Principles of Communications Chapter 5 Communication Media

Principles of Communications Chapter 5 Communication Media
Assist. Prof. Tharadol Komolmis Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Chiang Mai University

Communication Media 5.1 ทฤษฎีสายส่ง (Transmission Line Theory )
5.2 สายนำสัญญาณแบบสาย สายคู่ (Twin Lead) สายคู่ตีเกลียว (Twist pair) สายแกนร่วม (Coaxial Cable) 5.3 ท่อนำคลื่น (Wave Guide) 5.4 เส้นใยแสง (Optical Fiber) 5.5 สายอากาศ

Communication Media ทฤษฎีสายส่ง (Transmission Line Theory )
สายส่งหรือสายนำสัญญาณ มีวงจรสมูลดังนี้

มีค่าอิมพีแดนซ์ที่เรียกว่า Characteristic Impedance หรือ Z0 ขึ้นอยู่กับโครงสร้าง และวัสดุที่ใช้ทำ มีความสำคัญคือ ค่าอิมพีแดนซ์ของเครื่องรับ เครื่องส่ง หรือโหลดที่นำมาต่อจะต้องมีค่าเท่ากับ characteristic impedance ถ้าไม่ก็จะเกิดการสะท้อนของสัญญาณเกิดเป็นคลื่นนิ่ง หรือ Standing wave ได้

ลักษณะสมบัติที่สำคัญของสายนำสัญญาณคือ การสูญเสีย (Loss) ความต้านทาน (Copper loss) การแผ่กระจายคลื่น (radiation loss) แบนด์วิดจำกัด (Bandwidth) สัญญาณรบกวน

Communication Media สายนำสัญญาณแบบสาย
สายนำสัญญาณแบบสายมีหลายแบบได้แก่ สายคู่ (Twin Lead) สายคู่ตีเกลียว (Twist pair) สายแกนร่วม (Coaxial Cable) สายนําสัญญาณ เปนตัวกลางที่จะนําสัญญาณจากตนทางไปยังปลายทาง มีมากมายหลายรูปแบบ อาจแบงออกตามสัญญาณที่สงไปในสายเปนสายตัวนําไฟฟา (copper wire) และสายนําแสง (เสนใยแสง :optical fiber )

Balance and Unbalance Common mode Differential mode
Unbalance Structure Differential mode Balance Structure โครงสร้างที่ตัวนำทั้งสองของสายนำสัญญาณไม่สมมาตรกัน เรียกว่า โครงสร้างแบบอันบาลานซ์ (Unbalance Structure) สัญญาณที่ส่งผ่านสายแบบนี้จะเป็นสัญญาณในโหมดที่เรียกว่า Common mode คือเป็นความแตกต่างของสัญญาณระหว่างตัวนำทั้งสองเทียบกับกราวด์ เช่น ส่งสัญญาณแรงดัน ก็จะเป็นแรงดันของตัวนำที่ต่างกันเมื่อเทียบกับกราวด์ ซึ่งจะมีข้อดีของโครงสร้างคือเป็นโครงสร้างที่มีตัวนำตัวหนึ่งลงกราวด์ ทำให้สามารถป้องกันสัญญาณรบกวนจากภายนอกได้ เช่นสายนำสัญญาณแบบ coaxial แต่การส่งสัญญาณในโครงสร้างแบบบาลานซ์นั้นเป็นโหมด common mode ซึ่งจะเทียบกับกราวด์ ทำให้ไม่สามารถตัดสัญญาณรบกวนที่อยู่ในสายตัวนำได้ (common mode noise) โครงสร้างที่ตัวนำทั้งสองของสายนำสัญญาณสมมาตรกัน เรียกว่า โครงสร้างแบบบาลานซ์ (Balance Structure) สัญญาณที่ส่งผ่านสายแบบนี้จะเป็นสัญญาณในโหมดที่เรียกว่า differential mode คือเป็นความแตกต่างของสัญญาณระหว่างตัวนำทั้งสอง เช่น ส่งสัญญาณแรงดัน ก็จะเป็นแรงดันที่เทียบกันระหว่างตัวนำทั้งสองไม่ได้เทียบกับ กราวด์ ซึ่งจะมีข้อดีของการส่งสัญญาณแบบนี้คือสัญญาณรบกวนที่เทียบกับกราวด์จะหักล้างกันไปทำให้สามารถตัดสัญญาณรบกวนร่วม(กราวด์)นี้ได้ (common mode rejection) เช่น สายนำสัญญาณแบบ Twin lead และ Twisted pair

