ในรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศ กลีบหลักแสดงถึงลำแสงหลักของเสาอากาศ ซึ่งเป็นบริเวณที่พลังงานสูงสุดและเข้มข้นที่สุดถูกแผ่กระจายออกมา
ความกว้างของลำแสง คือ ความกว้างเชิงมุมของช่องรับแสงที่พลังงานส่วนใหญ่แผ่กระจายออกไป พารามิเตอร์หลักสองตัวที่ใช้ในการกำหนดลักษณะความกว้างของลำแสง ได้แก่ ความกว้างของลำแสงที่ระดับพลังงานครึ่งหนึ่ง (Half-Power Beamwidth: HPBW) และความกว้างของลำแสงที่จุดศูนย์แรก (First Null Beamwidth: FNBW)
ความกว้างลำแสงครึ่งกำลัง (HPBW)
ตามคำจำกัดความมาตรฐาน ระยะห่างเชิงมุมที่ทำให้แอมพลิจูดของรูปแบบการแผ่รังสีลดลง 50% (เช่น -3 dB) จากจุดสูงสุดของลำแสงหลัก เรียกว่า ความกว้างของลำแสงครึ่งกำลัง
กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความกว้างของลำแสงคือบริเวณที่เสาอากาศแผ่พลังงานส่วนใหญ่ไป ซึ่งตรงกับบริเวณใกล้จุดที่มีกำลังสูงสุด ส่วนความกว้างของลำแสงครึ่งกำลังคือช่วงเชิงมุมที่กำลังสัมพัทธ์ในบริเวณการแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพของเสาอากาศเกิน 50% ของกำลังสูงสุด
การตีความทางเรขาคณิตของ HPBW
บนแผนภาพการแผ่รังสี ให้ลากเส้นจากจุดกำเนิดไปยังแต่ละด้านของลำแสงหลัก ณ จุดกำลังครึ่งหนึ่ง มุมระหว่างเวกเตอร์ทั้งสองนี้คือความกว้างของลำแสงที่กำลังครึ่งหนึ่ง (HPBW) ภาพต่อไปนี้จะช่วยอธิบายแนวคิดนี้ให้ชัดเจนยิ่งขึ้น
ภาพแสดงส่วนโค้งหลักของเสาอากาศและจุดกำลังครึ่งหนึ่งบนส่วนโค้งหลัก
นิพจน์คณิตศาสตร์
สูตรโดยประมาณสำหรับความกว้างลำแสงครึ่งกำลังคือ:
ที่ไหน:
•λ คือความยาวคลื่นในการทำงาน
• D คือขนาดของช่องรับสัญญาณเสาอากาศ (โดยทั่วไปคือเส้นผ่านศูนย์กลางหรือความยาวด้าน)
หน่วยของความกว้างลำแสงครึ่งกำลัง (HPBW) คือ เรเดียน หรือ องศา
ความกว้างลำแสงศูนย์แรก (FNBW)
ตามคำจำกัดความมาตรฐาน ระยะห่างเชิงมุมระหว่างจุดศูนย์แรกที่อยู่ติดกับลำแสงหลักเรียกว่า ความกว้างลำแสงจุดศูนย์แรก
กล่าวโดยง่าย FNBW คือช่วงเชิงมุมระหว่างจุดศูนย์รูปแบบแรกทั้งสองด้านของลำแสงหลัก
การตีความทางเรขาคณิตของ FNBW
จากจุดกำเนิดของรูปแบบการแผ่รังสี ให้ลากเส้นสัมผัสกับลำแสงหลักไปทั้งสองด้าน มุมระหว่างเส้นสัมผัสทั้งสองนี้คือความกว้างของลำแสงศูนย์แรก (FNBW) รูปต่อไปนี้จะช่วยให้เข้าใจแนวคิดนี้ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น
ภาพด้านบนแสดงความกว้างของลำแสงครึ่งกำลัง (HPBW) และความกว้างของลำแสงศูนย์แรก (FNBW) บนรูปแบบการแผ่รังสี โดยระบุกลีบหลักและกลีบข้างไว้ด้วย
นิพจน์คณิตศาสตร์
ความสัมพันธ์ระหว่างความกว้างลำแสงศูนย์แรก (FNBW) และความกว้างลำแสงครึ่งกำลัง (HPBW) สามารถประมาณได้ดังนี้:
