1. ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเสาอากาศ
เสาอากาศเป็นโครงสร้างเชื่อมต่อระหว่างพื้นที่ว่างและสายส่งสัญญาณ ดังแสดงในรูปที่ 1 สายส่งสัญญาณอาจอยู่ในรูปของสายโคแอกเซียลหรือท่อกลวง (ท่อนำคลื่น) ซึ่งใช้ในการส่งพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดไปยังเสาอากาศ หรือจากเสาอากาศไปยังตัวรับสัญญาณ แบบแรกเรียกว่าเสาอากาศส่งสัญญาณ และแบบหลังเรียกว่าเสาอากาศรับสัญญาณเสาอากาศ.
รูปที่ 1 เส้นทางการส่งผ่านพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า
การส่งสัญญาณของระบบเสาอากาศในโหมดการส่งสัญญาณดังแสดงในรูปที่ 1 แสดงโดยสมมูลเทเวนินดังแสดงในรูปที่ 2 โดยที่แหล่งกำเนิดสัญญาณแทนด้วยเครื่องกำเนิดสัญญาณในอุดมคติ สายส่งแทนด้วยสายที่มีอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ Zc และเสาอากาศแทนด้วยโหลด ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA] ความต้านทานโหลด RL แสดงถึงการสูญเสียจากการนำไฟฟ้าและไดอิเล็กตริกที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างเสาอากาศ ในขณะที่ Rr แสดงถึงความต้านทานการแผ่รังสีของเสาอากาศ และรีแอกแทนซ์ XA ใช้เพื่อแสดงส่วนจินตนาการของอิมพีแดนซ์ที่เกี่ยวข้องกับการแผ่รังสีของเสาอากาศ ภายใต้เงื่อนไขในอุดมคติ พลังงานทั้งหมดที่สร้างขึ้นโดยแหล่งกำเนิดสัญญาณควรถูกถ่ายโอนไปยังความต้านทานการแผ่รังสี Rr ซึ่งใช้เพื่อแสดงความสามารถในการแผ่รังสีของเสาอากาศ อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานจริง จะมีการสูญเสียจากการนำไฟฟ้าและไดอิเล็กตริกเนื่องจากลักษณะเฉพาะของสายส่งและเสาอากาศ รวมถึงการสูญเสียที่เกิดจากการสะท้อน (ความไม่ตรงกัน) ระหว่างสายส่งและเสาอากาศ เมื่อพิจารณาอิมพีแดนซ์ภายในของแหล่งกำเนิดและไม่คำนึงถึงการสูญเสียในสายส่งและการสะท้อน (ความไม่ตรงกัน) พลังงานสูงสุดจะถูกส่งไปยังเสาอากาศภายใต้การจับคู่แบบคอนจูเกต
รูปที่ 2
เนื่องจากความไม่สอดคล้องกันระหว่างสายส่งและเสาอากาศ คลื่นสะท้อนจากส่วนต่อประสานจะซ้อนทับกับคลื่นตกกระทบจากแหล่งกำเนิดไปยังเสาอากาศ ทำให้เกิดคลื่นนิ่ง ซึ่งแสดงถึงการรวมตัวและการกักเก็บพลังงาน และเป็นอุปกรณ์เรโซแนนซ์ทั่วไป รูปแบบคลื่นนิ่งทั่วไปแสดงด้วยเส้นประในรูปที่ 2 หากระบบเสาอากาศไม่ได้ออกแบบอย่างเหมาะสม สายส่งอาจทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบกักเก็บพลังงานมากกว่าเป็นอุปกรณ์นำคลื่นและส่งผ่านพลังงาน
การสูญเสียที่เกิดจากสายส่ง เสาอากาศ และคลื่นนิ่งนั้นเป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ การสูญเสียในสายส่งสามารถลดลงได้โดยการเลือกใช้สายส่งที่มีการสูญเสียต่ำ ในขณะที่การสูญเสียของเสาอากาศสามารถลดลงได้โดยการลดความต้านทานการสูญเสียที่แสดงด้วย RL ในรูปที่ 2 คลื่นนิ่งและการสะสมพลังงานในสายส่งสามารถลดลงได้โดยการจับคู่ค่าอิมพีแดนซ์ของเสาอากาศ (โหลด) กับค่าอิมพีแดนซ์เฉพาะของสายส่ง