สายคู่ (Twin Lead) โครงสร้างแบบ balance ไม่มีการ Shield เกิดการ สูญเสียจากการ radiate และถูกสัญญาณรบกวนจากภายนอกได้ง่าย ในกลุมสายนําสัญญาณไฟฟา มีหลายรูปแบบ รูปแแบบหนึ่งคือ สายคู (Twin lead) โครงสรางเปนสายตัวนําที่สองเสนขนานกัน โดยมีฉนวน (PVC) กั้นดวยระยะหางที่เทากันตลอดสาย มักใชกับสายอากาศโทรทัศน์ โครงสร้างที่สมมาตรกันของตัวนำทั้งสองนี้เรียกว่าโครงสร้างแบบบาลานซ์

สายคู่ตีเกลียว (Twist pair) โครงสร้างแบบ balance ไม่มีการ Shield เกิดการ สูญเสียจากการ radiate และถูกสัญญาณรบกวนจากภายนอกได้ง่าย บางรุ่นมีการ shield เรียกว่า shielded twisted pair สายคูตีเกลียว(Twisted pair) เปนสายตัวนําหุมดวยฉนวนพันกันเปนคูๆ ในเสนหนึ่งอาจประกอบดวย ตัวนําหนึ่งคู สิบ รอย พัน คูสายขึ้นอยูกับขนาดของเคเบิ้ล ขนาดของสายตัวนําจะบอกเปน ขนาดเสนผาศูนยกลาง โดยใชหนวย AWG ตัวอยางที่เห็นไดชัดคือสายโทรศัพท ซึ่งจะมีขนาด 24 AWG ( เสนผาศูนยกลางของตัวนำประมาณ 0.56 มม.) Unshield Twisted Pair ;UTP เป็นสายคู่ตีเกลียวที่ไม่มีตัวนำหุ้ม มีหลายคู่สายในเส้นเดียวกัน นิยมใช้กับเครือข่ายคอมพิวเตอร์ (LAN) โดยสายที่ใช้สำหรับ LAN จะมี 4 คู่ ในเส้นเดียวกัน แต่ละคู่จะพันกันเอง และนำมาพันรวมกับคู่อื่น มีการแบ่งออกเป็น category ต่างๆ ตามคุณสมบัติ สายคู่ตีเกลียวที่ไม่มีชีลด์หรือ สาย UTP นี้ ถูกพัฒนาขึ้นตามมาตรฐานของสมาคมอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ (Electronics Industries Association) หรือ EIA และสมาคมอุตสาหกรรมโทรคมนาคม( Telecommunication Industries association ) TIA ซึ่งมีชื่อเรียกมาตรฐานเหล่านี้ว่า EIA/TIA 568 แบ่งออกได้เป็นหมวด ( Category ) ต่างๆ ได้แก่ หมวด 1 ( Cat.-1 ) - ใช้เฉพาะกับการสื่อสารโทรศัพท์เท่านั้น มิได้ใช้กับเครือข่ายคอมพิวเตอร์ หมวด 2 (Cat.-2 ) - ใช้กับการสื่อสารโทรศัพท์และสามารถ ใช้กับการส่งข้อมูลในเครือข่ายคอมพิวเตอร์ได้ที่ความเร็วสูงถึง 4 Mbps หมวด 3 (Cat.-3 ) - สายสัญญาณเชื่อมต่ออุปกรณ์ ส่งข้อมูลในเครือข่ายคอมพิวเตอร์ สามารถใช้ที่ความถี่ได้ถึง 16 MHz หมวด 4 (Cat.-4 ) - สายสัญญาณเชื่อมต่ออุปกรณ์ ส่งข้อมูลในเครือข่ายคอมพิวเตอร์ สามารถใช้ที่ความถี่ได้ถึง 20 MHz หมวด 5 (Cat.-5 ) - สายสัญญาณเชื่อมต่ออุปกรณ์ ส่งข้อมูลในเครือข่ายคอมพิวเตอร์ สามารถใช้ที่ความถี่ได้ถึง 100 MHz Cat-1, Cat-2 ใช้กับโทรศัพท์เป็นหลัก สำหรับการเชื่อมต่อเครือข่ายคอมพิวเตอร์ (LAN) จะใช้ตั้งแต่ Cat-3 ขึ้นไป