เมื่อแทนค่า HPBW ≈ 70λ/D เราจะได้:
โดยที่ λ คือความยาวคลื่น และ D คือขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของช่องรับสัญญาณของเสาอากาศ
หน่วย
หน่วยของความกว้างลำแสงศูนย์แรก (First Null Beamwidth หรือ FNBW) คือ เรเดียน (rad) หรือ องศา (°)
ความยาวที่มีประสิทธิภาพและพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพ
ในบรรดาพารามิเตอร์ของเสาอากาศ ความยาวประสิทธิผลและพื้นที่ประสิทธิผลก็เป็นตัวชี้วัดที่สำคัญซึ่งช่วยในการประเมินประสิทธิภาพของเสาอากาศเช่นกัน
ความยาวที่มีประสิทธิภาพ
ความยาวประสิทธิผลของเสาอากาศใช้ในการบ่งบอกถึงประสิทธิภาพการโพลาไรซ์ของเสาอากาศนั้น
คำนิยามความยาวประสิทธิผล คือ อัตราส่วนของแอมพลิจูดแรงดันไฟฟ้าวงเปิดที่ขั้วต่อเสาอากาศรับสัญญาณต่อแอมพลิจูดของความแรงสนามไฟฟ้าตกกระทบในทิศทางโพลาไรเซชันเดียวกันกับเสาอากาศ เมื่อคลื่นตกกระทบมาถึงอินพุตของเสาอากาศ มันจะมีความแรงสนามไฟฟ้าค่าหนึ่ง ซึ่งแอมพลิจูดขึ้นอยู่กับโพลาไรเซชันของเสาอากาศ โพลาไรเซชันนี้ควรตรงกับแอมพลิจูดแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อรับสัญญาณเพื่อให้รับสัญญาณได้ดีที่สุด
นิพจน์คณิตศาสตร์
สูตรทางคณิตศาสตร์สำหรับความยาวประสิทธิผลคือ:
ที่ไหน:
•le คือความยาวประสิทธิผลของเสาอากาศ
• Voc คือค่าแอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้าวงเปิดที่ขั้วต่อเสาอากาศรับสัญญาณ
• Ei คือแอมพลิจูดของความแรงสนามไฟฟ้าตกกระทบในทิศทางโพลาไรเซชันเดียวกับเสาอากาศ
พื้นที่ประสิทธิผล
คำจำกัดความ: พื้นที่ประสิทธิผล คือ ส่วนของพื้นที่เสาอากาศรับสัญญาณที่ดูดซับพลังงานจากหน้าคลื่นตกกระทบและแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า โดยทั่วไปจะมีขนาดเล็กกว่าพื้นที่หน้าตัดทางกายภาพของเสาอากาศ
ในระหว่างการรับสัญญาณ พื้นที่ทั้งหมดของเสาอากาศจะสัมผัสกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกกระทบ แต่มีเพียงบางส่วนเท่านั้นที่สามารถรับสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่วนนี้เรียกว่า พื้นที่รับสัญญาณที่มีประสิทธิภาพ
เหตุผลที่พลังงานจากหน้าคลื่นถูกนำไปใช้เพียงส่วนน้อยนั้นเป็นเพราะคลื่นตกกระทบส่วนหนึ่งถูกกระเจิงโดยเสาอากาศ ในขณะที่อีกส่วนหนึ่งอาจสูญเสียไปในรูปของความร้อน ดังนั้น ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมโดยปราศจากการสูญเสีย พื้นที่ที่เมื่อคูณด้วยความหนาแน่นของกำลังตกกระทบแล้วให้กำลังสูงสุดที่สามารถได้จากเสาอากาศนั้นเรียกว่าพื้นที่ประสิทธิผล
พื้นที่ประสิทธิผลมักจะแสดงด้วยสัญลักษณ์เอฟ.
หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเสาอากาศ โปรดไปที่:
วันที่เผยแพร่: 30 เมษายน 2569
