สายอากาศคืออะไร

[E20ZSY- สระบุรี]

สายอากาศคือ อะไร

สายอากาศ อุปกรณ์สำหรับรับและส่งคลื่น ความถี่วิทยุ (radio frequency) ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และในทางกลับกัน ก็เปลี่ยนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพลังงานไฟฟ้าเช่นกัน

สายอากาศมีหลายขนาดและรูปแบบ ขึ้นอยู่กับการใช้งาน เช่น สายอากาศสำหรับเครื่องรับโทรทัศน์ในบ้าน ส่วนใหญ่เป็นสายอากาศชนิด ยากิ-อุดะ มักติดตั้งไว้บนหลังคา ทำด้วยอะลูมิเนียม เพราะน้ำหนักเบาและทนต่อสภาพอากาศได้ดีกว่าโลหะทั่วไป สายอากาศของไมค์ลอย เป็นเพียงสายไฟสั้นๆ หรือสายอากาศของโทรศัพท์มือถือ เป็นเพียงจุดเชื่อมต่อเล็กๆ เท่านั้น

คำว่าสายอากาศ เป็นศัพท์เฉพาะด้านไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ บัญญัติขึ้นจากคำศัพท์ในภาษาอังกฤษ "antenna" หรือ "aerial" ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์อาจเขียนอักษรย่อ Ant. อย่างไรก็ตาม บุคคลทั่วไปนิยมเรียกว่า เสาอากาศ อาจจะเป็นเพราะเดิมใช้เสาสูงๆ สำหรับติดตั้งสายอากาศนั่นเอง

สายอากาศแบ่งตามรูปแบบการรับ-ส่งคลื่นได้ ดังนี้

..สายอากาศแบบรอบตัว สามารถรับ-ส่งคลื่นได้ดีในทุกทิศทางเฉลี่ยกันไปโดยรอบ
..สายอากาศแบบกึ่งรอบตัว สามารถรับ-ส่งคลื่นได้ดีเกือบรอบตัวแต่มีอัตราขยายสูงกว่าแบบรอบตัว
..สายอากาศแบบทิศทางเดียว สามารถรับ-ส่งคลื่นได้ดีในทิศทางที่กำหนดและจะมีอัตราขยาย (gain) สูงกว่าประเภทอื่น
 
พารามิเตอร์ของสายอากาศ



แบบรูปการแผ่พลังงานของสายอากาศ


แบบรูปการแผ่พลังงานของสายอากาศไมโครสตริปแพทซ์
พูหลัก (Major Lobe)

พูหลัก คือ พูที่สัญญาณแพร่กระจายออกมา โดยการแพร่กระจายของสัญญาณในอุดมคติของพูหลักคือ ไม่มีการสูญเสียใด ๆ ทั้งสิ้นดังแสดงในรูป



แบบรูปพูหลัก (major lobe)
กล่าวคือ เมื่อพูหลักแพร่กระจายสัญญาณออกไปในทิศทางที่มีการแพร่กระจายมากที่สุด โดยจะมีพูย่อย ๆ ออกมาเช่น พูด้านข้าง พูด้านหลัง ฯลฯ เป็นส่วนประกอบและพูหลักนี้อาจมีมากกว่าหนึ่งพูก็ได้ในสายอากาศบางประเภท

พูด้านข้าง (Side Lobe)

พูด้านข้าง (Side Lobe) จะมีอยู่รอบๆพูหลักและจะมีมากอยู่ติดกับพูหลัก เพื่อให้สัญญาณชัดเจน ควรทำการลดขนาดของพูด้านข้างให้น้อยลง ดังแสดงในรูป



แบบรูปพูด้านข้าง Side Lobe
พูด้านหลัง (Back Lobe)

พูด้านหลัง (อังกฤษ: Back lobe) คือ ลำคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยที่พุ่งด้านหลังของสายอากาศ เป็นโลบย่อยที่อยู่ในครึ่งวงกลมตรงข้ามกับโลบหลัก ปกติแล้วโลบย่อยจะเกิดจากการแพร่กระจายคลื่นในทิศทางที่ไม่ต้องการ ดังนั้นสายอากาศที่ดีจะต้องกำจัดโลบเหล่านี้ให้น้อยที่สุด

ระดับของโลบย่อยมักแสดงเป็นอัตราส่วนของความหนาแน่นของพลังงานในโลบที่กำลัง คิดต่อความหนาแน่นของพลังงานในโลบหลัก ซึ่งเรียกว่า อัตราส่วนของไซด์โลบ (Side Lobe Ratio) หรือ ระดับของไซด์โลบ (Side Lobe Level; SLL) ในทางปฏิบัติโดยทั่วไปนั้นมักจะต้องการให้ระดับของไซด์น้อยกว่า -20 dB

พูย่อย (Minor Lobe) พูย่อย (Minor Lobe) ได้แก่โลบอื่นๆนอกเหนือไปจากโลบหลัก พูข้าง หรือ ไซด์โลบ (Side Lobe) เป็นโลบย่อยที่อยู่ติดกับโลบหลัก และอยู่ในทิศทางบนครึ่งวงกลมซีกเดียวกับโลบหลัก