สายแกนร่วม (Coaxial Cable) โครงสร้างแบบ Unbalance มีการ Shield ป้องกันการ สูญเสียจากการ radiate และป้องกันสัญญาณรบกวนจากภายนอก Coaxial สายแกนรวม โครงสรางเปนสายนําสัญญาณที่มีตัวนําตรงกลางเสนเดียว และมีตัวนําหุมโดยรอบดานขางของ เสนตัวนําเปนลักษณะทรงกระบอก(ทอ) อยูดานนอก มีฉนวนกั้นระหวางกลาง ตัวนําที่หุมอยู ดานนอกนี้อาจเปนลักษณะเสนถักทอ หรือแผนบางๆ คุณสมบัติ ทนตอ EMI ไมเกิดการรบกวนระหวางคูสาย (cross talk) มีอิมพิแดนซ ใหเลือกใชหลายคา เหมาะสมกับการใชงาน มีขนาดของตัวนําภายในหลายขนาด เหมาะกับกําลังที่สงผาน หรืออัตราการลดทอน มีรูปแบบการ shield และ ฉนวนที่ใชหลากหลาย ทําใหไดความสามารถในการ shield และลักษณะสมบัติทางกายภาพที่ตางกัน (ความทนตอแรงดันไฟฟา ขนาด ความแข็งแรง ฯลฯ)

Communication Media ท่อนำคลื่น (Wave Guide)
ท่อนำคลื่นใช้ส่งสัญญาณกำลังสูงที่ความถี่สูง โครงสร้างเป็นท่อป้องกันการแผ่กระจายคลื่นได้ดี คลื่นเคลื่อนที่ในช่องว่างในท่อ ไม่ได้เคลื่อนที่ในตัวนำ ทอนําคลื่น (Wave guide) ที่ความถี่สูงมากยานไมโครเวฟ สัญญาณจะเคลื่อนที่อยูเฉพาะที่ผิวของตัวนําลึกเขาไปประมาณ เทากับ ความลึกผิว skin depth ซึ่งขึ้นอยูกับความถี่ ยิ่งความถี่สูงมาก skin depth จะนอยลง การจะนําสัญญาณความถี่สูงนี้ไปตามสายสัญญาณธรรมดาจะเกิดการสูญเสียมาก จึงใชวิธีใหสัญญาณเดินทางในทอในลักษณะคลื่นทอนําคลื่นมีทั้งที่เปนทอกลม และทอสี่เหลี่ยมแลวแตลักษณะของการใชงาน

Communication Media เส้นใยแสง (Optical Fiber)
Light source LED : Light Emitting Diode LD :Laser Diode Light Detector Photo Diode, PIN Diode Photo Transistor Electrical/Optical(E/O) Light source Optical/Electrical (O/E) Light detectorrce การสื่อสารโดยใชแสงผานเสนใยแสงนั้น จะตองมีการเปลี่ยนสัญญาณทางไฟฟาที่ตองการสงให เปนสัญญาณแสงโดยแหลงกำเนิดแสง (light source) และทางดานรับก็จะตองเปลี่ยนสัญญาณแสง เปนสัญญาณทางไฟฟาโดยตัวตรวจจับแสง (light detector) แหลงกำเนิดแสง เชน ไดโอด เปลงแสง (Light Emitting Diode ;LED) เลเซอรไดโอด (LASER diode) ตัวตรวจจับแสง เชน โฟโตไดโอด PIN ไดโอด

