1. บทนำเกี่ยวกับเสาอากาศ
เสาอากาศคือโครงสร้างที่ทำหน้าที่เป็นจุดเชื่อมต่อระหว่างพื้นที่ว่างและสายส่ง ดังแสดงในรูปที่ 1 สายส่งอาจอยู่ในรูปของสายโคแอกเซียลหรือท่อกลวง (ท่อนำคลื่น) ซึ่งใช้ในการส่งพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดไปยังเสาอากาศ หรือจากเสาอากาศไปยังเครื่องรับ โดยเสาอากาศเป็นเสาอากาศส่งสัญญาณ และเสาอากาศเป็นเสาอากาศรับสัญญาณเสาอากาศ.
รูปที่ 1 เส้นทางการส่งพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า
การส่งสัญญาณของระบบเสาอากาศในโหมดการส่งสัญญาณในรูปที่ 1 แสดงด้วยค่าเทียบเท่าเทเวนินดังแสดงในรูปที่ 2 โดยแหล่งกำเนิดสัญญาณแสดงด้วยเครื่องกำเนิดสัญญาณในอุดมคติ สายส่งแสดงด้วยเส้นที่มีอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ Zc และเสาอากาศแสดงด้วยโหลด ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA] ความต้านทานโหลด RL แสดงถึงการสูญเสียการนำไฟฟ้าและการสูญเสียไดอิเล็กทริกที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างเสาอากาศ ในขณะที่ Rr แสดงถึงความต้านทานการแผ่รังสีของเสาอากาศ และค่ารีแอกแตนซ์ XA ถูกใช้เพื่อแสดงส่วนจินตภาพของอิมพีแดนซ์ที่เกี่ยวข้องกับการแผ่รังสีของเสาอากาศ ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม พลังงานทั้งหมดที่สร้างขึ้นโดยแหล่งกำเนิดสัญญาณควรถูกถ่ายโอนไปยังความต้านทานการแผ่รังสี Rr ซึ่งใช้เพื่อแสดงความสามารถในการแผ่รังสีของเสาอากาศ อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานจริง มีการสูญเสียระหว่างตัวนำและไดอิเล็กทริกอันเนื่องมาจากคุณสมบัติของสายส่งและเสาอากาศ รวมถึงการสูญเสียที่เกิดจากการสะท้อน (ความไม่ตรงกัน) ระหว่างสายส่งและเสาอากาศ เมื่อพิจารณาถึงค่าอิมพีแดนซ์ภายในของแหล่งกำเนิดและละเลยการสูญเสียของสายส่งและแสงสะท้อน (ไม่ตรงกัน) พลังงานสูงสุดจะถูกจ่ายให้กับเสาอากาศภายใต้การจับคู่แบบคอนจูเกต
รูปที่ 2
เนื่องจากความไม่ตรงกันระหว่างสายส่งและเสาอากาศ คลื่นสะท้อนจากอินเทอร์เฟซจึงซ้อนทับกับคลื่นตกกระทบจากแหล่งกำเนิดไปยังเสาอากาศ ก่อให้เกิดคลื่นนิ่ง ซึ่งแสดงถึงความเข้มข้นและการเก็บกักพลังงาน และเป็นอุปกรณ์เรโซแนนซ์ทั่วไป รูปแบบคลื่นนิ่งทั่วไปแสดงด้วยเส้นประในรูปที่ 2 หากระบบเสาอากาศไม่ได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสม สายส่งอาจทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบการเก็บกักพลังงาน มากกว่าที่จะเป็นท่อนำคลื่นและอุปกรณ์ส่งพลังงาน
ความสูญเสียที่เกิดจากสายส่ง เสาอากาศ และคลื่นนิ่งเป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ การสูญเสียในสายส่งสามารถลดให้เหลือน้อยที่สุดได้โดยการเลือกสายส่งที่มีการสูญเสียต่ำ ในขณะที่การสูญเสียในเสาอากาศสามารถลดได้โดยการลดความต้านทานการสูญเสียที่แสดงด้วย RL ในรูปที่ 2 สามารถลดคลื่นนิ่งและลดการกักเก็บพลังงานในสายส่งได้โดยการจับคู่อิมพีแดนซ์ของเสาอากาศ (โหลด) กับอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะของสายส่ง
