1. รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเสาอากาศ
เสาอากาศเป็นโครงสร้างการเปลี่ยนผ่านระหว่างพื้นที่ว่างและสายส่ง ดังแสดงในรูปที่ 1 สายส่งอาจอยู่ในรูปของเส้นโคแอกเซียลหรือท่อกลวง (ท่อนำคลื่น) ซึ่งใช้ในการส่งพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิด ไปยังเสาอากาศหรือจากเสาอากาศไปยังเครื่องรับ แบบแรกเป็นเสาอากาศส่งสัญญาณ และแบบหลังเป็นเสาอากาศรับสัญญาณ
รูปที่ 1 เส้นทางการส่งพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า (แหล่งกำเนิด-สายส่ง-พื้นที่ว่างเสาอากาศ)
การส่งผ่านของระบบเสาอากาศในโหมดการส่งผ่านของรูปที่ 1 จะแสดงด้วยค่าเทเวนินที่เทียบเท่าดังแสดงในรูปที่ 2 โดยที่แหล่งกำเนิดจะถูกแทนด้วยเครื่องกำเนิดสัญญาณในอุดมคติ สายส่งจะแสดงด้วยเส้นที่มีคุณลักษณะอิมพีแดนซ์ Zc และ เสาอากาศแสดงด้วยโหลด ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA] ความต้านทานโหลด RL แสดงถึงการสูญเสียการนำไฟฟ้าและไดอิเล็กทริกที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างเสาอากาศ ในขณะที่ Rr แสดงถึงความต้านทานการแผ่รังสีของเสาอากาศ และรีแอกแตนซ์ XA ถูกใช้เพื่อแสดงส่วนจินตภาพของอิมพีแดนซ์ที่เกี่ยวข้องกับการแผ่รังสีของเสาอากาศ ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม พลังงานทั้งหมดที่สร้างโดยแหล่งสัญญาณควรถูกถ่ายโอนไปยังความต้านทานการแผ่รังสี Rr ซึ่งใช้เพื่อแสดงความสามารถในการแผ่รังสีของเสาอากาศ อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานจริง มีการสูญเสียตัวนำ-ไดอิเล็กตริกเนื่องจากลักษณะของสายส่งและเสาอากาศ ตลอดจนการสูญเสียที่เกิดจากการสะท้อน (ไม่ตรงกัน) ระหว่างสายส่งและเสาอากาศ เมื่อพิจารณาถึงอิมพีแดนซ์ภายในของแหล่งกำเนิด และไม่สนใจการสูญเสียของสายส่งและการสะท้อน (ไม่ตรงกัน) กำลังสูงสุดจะถูกส่งไปยังเสาอากาศภายใต้การจับคู่คอนจูเกต
รูปที่ 2
เนื่องจากความไม่ตรงกันระหว่างสายส่งและเสาอากาศ คลื่นสะท้อนจากอินเทอร์เฟซจึงถูกซ้อนทับกับคลื่นตกกระทบจากแหล่งกำเนิดไปยังเสาอากาศเพื่อสร้างคลื่นนิ่ง ซึ่งแสดงถึงความเข้มข้นของพลังงานและการกักเก็บ และเป็นอุปกรณ์เรโซแนนซ์ทั่วไป รูปแบบคลื่นนิ่งทั่วไปจะแสดงด้วยเส้นประในรูปที่ 2 หากระบบเสาอากาศไม่ได้ออกแบบอย่างเหมาะสม สายส่งสามารถทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบกักเก็บพลังงานได้ในระดับสูง แทนที่จะเป็นท่อนำคลื่นและอุปกรณ์ส่งพลังงาน