โครงสร้างเส้นใยแสง Core มีดัชนีหักเหสูง Cladding มีดัชนีหักเหต่ำกว่า core outer protection PVC buffer Clading Core เสนใยแสง ใชแสงที่ความยาวคลื่น นาโนเมตร สงใหเดินทางไปตามสาย สําหรับการสื่อสารขอมูลที่ความเร็วสูง โครงสรางของเสนใยแสง จะมีแกนกลางเรียกวา core เปนแกวที่มีคาดัชนีหักเหคาหนึ่ง และถูกครอบ ดวยแกวที่มีดัชนีต่ำกวาโดยรอบ เรียกวา cladding และหุมเสริมความแข็งแรงดวย PVC โดยที่ ระหวางตัวแกวกับ PVC จะมีไขรองกั้นอยู เรียกวา buffer ขนาดเสนผาศูนยกลางของ core ประมาณ 8-10 ไมโครเมตร สําหรับ single mode fiber ประมาณ ไมโครเมตร สําหรับ multi mode fiber ขนาดเสนผาศูนยกลางของ fiber ถึงขอบนอกของ cladding ประมาณ 125 ไมโครเมตร สําหรับ single mode fiber ประมาณ ไมโครเมตร สําหรับ multi mode fiber

หลักการของเส้นใยแสง การสะท้อนกลับหมดที่รอยต่อระหว่าง core กับ cladding หลักการของเสนใยแสง ใชหลักการสะทอนกลับหมดของแสงที่รอยตอระหวาง core กับ cladding โดยแสงที่สงเขาไปจะตองทํามุมมากกวามุมวิกฤต

ชนิดของเส้นใยแสง Multimode (MM) Step index (SI) Graded index (GI) Single mode (SM) เสนใยแสงอาจแบงออกตามรูปแบบการเดินทางของแสงเปน 1.Multi mode ขนาดของ core จะใหญ แสงสามารถเขาไปไดมาก ความเขมของแสงจะคอน ขางสูง แตการเขาไปสามารถเขาไดหลายรูปแบบ การเดินทางของแสงในสายจึงมีหลายรูปแบบ หรือ หลายโหมด ทําใหแสงที่ไปถึงปลายทางไมพรอมกันไมมีระเบียบ สัญญาณที่สงไปอาจผิดเพี้ยนจนรับไมได ซึ่งจะเกิดขึ้นมากใน Multi mode fiber แบบ step index (MM-SI)ที่ core และ cladding มีดัชนีหักเหตางกันและมีจุดเปลี่ยนที่รอยตอระหวาง core กับ cladding จึงมักถูกใชสงในระยะทางไมไกล และความเร็วขอมูลไมสูงนัก ใน multi mode fiber แบบ graded index (MM-GI) ดัชนีหักเหของ core และ cladding คอยๆ เปลี่ยนจากตรงกลาง core ไปจนถึงขอบนอกของ cladding เหมือนวาไมมีรอยตอระหวาง core กับ cladding ทําใหแสงที่เดินทางไปใชเวลา ใกลเคียงกันไดคุณภาพสัญญาณที่ปลายทางดีกวา 2. Single mode ดวยขนาดของ core ที่เล็ก บังคับใหแสงเดินทางไดรูปแบบเดียว แสงไปถึงปลายทางเปนระเบียบ ถึงแมวาแสงจะเขาไปไดปริมาณนอย แตก็สามารถเดินทางไปไดไกลกวา และรองรับสัญญาณอัตราเร็วสูงไดดีกวา จึงมักถูกใชในการสื่อสารความเร็วสูง ระยะทางไกล

การสูญเสียในเส้นใยแสง การสูญเสียในเสนใยแสงที่เป็นแก้ว เกิดจากการกระเจิงของแสง และการถูกดูดกลืนดวยไอนําที่ปนอยูในเนื้อแกว ซึ่งจะเกิดขึ้นตางกันในแสงที่มีความยาวคลื่นตางกัน ดังรูป ชวงความยาวคลื่นท ี่มีการสูญเสียต่ำ มีอยูสามชวง แต่ปจจุบันจะใชอยูสองชวงคือ ประมาณ 1300 กับ 1550 นาโนเมตร

