็นประเภทต่าง ๆ โดยใช้มาตรา RG (Radio Grade Scale) สายโคแอ็กซ์ที่นิยมกันใช้มากที่สุดมีค่าความต้านทานที่ 75 โอห์ม อย่างเช่น RG6/U ส่วนใหญ่จะใช้เป็นสายสัญญาณโทรทัศน์ซึ่งจะมีทั้งสีดำและสีขาวนอกจากนี้ก็ใช้ในการติดตั้งระบบเคเบิ้ลทีวี ส่วนสายอีกชนิดหนึ่งจะเป็นสายโคแอ็กซ์แบบ RG-58/U จะใช้ได้กับ ซึ่งมีค่าความต้านทานที่ 50 โอห์ม ซึ่งส่วนใหญ่ที่นิยมใช้กันมากจะอยู่ในวงการวิทยุสื่อสาร
สายโคแอ็กซ์แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
1. สายโคแอ็กซ์แบบบาง (Thin Coaxial Cable)
2. สายโคแอ็กซ์แบบหนา (Thick Coaxial Cable)
หัวเชื่อมต่อที่ใช้กับสายโคแอ็กซ์
ทั้งสายแบบ Thinnet และ Thicknet จะใช้หัวเชื่อมต่อชนิดเดียวกัน ที่เรียกว่าหัว BNC ซึ่งใช้ในการเชื่อมต่อระหว่างสายสัญญาณละเน็ตเวิร์คการ์ด หัวเชื่อมต่อแบบ BNC นี้มีหลายแบบดังต่อไปนี้
1. หัวเชื่อมสาย BNC (BNC Cable Connector) เป็นหัวที่เชื่อมเข้ากับปลายสาย ดังแสดงในรูปที่ 1
2. หัวเชื่อมสายรูปตัว T (BNC T-Connector) เป็นหัวที่ใช้เชื่อมต่อระหว่างสายสัญญาณกับเน็ตเวิร์คการ์ด
3. หัวเชื่อมสายแบบ Barrel (BNC Barrel Connector) เป็นหัวที่ใช้ในการเชื่อมต่อสายสัญญาณเพื่อให้สายมีขนาดยาวขึ้น
4. ตัวสิ้นสุดสัญญาณ (BNC Terminator) เป็นหัวที่ใช้ในการสิ้นสุดสัญญาณที่ปลายสายเพื่อเป็นการสิ้นสุดสัญญาณไม่ให้สะท้อนกลับ ถ้าไม่อย่างนั้นสัญญาณจะสะท้อนกลับทำให้รบกวนสัญญาณที่ใช้นำข้อมูลจริง ซึ่งจะทำให้เครือข่ายล้มเหลวในที่สุด
ชนิดหัวต่อสัญญาณ
1 คือ BNC T-Connector เป็นตัวต่อและตัวขยายเพื่อนำสัญญาณไปใช้เพิ่มเติม 2 คือ Connector 3 way เป็นตัวแยก 3 ทางอีกชนิดหนึ่ง จะใช้กับ TWIST TYPE หรือ F TYPE 3 คือ BNC to RCA เป็นตัวแปลงสัญญาณจากขั้ว BNC ไปเป็นขั้ว RCA
4 คือ TWIST TYPE ใช้ร่วมกับตัวแยก หรือตัวต่อตรง เพื่อเพิ่มความยาวของสาย หรือแยกสัญญาณ
สายโคแอ็กซ์ยังแบ่งออกเป็น 2 เกรด แล้วแต่การใช้งาน
1. สายโคแอ็กซ์เกรด PVC สายประเภทนี้จะใช้พลาสติกเป็นวัสดุห่อหุ้ม เป็นสายชนิดที่ใช้ในสำนักงาน เพราะเป็นสายที่มีความยืดหยุ่นมาก แต่เมื่อติดไฟจะทำให้เกิดแก๊สที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์
2. สายโคแอ็กซ์เกรด Plenum เป็นสายที่ใช้ติดตั้งเพดาน หรือระหว่างชั้น หรือพื้นที่มีอุณหภูมิต่างจากอุณหภูมิห้อง เพราะเป็นสายคแอ็กซ์เกรดนี้จะทนไฟ และถ้าไฟไหม้สาย แก๊สที่เกิดขึ้นก็ไม่เป็นอันตรายมากนัก