ในระบบไร้สาย นอกเหนือจากการรับหรือส่งพลังงานแล้ว เสาอากาศยังจำเป็นสำหรับการเพิ่มพลังงานที่แผ่ออกไปในทิศทางที่กำหนดและลดพลังงานที่แผ่ออกไปในทิศทางอื่นๆ ดังนั้น นอกจากอุปกรณ์ตรวจจับแล้ว เสาอากาศยังต้องถูกใช้เป็นอุปกรณ์กำหนดทิศทางด้วย เสาอากาศสามารถมีได้หลายรูปแบบเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะ เช่น สายไฟ ช่องรับแสง แพตช์ ชุดประกอบ (อาร์เรย์) ตัวสะท้อนแสง เลนส์ ฯลฯ
ในระบบสื่อสารไร้สาย เสาอากาศเป็นหนึ่งในส่วนประกอบที่สำคัญที่สุด การออกแบบเสาอากาศที่ดีสามารถลดความต้องการของระบบและเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของระบบได้ ตัวอย่างคลาสสิกคือโทรทัศน์ ซึ่งสามารถปรับปรุงการรับสัญญาณออกอากาศได้ด้วยการใช้เสาอากาศประสิทธิภาพสูง เสาอากาศมีความสำคัญต่อระบบสื่อสารเช่นเดียวกับดวงตาของมนุษย์
2. การจำแนกประเภทเสาอากาศ
เสาอากาศฮอร์นเป็นเสาอากาศแบบระนาบ เป็นเสาอากาศไมโครเวฟที่มีหน้าตัดเป็นรูปวงกลมหรือสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ค่อยๆ เปิดออกที่ปลายท่อนำคลื่น เป็นเสาอากาศไมโครเวฟที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด สนามรังสีของฮอร์นถูกกำหนดโดยขนาดของช่องรับแสงของฮอร์นและชนิดของการแพร่กระจาย ในบรรดาเสาอากาศเหล่านี้ อิทธิพลของผนังฮอร์นต่อการแผ่รังสีสามารถคำนวณได้โดยใช้หลักการเลี้ยวเบนทางเรขาคณิต หากความยาวของฮอร์นคงที่ ขนาดช่องรับแสงและความต่างเฟสกำลังสองจะเพิ่มขึ้นตามมุมเปิดของฮอร์นที่เพิ่มขึ้น แต่ค่าเกนจะไม่เปลี่ยนแปลงตามขนาดช่องรับแสง หากจำเป็นต้องขยายย่านความถี่ของฮอร์น จำเป็นต้องลดการสะท้อนที่คอและช่องรับแสงของฮอร์น การสะท้อนจะลดลงเมื่อขนาดช่องรับแสงเพิ่มขึ้น โครงสร้างของเสาอากาศฮอร์นค่อนข้างเรียบง่าย และรูปแบบการแผ่รังสีก็ค่อนข้างเรียบง่ายและควบคุมได้ง่าย โดยทั่วไปมักใช้เป็นเสาอากาศแบบมีทิศทางกลาง เสาอากาศฮอร์นแบบสะท้อนแสงพาราโบลาที่มีแบนด์วิดท์กว้าง กลีบด้านข้างต่ำ และประสิทธิภาพสูง มักใช้ในการสื่อสารแบบรีเลย์ไมโครเวฟ
RM-DCPHA105145-20(10.5-14.5GHz)
RM-BDHA1850-20(18-50GHz)
RM-SGHA430-10(1.70-2.60GHz)
2. เสาอากาศไมโครสตริป
โครงสร้างของเสาอากาศไมโครสตริปโดยทั่วไปประกอบด้วยแผ่นรองรับไดอิเล็กทริก แผ่นกระจายสัญญาณ และแผ่นกราวด์เพลน ความหนาของแผ่นรองรับไดอิเล็กทริกน้อยกว่าความยาวคลื่นมาก ชั้นโลหะบาง ๆ ที่ด้านล่างของแผ่นรองรับเชื่อมต่อกับแผ่นกราวด์เพลน และชั้นโลหะบาง ๆ ที่มีรูปร่างเฉพาะจะถูกสร้างที่ด้านหน้าด้วยกระบวนการโฟโตลิโทกราฟีเพื่อใช้เป็นแผ่นกระจายสัญญาณ รูปร่างของแผ่นกระจายสัญญาณสามารถเปลี่ยนแปลงได้หลายรูปแบบตามความต้องการ