แบบรูปพูย่อย Minor Lobe
ตำแหน่งศูนย์แรกของแบบรูปการแผ่พลังงาน (First null beamwidth) Radiation pattern ของความเข้มสนาม First-null beamwidth จะพิจารณาขนาดเชิงมุมระหว่าง 2 จุดที่ความเข้มสนามมีค่าเป็นศูนย์ครั้งแรกจากค่าสูงสุด

ตำแหน่งมุมกวาดของแบบรูปการแผ่พลังงานที่กำลังครึ่งหนึ่ง (Half Power Beamwidth)

เป็นมุมที่มีค่าเป็นครึ่งหนึ่งของค่าสูงสุด 2 จุด ซึ่งมุมที่วัดระหว่างจุดที่มีความเข้มของการแพร่กระจายคลื่น ตัวย่อของ Half-Power Beamwidth คือ HPBW



ตำแหน่งมุมกวาดของแบบรูปการแผ่พลังงานที่กำลังครึ่งหนึ่ง
แบบรูปการแผ่พลังงานชนิดไอโซทรอปิก (Isotropic Pattern)

แบบรูปการแผ่พลังงานชนิดไอโซทรอปิก ( Isotropic patterns ) หมายถึง สายอากาศที่ใช้ในทางทฤษฎี โดยมีการแพร่กระจายของคลื่นทุกทิศทางที่พร้อมกันด้วยความเข้มสนามที่เท่ากัน เป็นสายอากาศที่ไม่สามารถสร้างขึ้นได้จริง แต่จะใช้ในการเปรียบเทียบหรือกำหนดเป็นมาตรฐานนำไปเทียบกับสายอากาศแบบอื่น เพื่อดูลักษณะคุณสมบัติ แสดงทิศทางของสายอากาศ

แบบรูปการแผ่พลังงานเชิงทิศ (Directional Pattern)

แบบรูปการแผ่พลังงานโอมนิ (Omni Directional Pattern)
คือ สายอากาศที่กระจายสัญญาณได้รอบทิศทางในแนวระนาบ หรือ ขนานกันแนวพื้นโลก และมีรูปร่างการแพร่กระจายของคลื่นคล้ายๆกับขนมโดนัท

มีความถี่อยู่ประมาณช่วง 30 MHz - 1 GHz

สนามระยะไกล (Far Field)

ไฟล์:สนามระยะไกล (Far Fild).jpg
แบบสนามระยะไกล (Far Fild)
บริเวณสนามระยะไกล คือ บริเวณที่เราสนใจเพื่อทำการศึกษาเรื่องของสายอากาศ เพราะเป็นบริเวณที่ใช้จัดวางสายอากาศเพื่อทำการวัดแบบรูปการแผ่กระจายกำลังงานหรือทำการวัดคุณลักษณะต่างๆ ของสายอากาศ ในกรณีที่ความยาวของสายอากาศส่งและสายอากาศรับมีขนาดแตกต่างกัน จะต้องแทนค่า D ด้วยขนาดของสายอากาศที่มีความยาวสูงสุด เพื่อจะได้มั่นใจว่าเป็นบริเวณสนามระยะไกลที่ถูกต้อง

สนามระยะใกล้ (Near Field)

สนามแพร่กระจายระยะใกล้ (Radiating near-field) คือ บริเวณสนามของสายอากาศที่อยู่ระหว่างบริเวณของสนามรีแอคทีฟระยะใกล้กับบริเวณสนามระยะไกล โดยมีสนามที่กระจายอยู่เป็นส่วนใหญ่ และ การกระจายของสนามตามมุมต่างๆนั้น แปรผันตามระยะทางจากสายอากาศ เมื่อสายอากาศมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับความยาวคลื่น สนามในบริเวณนี้อาจไม่เกิดขึ้น

สนามระยะใกล้เชิงรีแอคทีฟ (Reactive Near Field)

สนามรีแอคทีฟระยะใกล้ ( Reactive-Near Field ) หมายถึง บริเวณสนามรีแอคทีฟระยะใกล้ เป็นสนามที่ล้อมรอบใกล้สายอากาศมากที่สุด เป็นจุดที่กระจายสัญญาณได้รอบทิศทาง ยกตัวอย่างเช่น เมื่อเรายืนใกล้ลำโพงที่มีกำลังวัตต์มากๆ เราจะไม่สามารถแยกได้ว่าด้านไหนเป็นด้านหน้าลำโพง และตรงบริเวณนี้จะมีสนามชนิดรีแอคทีฟเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งบริเวณนี้จะมีระยะทางจากผิวของสายอากาศด้วย

อัตราขยาย

(gain) เป็นความสามารถของสายอากาศในการรับส่งคลื่นวิทยุ สายอากาศแต่ละแบบมีอัตราขยายแตกต่างกัน สายอากาศแบบทิศทางเดียวจะมีอัตราการขยายมากกว่าสายอากาศแบบกึ่งรอบตัว และแบบรอบตัวโดยลำดับ ลักษณะการใช้งานจึงแตกต่างกันไป สายอากาศที่มีอัตราขยายสูง จะสามารถรับ-ส่งคลื่นวิทยุ ได้ดีมาก ตัวเลข ซึ่งมีหน่วยวัดอัตราการขยายได้แก่ dBi และ dBd