คุณสมบัติ โครงสร้างค่าพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้อง
เนื่องจากความเร็วในสาย น้อยกว่าในอากาศ ให้ใช้ความเร็ว 983.6 ในกาคำนวณ
สาย RG6-RG11-RG58-RG59 1.สาย RG-6 สายชนิดนี้เป็นสายนำสัญญาณภาพ ทีได้รับความนิยมนำมาใช้งานในระบบ นำสัญญาณภาพแบบต่างๆ ทั้ง TV เคเบิ้ล ดาวเทียม หรือ ระบบ Audio/Video ส่วนใหญ่ก็นิยมนำสายชนิดนี้มาใช้งาน และ สายชนิดนี้ยังนิยม นำมาใช้งานกับระบบกล้องวงจรปิด CCTV มากที่สุดอีกด้วย ซึ่งสาย RG6 ในปัจจุบันมีอยู่หลายเกรดด้วยกัน แต่สาย RG6 ที่ควรนำมาใช้งานในระบบกล้องวงจรปิดนั้นควรจะเป็นสาย RG6 ที่มีคุณภาพสูง มี Shield ป้องกันสัญญาณสูง 95% เพราะหากนำสายที่มีคุณภาพต่ำ มี Shield แค่ 60%-80% มาใช้งานอาจจะทำให้ได้คุณภาพของภาพจากกล้องวงจรปิดออกมาไม่ดี และ เมื่อใช้งานไปนานๆแล้ว อาจจะทำให้เกิดปัญญาณด้านสายสัญญาณภาพในภายหลังได้ สาย RG6 จะมีทั้งแบบที่เป็น Shield ทองแดง และ แบบที่เป็น Shield อลูมิเนียม ทั้งนี้ขึ้นอยู่สถานที่และต่ำแหน่งกล้องวงจรปิดที่จะใช้ในการติดตั้ง ว่าอยู่ ณ จุดใด หากเป็นจุดที่เดินสายในระยะไกลประมาณ 400-700 เมตรขึ้นไปก็ควรจะใช้สายที่เป็น Shield ทองแดง แต่ถ้าหากกล้องวงจรปิด ในจุดนั้นเดินสายไกลไม่เกิน 400 เมตร ก็ใช้สายที่เป็น Shield อะลูมิเนียมได้ สาย RG6 จะมีทั้งสีแดง และ สีขาว ซึ่งสาย สีขาวจะนิยมใช้งานภายในอาคาร เพราะสายสีขาวไม่ทนทานต่อแสงแดง สาย RG6 สีขาวส่วนใหญ่จะเป็นสายเกรดต่ำ ฉนวนหุ้มสายที่เป็นสีขาวนั้นเปื่อย-ขาดได้ง่าย ส่วนสาย RG6 ที่เป็นสีดำนั้น จะเป็นสายที่มีเกรดสูงกว่าสายสีขาว ทนทานต่อแดงได้ดี ไม่เปื่อย-ขาดง่าย ทนต่อความร้อนได้ แต่ก็จะมีราคาแพงกว่าสายสีขาว สายที่นิยมมาใช้ในระบบกล้องวงจรปิดนั้นจะใช้สายสีดำเป็น ทั้งภายในและภายนอกอาคาร เนื่องจากมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน และ ทนทานมากกว่าสาย RG6 สีขาว
2 สาย RG- 11 สายชนิดนี้เป็นสายนำสัญญาณภาพที่มีขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถนำสัญญาณได้ไกลถึง 1000 เมตร เพราะตัวสายมีขนใหญ่กว่าสาย RG6 และ RG59 อยู่มาก จึงมีแกนกลางที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางขนาดใหญ่ จึงนำสัญญาณได้ดี เหมาะกับใช้งานที่ต้องการเดินสายกล้องวงจรปิดระยะไกลๆได้ดี 3 สาย RG-58/ U คือประเภทของ คู่สาย มักจะใช้สำหรับการใช้พลังงานต่ำของสัญญาณและ RF การเชื่อมต่อ สายมี ลักษณะความต้านทาน ของทั้ง 50 หรือ 52 Ω . "RG" เป็นตัวบ่งชี้หน่วยสำหรับสาย