ข้อดีของเส้นใยแสง Low Attenuation Loss <0.5 dB/km for SM, <3dB/km for MM Wide bandwidth >500 MHz Resist to EMI ข้อเสียของเส้นใยแสง Difficult to connect Easily to break การใช้งาน High speed Long haul

Communication Media สายอากาศ
5.5 สายอากาศ สายอากาศทำหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณกระแส หรือแรงดัน ให้เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (สนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้า) และกลับกัน V [Volt]  E [Volt/m] I [Ampere]  H [Ampere/m] สายอากาศเปนอุปกรณที่ทำหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณทางไฟฟาใหเปนคลื่นแมเหล็กไฟฟา หรือกลับกัน

ชนิดของสายอากาศ สายอากาศแบบสาย สายอากาศแบบช่องเปิด สายอากาศไมโครสตริป สายอากาศแบบจานสะท้อน สายอากาศแบบอะเรย์

ชนิดของสายอากาศ สายอากาศมีหลายแบบ แบงเปน สายอากาศแบบสาย (wire antenna) เปนเสน หรือแทงเล็กๆ เชน สายอากาศไดโพล สายอากาศแบบชองเปด (aperture antenna) เปนชองเปด เชนสายอากาศแบบกรวย สายอากาศไมโครสตริป (micro strip antenna) ลายทองแดงบนแผงวงจร สายอากาศจานสะทอน (reflector antenna) เปนการสะทอนคลื่นเพื่อรวมตรงจุดรับ สายอากาศแบบอะเรย (Array antenna) ประกอบดวยสายอากาศหลายตัวเรียงกัน

พารามิเตอร์ของสายอากาศ แบบรูปการแผ่กระจายคลื่น (radiation pattern) Isotropic Directional Omni-direction พารามิเตอรของสายอากาศ รูปแบบการแผกระจายคลื่น (Radiation Pattern) ทำใหทราบทิศทางการกระจายคลื่นออกจากสายอากาศวากระจายไปไดดีในทิศทางใดบาง อัตราขยาย (Gain) สายอากาศท ี่มีอัตราขยายมากจะรับสัญญาณไดดีกวา อิมพีแดนซ (Impedance) ตองเขากันไดกับสายนําสัญญาณ และเครื่องรับ(หรือเครื่องสง) โพลาไรเซชัน (Polarization) แนวของสนามไฟฟาของคลื่นแมเหล็กไฟฟา สายอากาศรับจะตองมี โพลาไรเซชัน ตรงกับสายอากาศสง (ตรงกับคลื่นที่สงมา)

พารามิเตอร์ของสายอากาศ Directivity / Gain Polarization Impedance

Communication Media สายอากาศ Dipole
Wire antenna Omnidirectional pattern Infinitesimal dipole Small dipole Large dipole Folded dipole สายอากาศไดโพลเป็นสายอากาศที่มีสองขั้ว เป็นสายอากาศแบบสาย มีการกระจายคลื่นแบบ Omnidirection มีโพลาไรเซชันตามแนวของเส้นลวดตัวนำ สายอากาศไดโพลที่มีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับความยาวคลื่น (l<l/50) เรียกว่า infinitesimal dipole มี radiation resistance ต่ำมาก ประสิทธิภาพต่ำ มีการกระจายคลื่นแบบ Omnidirection ที่มี beamwidth กว้าง สายอากาศไดโพลที่มีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับความยาวคลื่น (l<l/10) เรียกว่า small dipole มี radiation resistance ต่ำมาก ประสิทธิภาพต่ำ มีการกระจายคลื่นแบบ Omnidirection ที่มี beamwidth ค่อนข้างกว้าง สายอากาศไดโพลที่มีขนาดใกล้เคียงกับความยาวคลื่น (l>l/10) เรียกว่า large dipole มี radiation resistance สูงขึ้นมาก มีการกระจายคลื่นแบบ Omnidirection ที่มี beamwidth แคบลง เมื่อ ขนาดใหญ่กว่าความยาวคลื่น จะทำให้มีบีมมากขึ้น (เกิด side lobe) l