การเติบโตของเทคโนโลยีการรวมคลื่นไมโครเวฟและกระบวนการผลิตแบบใหม่ได้ส่งเสริมการพัฒนาเสาอากาศไมโครสตริป เมื่อเทียบกับเสาอากาศแบบดั้งเดิม เสาอากาศไมโครสตริปไม่เพียงแต่มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา รูปทรงเพรียวบาง ติดตั้งง่าย ประกอบง่าย ต้นทุนต่ำ เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก และยังมีข้อดีคือคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่หลากหลาย
RM-MA424435-22(4.25-4.35กิกะเฮิร์ตซ์)
RM-MA25527-22 (25.5-27กิกะเฮิรตซ์)
เสาอากาศแบบช่องนำคลื่น (Waveguide slot antenna) คือเสาอากาศที่ใช้ช่องในโครงสร้างท่อนำคลื่นเพื่อแผ่รังสี โดยทั่วไปประกอบด้วยแผ่นโลหะสองแผ่นขนานกันเป็นท่อนำคลื่นที่มีช่องว่างแคบๆ ระหว่างแผ่นโลหะทั้งสอง เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านช่องว่างท่อนำคลื่น จะเกิดปรากฏการณ์เรโซแนนซ์ ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแรงสูงใกล้ช่องว่างเพื่อแผ่รังสี ด้วยโครงสร้างที่เรียบง่าย เสาอากาศแบบช่องนำคลื่นจึงสามารถแผ่รังสีได้กว้างและมีประสิทธิภาพสูง จึงถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในเรดาร์ การสื่อสาร เซ็นเซอร์ไร้สาย และสาขาอื่นๆ ในย่านไมโครเวฟและคลื่นมิลลิเมตร ข้อดีของเสาอากาศแบบช่องนำคลื่น ได้แก่ ประสิทธิภาพการแผ่รังสีสูง คุณสมบัติแบบบรอดแบนด์ และความสามารถในการป้องกันการรบกวนที่ดี จึงเป็นที่นิยมในหมู่วิศวกรและนักวิจัย
RM-PA7087-43（71-86GHz）
RM-PA1075145-32（10.75-14.5GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
เสาอากาศแบบสองรูปกรวย (Biconical Antenna) คือเสาอากาศบรอดแบนด์ที่มีโครงสร้างแบบสองรูปกรวย ซึ่งโดดเด่นด้วยการตอบสนองความถี่ที่กว้างและประสิทธิภาพการแผ่รังสีสูง เสาอากาศแบบสองรูปกรวยทั้งสองส่วนมีลักษณะสมมาตรกัน โครงสร้างนี้ช่วยให้สามารถแผ่รังสีได้อย่างมีประสิทธิภาพในย่านความถี่กว้าง มักใช้ในงานด้านต่างๆ เช่น การวิเคราะห์สเปกตรัม การวัดรังสี และการทดสอบความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) เสาอากาศชนิดนี้มีคุณสมบัติการจับคู่อิมพีแดนซ์และคุณสมบัติการแผ่รังสีที่ดี เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องครอบคลุมหลายความถี่
อาร์เอ็ม-BCA2428-4(24-28GHz)
RM-BCA218-4（2-18GHz)
เสาอากาศแบบเกลียวเป็นเสาอากาศบรอดแบนด์ที่มีโครงสร้างแบบเกลียว ซึ่งโดดเด่นด้วยการตอบสนองความถี่ที่กว้างและประสิทธิภาพการแผ่รังสีสูง เสาอากาศแบบเกลียวให้ความหลากหลายในการกระจายโพลาไรเซชันและคุณสมบัติการแผ่รังสีแบนด์กว้างผ่านโครงสร้างขดลวดเกลียว เหมาะสำหรับระบบเรดาร์ การสื่อสารผ่านดาวเทียม และระบบสื่อสารไร้สาย
RM-PSA0756-3(0.75-6GHz)
RM-PSA218-2R(2-18กิกะเฮิรตซ์)
หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเสาอากาศ โปรดไปที่:
เวลาโพสต์: 14 มิ.ย. 2567