RF จำนวนมากในกองทัพสหรัฐ อิเล็กทรอนิคส์ประเภทร่วมระบบการกำหนด . มีหลายรุ่นครอบคลุมความแตกต่างในวัสดุหลัก (สายแข็งหรือถักเปีย) และโล่ (70% ถึง 95% ครอบคลุม) เป็น เส้นผ่าศูนย์กลางด้านนอกของ RG-58 ประมาณ 0.2 นิ้ว (5 มม. ) RG-58 น้ำหนักประมาณ 0.025 £ / ฟุต (37 g / m), การจัดแสดงนิทรรศการความจุประมาณ 25 pF / ฟุต (82 pF / m) และสามารถทนต่อสูงสุดไม่เกิน 300 V ที่มีศักยภาพ (1800 วัตต์) [1] RG-58 ธรรมดา สายมีตัวนำศูนย์ของแข็ง RG-58A / U มีความยืดหยุ่น 7 หรือ 19 ตัวนำศูนย์สาระ มากที่สุด สองทางวิทยุ ระบบการสื่อสารเช่นทะเล วิทยุ CB , มือสมัครเล่น , ตำรวจ, ไฟไหม้, WLAN เสาอากาศ ฯลฯ ถูกออกแบบมาเพื่อทำงานร่วมกับสายเคเบิล 50 Ω RG-58 สายมักจะใช้เป็นผู้ให้บริการทั่วไปของสัญญาณในห้องปฏิบัติการร่วมกับ การเชื่อมต่อ BNC ที่ใช้กันทั่วไปในการทดสอบและอุปกรณ์การวัดเช่น Oscilloscope ของ . RG-58 ในรุ่น RG-58A / U หรือ RG-58C / U ครั้งหนึ่งเคยเป็นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายใน "ผอม" อีเธอร์เน็ต ( 10Base2 ) ที่ให้ความยาวส่วนสูงสุดของ 185 เมตร อย่างไรก็ตามมันก็ถูกแทนที่เกือบทั้งหมดโดยคู่บิดสายเช่น Cat 5 , Cat 6 และสายเคเบิลที่คล้ายกันในข้อมูลการใช้งานระบบเครือข่ายRG-58 สายสามารถใช้สำหรับความถี่สูงปานกลาง การลดทอนสัญญาณขึ้นอยู่กับความถี่ในการเช่นจาก 0.11 dB / m ที่ 50 MHz ถึง 1.4 dB / m ที่ 2 GHz [2 4 สาย RG-59 สายชนิดนี้เป็นสายนำสัญญาณภาพเหมือนกันกับสาย RG6 แต่สาย RG59 จะมีขนาดที่เล็กกว่าสาย RG6 และมีความยืดยุ่นสูงกว่า เพราะสายเส้นเล็กกว่า แต่สาย RG59 จะนำสัญญาณภาพได้ในระยะที่สั้นกว่าสาย กว่าคือสาย RG59 นำสัญญาณภาพได้ไกลไม่เกิน 200 เมตร เพราะสาย RG59 มีการลดทอนของสัญญาณภาพมากที่สุด เพราะสายมีขนาดเล็กสุด นั่นเอง สาย RG59 จะเหมาะกับใช้งานภายในอาคาร ในลิฟท์ เพราะมีสายมีขนาดเล็กและมีความยืดยุ่นได้ดี
***ในกรณีที่ต้องเดินสายไกลเกินกว่า 1000 เมตร ก็จะต้องใช้อุปกรณเสริมเข้ามาช่วยเพื่อให้นำสัญญาณภาพได้ไกลยิ่งขึ้น นั่นก็คือ บูตเตอร์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ช่วยขยายสัญญาณภาพและนำสัญญาณภาพไปได้ไกลกว่าเดิม บูตรเตอร์มีอยู่รุ่นบางรุ่นนำสัญาณภาพได้ไกล 1500 เมตร บางรุ่นนำสัญญาณภาพได้ไกลเกินกว่า 2000 เมตร ทั้งนี้ขึ้นอยู่ความเหมาะสมตามหน้างานที่ติดตั้งกล้องวงจรปิดนั้นๆ
การเดินทางของคลื่นในสายส่ง
การสร้างสายอากาศแบบต่างๆ.