Communication Media สายอากาศ Dipole
Half wavelength dipole Gain 2.15 dB Zin=73+j42.5 Effective area 0.13l2 Effective Length l/p l สายอากาศไดโพลที่มีความยาวเท่ากับครึ่งความยาวคลื่น จะมีลักษณะเฉพาะ ที่ถูกใช้เป็นสายอากาศมาตรฐาน เรียกว่า สายอากาศไดโพลครึ่งความยาวคลื่น (Half-wavelength dipole, l/2-dipole) โดยมีอิมพีแดนซ์ โอห์ม ซึ่งมีค่าใกล้เคียงกับอิมพีแดนซ์ของสายนำสัญญาณ ทำให้สามารถแมตซ์กันได้ และมีอัตราขยาย 2.15 dB มีโพลาไรเซชันตามแนวการวางตัวของตัวนำ มีรูปแบบการกระจายคลื่นแบบรอบตัว ไม่ว่าจะใช้กับความถี่ใดเมื่อให้ความยาวของสายอากาศเท่ากับครึ่งของความยาวคลื่น ก็จะมีลักษณะสมบัติเหมือนกัน

Communication Media สายอากาศ Monopole
Wire antenna on Ground Rod antenna ที่ความถี่ต่ำ ความยาวคลื่นสูง สายอากาศไดโพลครึ่งความยาวคลื่นจะมีขนาดใหญ่มาก เช่นที่ความถี่ 1 MHz ความยาวคลื่น 300 m สายอากาศครึ่งความยาวคลื่นจะมีขนาด 150 m ซึ่งยาวมากยากในการนำไปใช้งานจริง แต่อาจทำได้โดยการใช้สายอากาศโมโนโพลแทน การใช้สายอากาศโมโนโพลวางตั้งเหนือระนาบกราวด์ หรือพื้นดินนั้น ตามทฤษฎีเงาแล้วจะเหมือนกับมีเงาของโมโนโพลอีกข้างหนึ่งทำให้เหมือนกับเป็นสายอากาศไดโพล การใช้สายอากาศโมโนโพลจะทำให้ขนาดของสายอากาศลดลงได้

Communication Media สายอากาศ Loop Antenna
Wire Antenna Circular/Triangle/Rectangular Increase Zin by increase turn Ferrite loop สายอากาศวงรอบ ก็ทำนองเดียวกับสายอากาศไดโพลที่เมื่อความยาวสายอากาศน้อยกว่าความยาวคลื่นมากๆ จะทำให้มีอิมพีแดนซ์ต่ำมาก แต่สายอากาศวงรอบขนาดเล็กนี้สามารถทำให้มีอิมพีแดนซ์เพิ่มขึ้นได้โดยการเพิ่มจำนวนรอบของสายอากาศ ทำให้ได้สายอากาศที่มีขนาดเล็กแต่มีอิมพีแดนซ์ที่เหมาะกับสายนำสัญญาณหรือเครื่องรับได้ โดยจะพบได้ในเครื่องรับวิทยุระบบ AM ที่มีความถี่ช่วง 1 MHz ความยาวคลื่น 300 m การใช้สายอากาศไดโพลหรือโมโนโพลกับเครื่องรับนี้ทำไม่ได้ ที่ใช้กันจึงเป็นสายอากาศแบบวงรอบที่พันหลายรอบบนแกนเฟอไรต์ จึงเรียกว่าสายอากาศแบบวงรอบเฟอไรต์ (Ferrite loop)