การสูญเสียที่เกิดจากสายส่ง เสาอากาศ และคลื่นนิ่งเป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ การสูญเสียของสายสามารถลดลงได้โดยการเลือกสายส่งที่มีการสูญเสียต่ำ ในขณะที่การสูญเสียของเสาอากาศสามารถลดลงได้โดยการลดความต้านทานการสูญเสียที่แสดงโดย RL ในรูปที่ 2 สามารถลดคลื่นนิ่งลงได้ และการจัดเก็บพลังงานในสายสามารถลดลงได้โดยการจับคู่อิมพีแดนซ์ของ เสาอากาศ (โหลด) ที่มีคุณลักษณะอิมพีแดนซ์ของเส้น
ในระบบไร้สาย นอกเหนือจากการรับหรือส่งพลังงานแล้ว เสาอากาศยังจำเป็นต้องเพิ่มพลังงานที่แผ่ออกมาในบางทิศทางและระงับพลังงานที่แผ่ออกไปในทิศทางอื่นอีกด้วย ดังนั้นนอกเหนือจากอุปกรณ์ตรวจจับแล้ว เสาอากาศยังต้องถูกใช้เป็นอุปกรณ์กำหนดทิศทางด้วย เสาอากาศสามารถมีได้หลายรูปแบบเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะ มันอาจเป็นลวด, รูรับแสง, แผ่นปะ, องค์ประกอบประกอบ (อาร์เรย์), แผ่นสะท้อนแสง, เลนส์ ฯลฯ
ในระบบสื่อสารไร้สาย เสาอากาศถือเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่ง การออกแบบเสาอากาศที่ดีสามารถลดความต้องการของระบบและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบได้ ตัวอย่างคลาสสิกคือโทรทัศน์ ซึ่งสามารถปรับปรุงการรับสัญญาณออกอากาศได้โดยใช้เสาอากาศประสิทธิภาพสูง เสาอากาศคือระบบการสื่อสารที่ดวงตาเป็นต่อมนุษย์
2. การจำแนกประเภทเสาอากาศ
1. เสาอากาศแบบลวด
เสาอากาศแบบลวดเป็นเสาอากาศชนิดหนึ่งที่พบได้บ่อยที่สุดเนื่องจากพบได้เกือบทุกที่ ไม่ว่าจะเป็นรถยนต์ อาคาร เรือ เครื่องบิน ยานอวกาศ ฯลฯ เสาอากาศแบบลวดมีรูปทรงหลากหลาย เช่น เส้นตรง (ไดโพล) ห่วง เกลียว ดังแสดงในรูปที่ 3 เสาอากาศแบบวนรอบไม่จำเป็นต้องเป็นวงกลมเท่านั้น อาจเป็นทรงสี่เหลี่ยม สี่เหลี่ยม วงรี หรือรูปทรงอื่นๆ เสาอากาศทรงกลมเป็นแบบที่พบได้บ่อยที่สุดเนื่องจากมีโครงสร้างที่เรียบง่าย
รูปที่ 3
2. เสาอากาศรูรับแสง
เสาอากาศแบบรูรับแสงมีบทบาทมากขึ้นเนื่องจากความต้องการเสาอากาศในรูปแบบที่ซับซ้อนมากขึ้นและการใช้ความถี่ที่สูงขึ้น เสาอากาศแบบรูรับแสงบางรูปแบบ (เสาอากาศแบบพีระมิด ทรงกรวย และทรงสี่เหลี่ยม) จะแสดงอยู่ในรูปที่ 4 เสาอากาศประเภทนี้มีประโยชน์มากสำหรับการใช้งานบนเครื่องบินและยานอวกาศ เนื่องจากสามารถติดตั้งได้อย่างสะดวกบนเปลือกนอกของเครื่องบินหรือยานอวกาศ นอกจากนี้ยังสามารถหุ้มด้วยวัสดุอิเล็กทริกเพื่อปกป้องพวกเขาจากสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
รูปที่ 4
