การแผ่รังสีเป็นคำที่ใช้อธิบายความเข้มของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ส่งหรือรับโดยเสาอากาศ ในภาพประกอบเสาอากาศใดๆ แผนภาพที่แสดงลักษณะการแผ่รังสีของเสาอากาศเรียกว่ารูปแบบการแผ่รังสี การสังเกตรูปแบบการแผ่รังสีทำให้สามารถเข้าใจการทำงานและทิศทางของเสาอากาศได้โดยสัญชาตญาณ พลังงานที่แผ่รังสีโดยเสาอากาศส่งผลกระทบต่อทั้งบริเวณใกล้และบริเวณไกล
ในทางกราฟิก การแผ่รังสีสามารถแสดงได้ในรูปฟังก์ชันของตำแหน่งเชิงมุมและระยะรัศมีของเสาอากาศ ฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์นี้อธิบายลักษณะการแผ่รังสีของเสาอากาศ ซึ่งโดยทั่วไปจะแสดงด้วยสนามไฟฟ้า E(θ,ϕ) และสนามแม่เหล็ก H(θ,ϕ) ในพิกัดทรงกลม
รูปแบบการแผ่รังสี
พลังงานที่แผ่กระจายออกมาจากเสาอากาศนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยรูปแบบการแผ่รังสี รูปแบบการแผ่รังสีคือการแสดงผลเชิงกราฟิกของการกระจายพลังงานที่แผ่กระจายออกมาในอวกาศโดยขึ้นอยู่กับทิศทาง ต่อไปนี้เราจะมาดูรูปแบบการแผ่รังสีพลังงานทั่วไปกัน
ภาพด้านบนแสดงรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศแบบไดโพล พลังงานที่แผ่รังสีออกมาแสดงด้วยรูปแบบที่วาดตามทิศทางเฉพาะ โดยลูกศรแสดงทิศทางการแผ่รังสี รูปแบบการแผ่รังสีสามารถจำแนกได้เป็นรูปแบบสนามหรือรูปแบบกำลัง
•รูปแบบสนามเป็นฟังก์ชันของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก และโดยทั่วไปจะแสดงผลบนมาตราส่วนลอการิทึม
•รูปแบบกำลังไฟฟ้าเป็นฟังก์ชันของกำลังสองของขนาดสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก และโดยทั่วไปจะแสดงผลในมาตราส่วนลอการิทึม กล่าวคือ ในหน่วยเดซิเบล (dB)
รูปแบบการแผ่รังสี 3 มิติ
รูปแบบการแผ่รังสีแบบ 3 มิติ คือกราฟสามมิติที่วาดลงในระบบพิกัดทรงกลม (r,θ,ϕ) โดยมีจุดกำเนิดอยู่ที่ศูนย์กลางของระบบพิกัด ปรากฏดังแสดงในรูปด้านล่าง —
ภาพแสดงรูปแบบการแผ่รังสีแบบ 3 มิติของเสาอากาศแบบรอบทิศทาง โดยแสดงให้เห็นแกนพิกัดทั้งสาม (x, y, z) อย่างชัดเจน
รูปแบบการแผ่รังสี 2 มิติ
สามารถสร้างรูปแบบการแผ่รังสีแบบ 2 มิติได้โดยการแบ่งรูปแบบ 3 มิติออกเป็นระนาบแนวนอนและระนาบแนวตั้ง รูปแบบทั้งสองที่ได้จะเรียกว่ารูปแบบระนาบแนวนอนและรูปแบบระนาบแนวตั้ง ตามลำดับ
ดังที่กล่าวมาข้างต้น ภาพแสดงรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศแบบรอบทิศทางในระนาบ H และระนาบ V โดยระนาบ H แสดงรูปแบบในแนวนอน และระนาบ V แสดงรูปแบบในแนวตั้ง
การก่อตัวของกลีบ