Communication Media สายอากาศ Yagi-Uda Array
Directional สายอากาศยากิ-อูดะ (Yagi-Uda Antenna) มักถูกเรียกสั้นๆ ว่าสายอากาศยากิ นับว่าเป็นสายอากาศที่คุ้นตากันมากที่สุด สามารถพบเห็นได้ทั่วไปบนหลังคาบ้านเรือนและอาคารต่างๆ เป็นสายอากาศที่ใช้สำหรับรับสัญญาณโทรทัศน์ที่ตั้งอยู่นอกอาคารนั่นเอง สายอากาศยากิ-อูดะนี้ถูกคิดค้นขึ้นมาและถูกตีพิมพ์เผยแพร่ในวารสารของญี่ปุ่นโดยศาสตราจารย์อูดะ (S. Uda) แห่งมหาวิทยาลัยโตฮูกุ อิมพีเรียล ในปี ค.ศ และต่อมาในปี 1928 ศาสตราจารย์ยากิ (H.Yagi) เพื่อนร่วมงานของศาสตราจารย์อูดะ ได้นำไปตีพิมพ์เผยแพร่เป็นภาษาอังกฤษในปี 1928 ทำให้สายอากาศยากิ-อูดะ เป็นที่รู้จักไปทั่วโลก และนับว่าเป็นนวัตกรรมเยี่ยมยอดที่ทำให้เราได้มีสายอากาศที่ง่ายมี ประสิทธิภาพดีใช้กันมาจนถึงปัจจุบัน สายอากาศยากิมักจะใช้ได้ดีกับความถี่ย่าน HF(3-30MHz), VHF(30-300MHz) ไปจนถึง UHF( MHz) มีโครงสร้างที่เป็นการนำเอาสายอากาศไดโพล มาประกอบร่วมกับแท่งตัวนำขนาดต่างๆ วางเรียงกันคล้ายก้างปลา โดยมีตัวไดโพลซึ่งจะเรียกว่าเอกไซเตอร์ (Exciter) มีแท่งตัวนำที่มีความยาวมากกว่าไดโพลวางอยู่ด้านหนึ่งเรียกว่ารีเฟล็กเตอร์ (Reflector) และแท่งตัวนำที่มีความยาวน้อยกว่าไดโพลเรียกว่าไดเร็กเตอร์ (Director) วางเรียงอีกด้านหนึ่ง ปกติรีเฟล็กเตอร์จะมีอันเดียว ส่วนไดเร็กเตอร์จะมีหลายอัน แท่งตัวนำแต่ละอันรวมทั้งตัวไดโพลจะถูกเรียกว่า อีลิเมนต์ (Element) สายอากาศยากิ ที่มีแท่งตัวนำรวมทั้งไดโพล 5 อัน จะเรียกว่าสายอากาศยากิ 5 อีลิเมนต์ (5E) เป็นต้น สายอากาศยากิที่ใช้ไดโพล มักจะออกแบบให้มีอิมพิแดนซ์ 75 โอห์ม ส่วนสายอากาศยากิที่ใช้โฟล์ดไดโพล จะออกแบบให้มีอิมพิแดนซ์ 300 โอห์ม โดยการปรับความยาวและระยะห่างของแต่ละอีลิเมนต์ รูปแบบการกระจายคลื่นจะเป็นแบบมีทิศทางรับส่งได้ดีไปทางด้านไดเร็กเตอร์ ทางด้านรีเฟล็กเตอร์จะรับส่งไม่ดี การใช้งานจึงต้องหันทางด้านไดเร็กเตอร์หรือด้านสั้นไปทางที่จะรับส่งคลื่น อัตราขยายขึ้นอยู่กับจำนวนอีลิเมนต์ จำนวนอีลิเมนต์มากจะมีอัตราขยายสูง จะเห็นว่าสายอากาศยากิที่ใช้รับสัญญาณจากสถานีโทรทัศน์ในพื้นที่ห่างไกล ที่ต้องการสายอากาศอัตราขยายสูง จึงมักจะใช้แบบที่มีจำนวนอีลิเมนต์มาก เช่น 7E , 9E เป็นต้น ส่วนในเมืองที่ใกล้สถานีส่งก็จะใช้ที่มีจำนวน อีลิเมนต์น้อยๆ คือไม่ต้องการอัตราขยายสูงมากนัก

