สายอากาศ : การออกแบบ การทำงาน ประเภท และการใช้งาน

เสาอากาศเป็นอุปกรณ์โลหะที่ใช้ในการส่งและรับสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าวิทยุ ซึ่งสัญญาณเหล่านี้แสดงถึงข้อมูลบางอย่าง วิทยุส่วนใหญ่ออกแบบมาสำหรับการสื่อสารแบบไร้สายเพื่อกระจายสัญญาณทั้งไมโครเวฟและวิทยุ โดยทั่วไป เสาอากาศจะมีขนาดและรูปร่างต่างกัน มีเหตุผลมากมายในการใช้เสาอากาศ แต่เหตุผลหลักคือเพื่อให้มีวิธีง่ายๆ ในการส่งสัญญาณหรือข้อมูล มีความแตกต่างกัน ประเภทของเสาอากาศ ใช้ได้เช่น ยางิ อุดะ ,รูรับแสง,รีเฟลกเตอร์,สายอากาศ และอื่นๆ อีกมากมาย บทความนี้กล่าวถึงเสาอากาศประเภทหนึ่งเช่น สายอากาศ - การทำงานกับแอพพลิเคชั่น

คำจำกัดความของสายอากาศ

เสาอากาศแบบใช้สายเป็นเสาอากาศวิทยุประเภทหนึ่งที่มีสายยาวห้อยอยู่เหนือพื้นดิน สายในเสาอากาศจะรับสัญญาณและแผ่ออกไปไกลขึ้น ในสายอากาศนี้ ความยาวของสายอากาศแบบลวดไม่มีความสัมพันธ์กับความยาวคลื่น สายเชื่อมต่อกับเครื่องส่งหรือเครื่องรับผ่านเครื่องรับของเสาอากาศเพื่อส่งหรือรับสัญญาณ เสาอากาศเหล่านี้เป็นที่รู้จักกันดีเนื่องจากความง่ายในการติดตั้งและการพกพา ไดอะแกรมสายอากาศแสดงไว้ด้านล่าง

การออกแบบสายอากาศ

การสร้างสายอากาศที่มีสายยาวทำได้ง่ายเพราะความยาวของสายอากาศนี้คูณด้วย λ/2 โดยทั่วไป สายอากาศที่มีความยาว λ/2 หรือ λ/4 เรียกว่า สายอากาศไดโพลแบบครึ่งคลื่น . แต่สายอากาศที่มีความยาวมากกว่า λ/2 เรียกว่า a สายอากาศยาว . ดังนั้นความยาวของสายอากาศที่มีสายยาวจึงถือเป็นผลคูณของความยาวคลื่นครึ่งหนึ่ง ดังนั้น ความยาวของสายอากาศที่มีสายยาวจะได้รับเป็น (L = n λ/2)

สายไฟเหล่านี้จัดเรียงในแนวตั้งหรือแนวนอน แต่บางครั้งทิศทางจะเลอะเทอะซึ่งสัมพันธ์กับพื้นดิน แรงกระตุ้นจากภายนอกไปยังสายอากาศนี้มีให้ตลอดสายป้อน โดยสายป้อนจะอยู่ที่ปลาย กึ่งกลาง หรือที่ใดก็ได้ตรงกลางความยาวของสาย

ที่นี่โพลาไรซ์ของสายอากาศจะแสดงโดยทิศทางของสายอากาศเทียบกับพื้น ตำแหน่งของจุดฟีดแสดงถึงทิศทางของกลีบ ในการสร้างสายอากาศแบบลวดแบบธรรมดานี้ ลวดตัวนำอย่างง่ายจะเชื่อมต่อจากปลายถึงปลายระหว่างสถานีส่งและรับ ดังนั้น การเชื่อมต่อสายยาวโดยตรงระหว่างปลายทั้งสองจะทำให้สัญญาณจากสถานีส่งสัญญาณและแผ่สัญญาณเพื่อให้สามารถรับได้ที่ปลายที่เหลือ

เสาอากาศแบบลวดทำงานอย่างไร?