ในระบบไร้สาย นอกจากการรับหรือส่งพลังงานแล้ว เสาอากาศมักจำเป็นต้องใช้เพื่อเพิ่มพลังงานที่แผ่กระจายไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง และลดทอนพลังงานที่แผ่กระจายไปในทิศทางอื่น ดังนั้น นอกเหนือจากอุปกรณ์ตรวจจับแล้ว เสาอากาศยังต้องใช้เป็นอุปกรณ์กำหนดทิศทางด้วย เสาอากาศสามารถมีได้หลายรูปแบบเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะ อาจเป็นลวด ช่องเปิด แผ่นโลหะ ชุดประกอบ (อาร์เรย์) ตัวสะท้อนแสง เลนส์ เป็นต้น
ในระบบสื่อสารไร้สาย เสาอากาศเป็นหนึ่งในส่วนประกอบที่สำคัญที่สุด การออกแบบเสาอากาศที่ดีสามารถลดความต้องการของระบบและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบได้ ตัวอย่างคลาสสิกคือโทรทัศน์ ซึ่งการรับสัญญาณออกอากาศสามารถปรับปรุงได้โดยใช้เสาอากาศประสิทธิภาพสูง เสาอากาศเปรียบเสมือนดวงตาของมนุษย์ในระบบสื่อสาร
2. การจำแนกประเภทเสาอากาศ
เสาอากาศแบบฮอร์นเป็นเสาอากาศแบบระนาบ ซึ่งเป็นเสาอากาศไมโครเวฟที่มีหน้าตัดเป็นวงกลมหรือสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ค่อยๆ เปิดออกที่ปลายของท่อนำคลื่น เป็นเสาอากาศไมโครเวฟชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด สนามการแผ่รังสีของมันถูกกำหนดโดยขนาดของช่องเปิดของฮอร์นและชนิดของการแพร่กระจายคลื่น ในจำนวนนี้ อิทธิพลของผนังฮอร์นต่อการแผ่รังสีสามารถคำนวณได้โดยใช้หลักการเลี้ยวเบนทางเรขาคณิต หากความยาวของฮอร์นคงที่ ขนาดของช่องเปิดและความแตกต่างของเฟสกำลังสองจะเพิ่มขึ้นเมื่อมุมเปิดของฮอร์นเพิ่มขึ้น แต่เกนจะไม่เปลี่ยนแปลงตามขนาดของช่องเปิด หากต้องการขยายย่านความถี่ของฮอร์น จำเป็นต้องลดการสะท้อนที่คอและช่องเปิดของฮอร์น การสะท้อนจะลดลงเมื่อขนาดของช่องเปิดเพิ่มขึ้น โครงสร้างของเสาอากาศแบบฮอร์นค่อนข้างง่าย และรูปแบบการแผ่รังสีก็ค่อนข้างง่ายและควบคุมได้ง่าย โดยทั่วไปจะใช้เป็นเสาอากาศทิศทางปานกลาง เสาอากาศแบบฮอร์นสะท้อนแสงพาราโบลาที่มีแบนด์วิดท์กว้าง กลีบข้างต่ำ และประสิทธิภาพสูง มักใช้ในการสื่อสารแบบรีเลย์ไมโครเวฟ
RM-DCPHA105145-20(10.5-14.5GHz)
RM-BDHA1850-20(18-50GHz)
RM-SGHA430-10(1.70-2.60GHz)
2. เสาอากาศไมโครสตริป
โครงสร้างของเสาอากาศไมโครสตริปโดยทั่วไปประกอบด้วยแผ่นฉนวน แผ่นกระจายคลื่น และแผ่นกราวด์ ความหนาของแผ่นฉนวนนั้นน้อยกว่าความยาวคลื่นมาก ชั้นโลหะบางๆ ที่ด้านล่างของแผ่นฉนวนเชื่อมต่อกับแผ่นกราวด์ และชั้นโลหะบางๆ ที่มีรูปร่างเฉพาะจะถูกสร้างขึ้นที่ด้านหน้าโดยกระบวนการโฟโตลิโทกราฟีเพื่อทำหน้าที่เป็นแผ่นกระจายคลื่น รูปร่างของแผ่นกระจายคลื่นสามารถเปลี่ยนแปลงได้หลายวิธีตามความต้องการ
ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการรวมคลื่นไมโครเวฟและกระบวนการผลิตใหม่ๆ ได้ส่งเสริมการพัฒนาเสาอากาศไมโครสตริป เมื่อเปรียบเทียบกับเสาอากาศแบบดั้งเดิม เสาอากาศไมโครสตริปไม่เพียงแต่มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา รูปทรงแบนราบ ดัดงอได้ง่าย แต่ยังง่ายต่อการรวมเข้าด้วยกัน ต้นทุนต่ำ เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก และยังมีข้อดีของคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่หลากหลายอีกด้วย
RM-MA424435-22 (4.25-4.35GHz)
RM-MA25527-22(25.5-27GHz)
เสาอากาศแบบช่องในท่อคลื่น (Waveguide slot antenna) คือเสาอากาศที่ใช้ช่องว่างในโครงสร้างท่อคลื่นเพื่อสร้างการแผ่รังสี โดยปกติจะประกอบด้วยแผ่นโลหะขนานสองแผ่นที่สร้างเป็นท่อคลื่นโดยมีช่องว่างแคบๆ ระหว่างแผ่นทั้งสอง เมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านช่องว่างในท่อคลื่น จะเกิดปรากฏการณ์เรโซแนนซ์ ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แรงใกล้ช่องว่างเพื่อสร้างการแผ่รังสี เนื่องจากโครงสร้างที่เรียบง่าย เสาอากาศแบบช่องในท่อคลื่นจึงสามารถแผ่รังสีได้กว้างและมีประสิทธิภาพสูง ดังนั้นจึงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในเรดาร์ การสื่อสาร เซ็นเซอร์ไร้สาย และสาขาอื่นๆ ในย่านความถี่ไมโครเวฟและมิลลิเมตร ข้อดีของมัน ได้แก่ ประสิทธิภาพการแผ่รังสีสูง คุณลักษณะแบบบรอดแบนด์ และความสามารถในการต้านทานการรบกวนที่ดี จึงเป็นที่นิยมของวิศวกรและนักวิจัย
RM-PA7087-43 (71-86GHz)
RM-PA1075145-32 (10.75-14.5GHz)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
เสาอากาศแบบไบโคนิก (Biconical Antenna) เป็นเสาอากาศแบบบรอดแบนด์ที่มีโครงสร้างแบบไบโคนิก ซึ่งมีคุณสมบัติเด่นคือ การตอบสนองความถี่กว้างและประสิทธิภาพการแผ่รังสีสูง ส่วนทรงกรวยทั้งสองของเสาอากาศแบบไบโคนิกมีความสมมาตรกัน ด้วยโครงสร้างนี้ ทำให้สามารถแผ่รังสีได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงความถี่กว้าง โดยทั่วไปจะใช้ในด้านต่างๆ เช่น การวิเคราะห์สเปกตรัม การวัดการแผ่รังสี และการทดสอบ EMC (ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า) มีคุณสมบัติการจับคู่ความต้านทานและการแผ่รังสีที่ดี และเหมาะสำหรับสถานการณ์การใช้งานที่ต้องการครอบคลุมหลายความถี่
อาร์เอ็ม-บีซีเอ2428-4(24-28GHz)
RM-BCA218-4 (2-18GHz)
เสาอากาศแบบเกลียวเป็นเสาอากาศบรอดแบนด์ที่มีโครงสร้างเป็นเกลียว ซึ่งมีคุณสมบัติเด่นคือการตอบสนองความถี่กว้างและประสิทธิภาพการแผ่รังสีสูง เสาอากาศแบบเกลียวสามารถสร้างความหลากหลายของโพลาไรเซชันและคุณลักษณะการแผ่รังสีแบบบรอดแบนด์ได้ด้วยโครงสร้างของขดลวดเกลียว และเหมาะสำหรับระบบเรดาร์ ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียม และระบบสื่อสารไร้สาย
RM-PSA0756-3 (0.75-6GHz)
RM-PSA218-2R (2-18GHz)
หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเสาอากาศ โปรดไปที่:
วันที่เผยแพร่: 14 มิถุนายน 2024