ในการแสดงรูปแบบการแผ่รังสี มักพบรูปทรงต่างๆ ซึ่งบ่งชี้ถึงบริเวณการแผ่รังสีหลักและรอง บริเวณเหล่านี้ช่วยในการประเมินประสิทธิภาพการแผ่รังสีของเสาอากาศ เพื่อให้เข้าใจได้ดียิ่งขึ้น โปรดดูภาพด้านล่าง ซึ่งแสดงรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศแบบไดโพล
โดยทั่วไปแล้ว รูปแบบการแผ่รังสีจะประกอบด้วยกลีบหลัก กลีบข้าง และกลีบด้านหลัง
• ส่วนหลักของสนามคลื่นที่แผ่กระจายออกมา ซึ่งครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ เรียกว่า กลีบหลัก หรือ ลำแสงหลัก นี่คือบริเวณที่มีพลังงานการแผ่กระจายสูงสุด และทิศทางของมันบ่งบอกถึงความสามารถในการรับส่งสัญญาณของเสาอากาศ
•ส่วนอื่นๆ ของรูปแบบการแผ่รังสีที่กระจายออกไปด้านข้างเรียกว่ากลีบข้างหรือกลีบย่อย ซึ่งเป็นบริเวณที่พลังงานสูญเปล่า
•นอกจากนี้ ยังมีกลีบที่อยู่ตรงข้ามกับกลีบหลักอย่างสิ้นเชิง ซึ่งเรียกว่ากลีบด้านหลัง ซึ่งเป็นกลีบข้างชนิดหนึ่งเช่นกัน พลังงานจำนวนมากสูญเสียไปในบริเวณนี้ด้วย
ตัวอย่าง
หากเสาอากาศที่ใช้ในระบบเรดาร์สร้างคลื่นรบกวนด้านข้าง การติดตามเป้าหมายจะทำได้ยากมาก เนื่องจากคลื่นรบกวนด้านข้างเหล่านี้ทำให้เกิดเป้าหมายปลอม การแยกแยะเป้าหมายจริงออกจากเป้าหมายปลอมจึงเป็นเรื่องยากลำบาก ดังนั้น เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและประหยัดพลังงาน จึงต้องลดหรือกำจัดคลื่นรบกวนด้านข้างเหล่านี้
มาตรการแก้ไข
พลังงานที่แผ่กระจายออกมาโดยสูญเปล่าในลักษณะนี้จำเป็นต้องนำมาใช้ประโยชน์ หากสามารถกำจัดส่วนยื่นเล็กๆ เหล่านี้ออกไปและเปลี่ยนทิศทางพลังงานนั้นไปในทิศทางเดียว นั่นคือไปยังส่วนยื่นหลัก ความสามารถในการรับส่งสัญญาณของเสาอากาศก็จะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานได้
ประเภทของรูปแบบการแผ่รังสี
รูปแบบการแผ่รังสีที่พบได้ทั่วไป ได้แก่:
• รูปแบบรอบทิศทาง (หรือเรียกว่ารูปแบบไร้ทิศทาง): รูปแบบนี้มักปรากฏเป็นรูปทรงโดนัทในมุมมอง 3 มิติ ขณะที่ในมุมมอง 2 มิติจะปรากฏเป็นรูปทรงเลขแปด
• รูปแบบลำแสงแบบดินสอ: ลำแสงมีลักษณะแหลมคมและเป็นทิศทางคล้ายดินสอ
• รูปแบบลำแสงแบบพัด: ลำแสงจะมีลักษณะเป็นรูปพัด
• รูปแบบลำแสงแบบมีรูปทรง: ลำแสงที่ไม่สม่ำเสมอและไม่มีรูปแบบที่แน่นอน เรียกว่า รูปแบบลำแสงแบบมีรูปทรง
จุดอ้างอิงสำหรับรังสีทุกประเภทเหล่านี้คือรังสีไอโซโทรปิก แม้ว่ารังสีไอโซโทรปิกจะไม่สามารถเกิดขึ้นได้จริงในทางกายภาพ แต่ก็ยังคงเป็นจุดอ้างอิงที่สำคัญ
หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเสาอากาศ โปรดไปที่:
วันที่เผยแพร่: 10 เมษายน 2569