Communication Media สายอากาศ Folded dipole Array
สายอากาศอะเรย์ เป็นการนำสายอากาศหลายๆ ตัวมาวางเรียงกันป้อนสัญญาณให้ทุกตัว ทำให้เกิดการเสริมกันและหักล้างกันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากสายอากาศแต่ละตัว เกิดเป็นคลื่นแม่เหล็ไฟฟ้ารวมออกไปในทศทางและรูปแบบต่างๆ กันได้ ทำให้ได้สายอากาศที่ดีขึ้นโดยเฉพาะอัตราขยายที่สูงขึ้นกว่าสายอากาศตัวเดียว

จานสะท้อน จานสายอากาศ ในกรณีที่ต้องการรับส่งสัญญาณขนาดเล็กหรือระยะทางไกลมาก เช่นสัญญาณจากดาวเทียม สายอากาศแบบจานสะท้อนมักถูกนำมาใช้ เนื่องจากสามารถรวมคลื่นที่มีขนาดเล็กๆ ให้มีขนาดใหญ่ขึ้นพอที่เครื่องรับสามารถรับสัญญาณได้ หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือสายอากาศแบบจานสะท้อนนี้มีอัตราขยายสูงมากนั่นเอง สายอากาศจานสะท้อนมีโครงสร้างประกอบด้วยจานโค้งแบบพาราโบลา ทำด้วยโลหะตัวนำ อาจเป็นแผ่นทึบหรือตะแกรงก็ได้ ตรงจุดโฟกัสจะวางสายอากาศแบบช่องเปิดที่เรียกว่า ฟีดฮอร์น (Feed horn) เพื่อรับคลื่นที่ถูกรวมจากการสะท้อนเข้ามาที่จุดโฟกัส สายอากาศแบบนี้ส่วนใหญ่จะใช้กับคลื่นความถี่ไมโครเวฟย่าน C-band (4-8 GHz) X-band (8-12 GHz) Ku-band(12-18 GHz) K-band (18-27 GHz) Ka-band (27-40 GHz) ทั้งการสื่อสารไมโครเวฟภาคพื้นดินและการสื่อสารผ่านดาวเทียม สายอากาศแบบจานสะท้อนนี้มีอัตราขยายสูงมากซึ่งอัตราขยายจะขึ้นอยู่กับขนาดของจาน เนื่องจากสายอากาศแบบนี้มักใช้กับการรับสัญญาณจากดาวเทียมจึงมักถูกเรียกว่า “จานดาวเทียม” การเลือกใช้ขนาดของจานขึ้นอยู่กับความเข้มของสัญญาณที่มาตกกระทบจาน ซึ่งขึ้นอยู่กับพื้นที่บริการ (Footprint) ของดาวเทียมแต่ละดวง ถ้านำไปรับสัญญาณจากดาวเทียมของประเทศอื่นที่ประเทศไทยอยู่บริเวณขอบๆ ของพื้นที่บริการ สัญญาณที่ตกกระทบจานจะมีความเข้มต่ำ ต้องใช้จานขนาดใหญ่ เมื่อเทียบกับการรับสัญญาณจากดาวเทียมไทยคมที่ออกแบบให้ประเทศไทยอยู่กลางพื้นที่บริการ ความเข้มของสัญญาณที่ตกกระทบสูงใช้จานขนาดเล็กรับสัญญาณได้

Principles of Communications Chapter 5 Communication Media

งานนำเสนอที่คล้ายกัน

งานนำเสนอเรื่อง: "Principles of Communications Chapter 5 Communication Media"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

งานนำเสนอที่คล้ายกัน

เรื่องโครงการ

การติดต่อกลับ

เข้าสู่ระบบ

ลงทะเบียนผ่านเครือข่ายสังคม:

Principles of Communications Chapter 5 Communication Media

งานนำเสนอที่คล้ายกัน

งานนำเสนอเรื่อง: "Principles of Communications Chapter 5 Communication Media"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

งานนำเสนอที่คล้ายกัน

เรื่องโครงการ

การติดต่อกลับ