โดยทั่วไปสายอากาศจะประกอบด้วยโครงสร้างของตัวนำโลหะที่เรียกว่าอีลิเมนท์ขับ (อังกฤษ: driven element) ที่ต่อทางไฟฟ้า(มักจะผ่านทางสายส่ง)เข้ากับเครื่องส่งหรือเครื่องรับ เครื่องส่งจะบังคับให้กระแสไฟฟ้าที่เป็นคลื่นของอิเล็กตรอนไหลผ่านสายอากาศ กระแสไฟฟ้าดังกล่าวจะสร้างสนามไฟฟ้าที่เป็นคลื่นไปตามอีลิเมนท์นั้น สนามพลังที่เปลี่ยนแปลงไปตามเวลาเหล่านี้จะถูกแผ่กระจายออกไปจากสายอากาศเข้าสู่อากาศในรูปของคลื่นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ตามขวาง ทางด้านรับ คลื่นเหล่านี้เข้ามารวมกันที่สายอากาศ สนามแม่เหล็กและไฟฟ้าที่เป็นคลื่นจะสร้างแรงขึ้นบนอิเล็กตรอนในอีลิเมนท์ของสายอากาศ ทำให้พวกอิเล็กตรอนต้องเคลื่อนที่กลับไปกลับมา เป็นการสร้างกระแสที่เป็นคลื่นในสายอากาศ
สายอากาศสามารถออกแบบให้ส่งหรือรับคลื่นวิทยุได้ในทุกทิศทางแนวราบเท่าๆกันที่เรียกว่าสายอากาศทุกทิศทาง (อังกฤษ: Omnidirectional antenna), หรือชอบที่จะให้รับและส่งได้ในทิศทางเฉพาะที่เรียกว่าสายอากาศเฉพาะทิศทาง (อังกฤษ: Directional antenna) หรือสายอากาศเกนสูง (อังกฤษ: High gain antenna) สำหรับสายอากาศเกนสูง มันอาจต้องมีอีลิเมนท์หรือตัวประกอบอื่นเพิ่มเติมที่ไม่มีการต่อถึงกันทางไฟฟ้าเข้ากับเครื่องส่งหรือเครื่องรับแต่อย่างใด อุปกรณ์ดังกล่าวได่แก่ อีลิเมนท์กาฝาก (อังกฤษ: parasitic elements), แผงสะท้อนคลื่นแบบโค้ง (อังกฤษ: parabolic reflectors) หรือ สายอากาศปากแตร (อังกฤษ: Horn antenna), ซึ่งมีหน้าที่นำทางคลื่นวิทยุให้อยู่ในรูปลำแสงหรือรูปแบบการแผ่กระจายคลื่นที่ต้องการอื่นๆ
สายอากาศตัวแรกถูกสร้างขึ้นในปี 1888 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน นายไฮน์ริช เฮิร์ตซ์ ระหว่างการทดลองแบบบุกเบิกเพื่อพิสูจน์ความมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ได้มีการคาดคะเนไว้ก่อนแล้วตามทฤษฎีของนายเจมส์ เคลิร์ก แมกซ์เวลล์ นายเฮิร์ตซ์ได้วางสายอากาศแบบไดโพลหลายตัวไว้ที่จุดโฟกัสของกลุ่มแผงสะท้อนคลื่นแบบโค้งเพื่อให้มีการทำงานทั้งรับและส่ง เขาได้ตีพิมพ์ผลงานของเขาใน Annalen der Physik und Chemie (vol. 36, 1889).
ตามลักษณะการใช้งานและเทคโนโลยีที่มีอยู่, เสาอากาศโดยทั่วไปจะตกอยู่ในหนึ่งในสองประเภทต่อไปนี้:
สายอากาศรอบทิศทาง หรือสายอากาศที่สัญญาณอ่อนเฉพาะบางทิศทางเท่านั้น แต่จะรับหรือส่งมากหรือน้อยในทุกทิศทาง สายอากาศประเภทนี้จะถูกนำมาใช้เมื่อตำแหน่งสัมพันธ์กับสถานีอื่นไม่เป็นที่รู้จักหรือไม่ชัดเจน พวกมันยังถูกใช้ที่ความถี่ต่ำอีกด้วยในตำแหน่งที่เสาอากาศเฉพาะทิศทางจะมีขนาดใหญ่เกินไป หรือเพียงเพื่อลดค่าใช้จ่ายในการนำมาใช้งานในจุดที่เสาอากาศเฉพาะทิศทางไม่มีความจำเป็นต้องใช้
สายอากาศเฉพาะทิศทาง หรือสายอากาศแบบ ลำคลื่น ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อส่งหรือรับสัญญาณในทิศทางใดทิศทางหนึ่งหรือรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง (อังกฤษ: pattern) โดยเฉพาะ