3. เสาอากาศไมโครสตริป
เสาอากาศไมโครสตริปได้รับความนิยมอย่างมากในช่วงทศวรรษ 1970 โดยส่วนใหญ่สำหรับการใช้งานผ่านดาวเทียม เสาอากาศประกอบด้วยสารตั้งต้นอิเล็กทริกและแผ่นโลหะ แผ่นโลหะสามารถมีรูปทรงที่แตกต่างกันได้มากมาย และเสาอากาศแบบแพทช์สี่เหลี่ยมที่แสดงในรูปที่ 5 เป็นแบบทั่วไป เสาอากาศไมโครสตริปมีลักษณะต่ำ เหมาะสำหรับพื้นผิวระนาบและไม่ใช่ระนาบ ง่ายต่อการผลิตและราคาไม่แพง มีความทนทานสูงเมื่อติดตั้งบนพื้นผิวแข็ง และเข้ากันได้กับการออกแบบ MMIC สามารถติดตั้งบนพื้นผิวของเครื่องบิน ยานอวกาศ ดาวเทียม ขีปนาวุธ รถยนต์ และแม้แต่อุปกรณ์เคลื่อนที่ และสามารถออกแบบให้สอดคล้องกัน
รูปที่ 5
4. เสาอากาศอาร์เรย์
คุณลักษณะการแผ่รังสีที่จำเป็นสำหรับการใช้งานหลายอย่างอาจไม่สามารถทำได้ด้วยองค์ประกอบเสาอากาศเพียงชิ้นเดียว อาร์เรย์เสาอากาศสามารถสร้างรังสีจากองค์ประกอบที่สังเคราะห์ขึ้นเพื่อสร้างรังสีสูงสุดในทิศทางเฉพาะหนึ่งทิศทางหรือมากกว่านั้น ตัวอย่างทั่วไปจะแสดงในรูปที่ 6
รูปที่ 6
5. เสาอากาศสะท้อนแสง
ความสำเร็จของการสำรวจอวกาศยังนำไปสู่การพัฒนาทฤษฎีเสาอากาศอย่างรวดเร็ว เนื่องจากความจำเป็นในการสื่อสารระยะไกลเป็นพิเศษ จึงต้องใช้เสาอากาศกำลังรับสัญญาณสูงมากในการส่งและรับสัญญาณที่อยู่ห่างออกไปหลายล้านไมล์ ในแอปพลิเคชันนี้ รูปแบบเสาอากาศทั่วไปคือเสาอากาศแบบพาราโบลาที่แสดงในรูปที่ 7 เสาอากาศประเภทนี้มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 305 เมตรขึ้นไป และขนาดใหญ่เช่นนี้จำเป็นเพื่อให้ได้อัตราขยายสูงที่จำเป็นในการส่งหรือรับสัญญาณนับล้าน ห่างออกไปหลายไมล์ ตัวสะท้อนแสงอีกรูปแบบหนึ่งคือตัวสะท้อนแสงมุม ดังแสดงในรูปที่ 7 (c)
รูปที่ 7
6. เสาอากาศเลนส์
เลนส์ถูกใช้เป็นหลักเพื่อประสานพลังงานที่กระจัดกระจายของเหตุการณ์เพื่อป้องกันไม่ให้แพร่กระจายไปในทิศทางการแผ่รังสีที่ไม่ต้องการ ด้วยการเปลี่ยนรูปทรงของเลนส์อย่างเหมาะสมและเลือกวัสดุที่เหมาะสม จึงสามารถแปลงพลังงานที่แตกต่างรูปแบบต่างๆ ให้เป็นคลื่นระนาบได้ สามารถใช้ในการใช้งานส่วนใหญ่ เช่น เสาอากาศแบบสะท้อนแสงแบบพาราโบลา โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความถี่สูงกว่า และขนาดและน้ำหนักของเสาอากาศจะมีขนาดใหญ่มากที่ความถี่ต่ำ เสาอากาศเลนส์ถูกจำแนกตามวัสดุก่อสร้างหรือรูปทรงเรขาคณิต ซึ่งบางส่วนแสดงในรูปที่ 8
รูปที่ 8
หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเสาอากาศ โปรดไปที่:
เวลาโพสต์: 19 ก.ค.-2024
