อัตราการขยายของสายอากาศ (gain) กับลูกโป่ง

 

เจอหลายครั้ง ทั้งในเว็บบอร์ดและในความถี่ เรื่องของอัตราการขยายของสายอากาศ หรือที่เรียกว่า Gain อัตราการขยายของสายอากาศ เป็นการเปรียบเทียบ สายอากาศต้นหนึ่งกับสายอากาศอีกต้นหนึ่ง โดยเรามักจะใช้สายอากาศ Isotropic ซึ่งเป็นสายอากาศในอุดมคติ คุณสมบัติคือสามารถแพร่กระจายคลื่นวิทยุ ออกรอบตัว ได้ทุกทิศทุกทาง เท่ากันหมด แต่เนื่องจากสายอากาศ Isotropic ไม่มีอยู่จริง เพื่อความสะดวกบางครั้งเราจึงเปรียบเทียบกับสายอากาศ Dipole 1/2 lambda

ต่อไปจะพูดถึงเรื่องของลูกโป่ง สมมุติว่าลูกโป่งเราเป็นลูกกลม ๆ เป่าลมเข้าไปจำนวนหนึ่งพอประมาณ จำนวนลมที่เป่าเข้าไปในลูกโป่ง ก็เทียบเท่ากับ จำนวนพลังงานที่ป้อนให้กับสายอากาศ ลูกโป่งลอยอยู่เฉย ๆ ก็เทียบกับสายอากาศแบบ Isotropic

ลูกโป่งลอยอยู่เฉย ๆ ก็เทียบกับสายอากาศแบบ Isotropic

แต่เมื่อเราเอามือไปบีบตรงกลางของลูกโป่ง ลักษณะของลูกโป่งก็เปลี่ยนไป ดังตัวอย่างในรูป (B) คล้าย ๆ กับเลข 8 ถ้าเปรียบเทียบกับสายอากาศ ก็คือสายอากาศแบบ Dipole มีการแพร่กระจายคลื่นออกเป็นสองทิศทาง คราวนี้ อัตราการขยายก็เริ่มปรากฏขึ้นมา เพราะเรานำสายอากาศ Dipole มาเทียบกับสายอากาศ Isotropic ส่วนที่เพิ่มขึ้นมาจากสายอากาศ Isotropic ก็คือส่วนที่อยู่ด้านบนและด้านล่างของรูปมือ ค่าที่เราได้ถ้าเปลี่ยนเป็นหน่วยเดซิเบล แล้วเราจะเรียกว่า dBi (decibel over isotropic) ซึ่งสายอากาศไดโพลแบบ 1/2 lambda จะมีอัตราการขยายมากว่า isotropic อยู่ 2.15 dbi ถ้าเราลองคิดตามไปว่าพลังงาน (หรือลมในลูกโป่ง) ยังเท่าเดิมหรือไม่ คำตอบคือมันก็ยังเท่าเดิม เพียงแค่ลดพลังงานจากจุดหนึ่ง เพื่อนำไปเพิ่มอีกจุดหนึ่ง

แต่เมื่อเราเอามือไปบีบตรงกลางของลูกโป่ง ลักษณะของลูกโป่งก็เปลี่ยนไป ดังตัวอย่างในรูป (B) คล้าย ๆ กับเลข 8 ถ้าเปรียบเทียบกับสายอากาศ ก็คือสายอากาศแบบ Dipole มีการแพร่กระจายคลื่นออกเป็นสองทิศทาง

ถ้าเราเอามือไปบีบลูกโป่งตรงปลาย (แทนที่จะเป็นตรงกลาง) อากาศที่อยู่ด้านในก็จะเปลี่ยนรูปร่างไป จะพุ่งออกไปในทิศทางเดียว (ด้านบนของมือ) อาจจะมีออกมาด้านหลังบ้างแต่ก็น้อยมาก ถ้าเปรียบเทียบกับสายอากาศ ก็คือสายอากาศแบบทิศทาง (Beam) การที่พลังงานออกมาทิศทางเดียว แน่นอนมันต้อง มีอัตราการขยายมากกว่าแบบอื่น ๆ ที่กล่าวมาข้างต้น แต่ถ้าสังเกตอากาศที่อยู่ในลูกโป่งก็ยังเท่าเดิม

 

ถ้าเราเอามือไปบีบลูกโป่งตรงปลาย (แทนที่จะเป็นตรงกลาง) อากาศที่อยู่ด้านในก็จะเปลี่ยนรูปร่างไป จะพุ่งออกไปในทิศทางเดียว (ด้านบนของมือ)

สมมุติว่าเราส่งออกอากาศ 1 วัตต์ พลังงานทั้งหมดก็ยังเท่าเดิม คือ 1 วัตต์ แต่เราบังคับให้พลังงาน 1 วัตต์นั้นรวมตัวกันไปในทิศทางเดียวทำให้เราได้ความเข้มของสัญญาณสูงขึ้น (power density) ถ้ายังไม่ชัดเจนให้เราลองดูพลังงานจากหลอดไฟฉาย หลอดไฟมีกำลังงาน 1 วัตต์ ถ้าไม่มีแผ่นสะท้อนแสง ความสว่างก็แพร่กระจายไปรอบ ๆ หลอดไฟ (รอบตัว) แต่เมื่อไร เราใส่แผ่นสะท้อนแสงเข้าไป แสงก็จะไปในทิศทางเดียว แต่สามารถไปได้ไกลกว่าเดิม (หลายเท่าตัว) ถามว่าการที่แสงไปได้ไกลขึ้น เราเพิ่มกำลังวัตต์หรือไม่ คำตอบคือไม่ได้เพิ่ม ยังใช้ไฟ 1วัตต์เท่าเดิม เพียงแต่จัดรูปแบบการแพร่กระจายของแสงเท่านั้น

 

การที่นักวิทยุสมัครเล่นขั้นต้นของไทย สามารถใช้กำลังส่งได้ 10 วัตต์ ถ้าเรามองในแง่ดีก็คือ เราจะได้ฝึกเรื่องสายอากาศ นำพลังงาน 10 วัตต์นี้มาใช้ให้คุ้มค่ามากที่สุด ดีกว่าการนำเครื่องไปเพิ่มกำลังส่ง เป็น 50 วัตต์ 100 วัตต์ (สุดจะบรรยาย) เครื่องวิทยุรับส่งตัวโปรดก็จะได้อยู่กะเราไปนาน ๆ

 

บทความที่เกี่ยวข้อง

 

HS8JYX ตั้งอยู่บ้านเลขที่ 99/31 ถ.เจริญสุข ต.ปากน้ำ อ.เมือง จ.กระบี่ 81000