ในการใช้งานทั่วไป, "รอบทิศทาง" โดยปกติหมายถึงทิศทางแนวนอนทั้งหมดซึ่งโดยปกติจะมีประสิทธิภาพการทำงานที่ลดลงในทิศทางท้องฟ้าหรือพื้นดิน (แม้แต่แผงกระจายคลื่นแบบเท่ากันทุกทิศทาง (อังกฤษ: isotropic radiator) ก็ทำไม่ได้อย่างแท้จริง) สายอากาศ "เฉพาะทิศทาง" มักจะมีจุดมุ่งหมายเพื่อเพิ่มการจับคลื่นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในทิศทางของสถานีอื่น ๆ หรือบางครั้งเพื่อให้ครอบคลุมเฉพาะภูมิภาคเช่นรูปแบบพัดแนวนอน 120° ในกรณีเช่นสายอากาศแบบแผงที่ติดตั้งแผงถ่ายทอดสัญญาณมือถือ (อังกฤษ: cell site)
สายอากาศแบบมีทิศทาง
สายอากาศยากิ (บางครั้งอาจจะเรียกว่า Yagi–Uda เป็นชื่อของผู้คนพบสายอากาศชนิดนี้) เป็นสายอากาศทิศทางเดียว (unidirectional) สามารถมีรูปแบบ polarized ทั้งแนวตั้งและแนวนอน ก่อนที่เราจะไปดูรายละเอียดอื่น ๆ ให้เรามาดูลักษะการแพร่กระจายคลื่นของสายอากาศยากิก่อน
Main Lobe เป็นลำคลื่นหลักของสายอากาศยากิ ส่วนนี้เป็นส่วนที่เราต้องการ มีความสำคัญที่สุด
Side Lobe ลำคลื่นจำนวนเล็กน้อยที่พุ่งออกไปทางด้านข้าง ส่วนนี้เราไม่อยากให้มี
Back Lobe ลำคลื่นจำนวนเล็กน้อยที่พุ่งไปด้านหลัง ส่วนนี้เราก็ไม่ต้องการเช่นกัน
จุด P คือตำเหน่งของสายอากาศยากิ (ที่ตั้ง)
มุม a คือ beamwidth ของสายอากาศยากิ สายอากาศที่ Gain สูง ๆ มุมนี้จะแคบ มุมนี้จะวัดที่ระดับสัญญาณตกลงไปจากจุด C -3 dB
จุด C หรือ center point เป็นจุดที่มีสัญญาณแรงที่สุด
สายอากาศยากิ 3 E (THREE-ELEMENT YAGI BEAM)
สายอากาศยากิ 3 E ประกอบด้วย 3 ส่วนครบสูตรยากิคือมี ตัวขับ (half wavelength driven element) reflector และ director ตัวอย่างสายอากาศยากิเราจะใช้ความยาวบูม 0.3 lambda จะได้อัตราการขยายประมาณ 7 - 8 dBd และอัตราส่วน front-to-back ประมาณ 15 ถึง 28 dB จุดป้อนสัญญาณ จะมี impedance ประมาณ 18-25 โอห์ม เราสามารถเปลี่ยน impedance ให้เป็น 50 โอห์มโดยการใช้ coaxial ก็ได้ (การ match ทำได้หลายแบบ)
คำนวณหา Director
คำนวณหา Driven element
คำนวณหา Reflector
คำนวณหาระยะห่าง Spacing
Director คือความยาวของไดเร็กเตอร์ มีหน่วยเป็นเมตร (m)
D.E. คือความยาวของ driven element มีหน่วยเป็นเมตร (m)
Reflector คือความยาวของ reflector มีหน่วยเป็นเมตร (m)
ระยะห่าง S1, S2 และ S3 มีหน่วยเป็นเมตร (m)
การ match สายอากาศ (IMPEDANCE MATCHING THE BEAM ANTENNA)
โดยปกติแล้ว impedance จุดป้อนสัญญาณ (feedpoint impedance) ของสายอากาศยากิ มักจะต่ำกว่า จุดป้อนสัญญาณของ half wavelength dipole (ประมาณ 72 โอห์ม) แม้ว่าจะเอาตัวขับมาจากสายอากาศ half wavelength dipole ก็ตาม ทั่วไปแล้วจะมีค่า impedance ประมาณ 18 -20 โอห์ม อย่างมากไม่เกิน 37 โอห์ม ที่ 32 โอห์ม ถ้าเรา ต่อสายเข้าไปตรง ๆ กับสายนำสัญญาณ Coaxial 50 โอห์ม เราจะได้ค่า SWR 1.41 : 1 แต่ถ้าที่ 25 โอห์ม SWR มากกว่า 2 : 1 ถ้าค่า SWR มากเกินไปก็จะเป็นอันตรายต่อเครื่องส่ง ดังนั้นเพื่อเป็นการแก้ปัญหาเราจึงทำการปรับเปลี่ยน impedance หรือการ matching ให้สายอากาศต้นนี้มีค่า 52 หรือ 75 โอห์ม
ในที่นี้เราขอแนะนำ gamma match สักษณะการต่อคือ สายส่วนที่เป็น shield จะต่อกับ ตรงกลางของ element (L) และส่วนที่เป็น ลวดตัวนำข้างใน ต่อกับอุปกรณ์ matching ตามรูป
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น