เสาอากาศที่มีสายยาวเป็นการรวมกันของไดโพลครึ่งคลื่นหลายตัว ดังนั้นหลักการทำงานของมันจึงเหมือนกับสายอากาศไดโพลแบบครึ่งคลื่น ดังนั้นความยาวของสายอากาศเหล่านี้จึงมากกว่าเมื่อเทียบกับครึ่งความยาวคลื่น ดังนั้น เมื่อสายไฟตัวนำยาวถูกกระตุ้นโดยแรงดันไฟฟ้าขาเข้า หลังจากนั้นตัวพาประจุจะเคลื่อนไปตามสัญญาณครึ่งหนึ่งที่ใช้ หากใช้สัญญาณครึ่งแรก ผู้ให้บริการชาร์จจะได้รับแรงดึงดูด ในขณะที่หากใช้ครึ่งวงจรเชิงลบ ผู้ให้บริการชาร์จจะได้รับแรงผลัก ดังนั้นการกระทำที่สะสมของตัวนำประจุนี้จึงสร้างสนามไฟฟ้าที่ไม่เสถียร ดังนั้นสัญญาณจะถูกส่งในลักษณะนี้ที่ปลายอีกด้านหนึ่งผ่านเสาอากาศแบบยาว

สายอากาศที่มีสายยาวจะมากกว่าความยาวคลื่นครึ่งหนึ่ง เมื่อความยาวของสายอากาศแบบยาวเพิ่มขึ้น ทิศทางก็จะดีขึ้นเช่นกัน เด่นในเรื่องของสายอากาศที่มีสายยาวคือ สำหรับความถี่ต่ำสุดของการทำงาน โดยทั่วไป ความยาวจะถือเป็นครึ่งความยาวคลื่นและจะมีการป้อนอาหารภายนอกให้ในตอนท้าย

ประเภทของสายอากาศ

เสาอากาศเหล่านี้แบ่งออกเป็นประเภทต่าง ๆ และแต่ละประเภทจะกล่าวถึงด้านล่าง

สายอากาศไดโพลสั้น

รูปแบบง่ายๆ ของสายอากาศแบบลวดคือสายอากาศไดโพลแบบสั้น นี่คือวงจรเปิดที่มีการป้อนสัญญาณหรือข้อมูลภายในศูนย์ ในสายอากาศนี้ คำว่า 'สั้น' ไม่ได้หมายถึงขนาดสายอากาศ แต่โดยพื้นฐานแล้วมันคือความยาวคลื่นสัมพัทธ์ เสาอากาศนี้มีปลายสองด้านโดยที่ปลายด้านหนึ่งเป็นแบบวงจรเปิด และปลายที่เหลือถูกป้อนโดยแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ ช่วงความถี่ของเสาอากาศนี้มีตั้งแต่ 3KHz – 30MHz ดังนั้นจึงใช้เป็นตัวรับสัญญาณความถี่ต่ำเป็นส่วนใหญ่

เสาอากาศไดโพล

สายอากาศไดโพลเป็นหนึ่งในรูปแบบที่สำคัญที่สุดของสายอากาศ RF ซึ่งรวมถึงสายนำไฟฟ้า มิฉะนั้น จะมีความยาวครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นที่ต้องการสูงสุด ลวดหรือแกนจะถูกแบ่งตรงกลางผ่านฉนวน โดยที่ปลายทุกด้านตรงกลางจะเชื่อมต่อกับสายฟีดผ่าน balun ตามปกติกับสายโคแอกเชียล

เสาอากาศเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการสื่อสารทางวิทยุต่างๆ เสาอากาศนี้ออกแบบง่ายมาก และทำงานในส่วนความถี่สูง ความถี่สูงมาก และความถี่สูงพิเศษของสเปกตรัม RF โปรดดูที่ลิงค์นี้เพื่อทราบข้อมูลเพิ่มเติม เสาอากาศไดโพล .

ห่วงเสาอากาศ

เสาอากาศแบบวนเป็นเสาอากาศแบบสายชนิดหนึ่งที่รับสัญญาณวิทยุได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเสาอากาศแบบอื่น เสาอากาศเหล่านี้ถือเป็นเสาอากาศที่มีประสิทธิภาพมากกว่าเสาอากาศอื่นๆ เนื่องจากใช้พลังงานไฟฟ้าน้อยกว่าและใช้งานได้กับช่วงความถี่ที่กว้าง (300 MHZ ถึง 3 GHz) ประสิทธิภาพของเสาอากาศนี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เป็นหลัก เช่น การออกแบบ การจัดวาง เป็นต้น

ในเสาอากาศแบบวง การดัดของสายสามารถสร้างรูปร่างต่างๆ ได้ เช่น วงกลม สามเหลี่ยม สี่เหลี่ยม และวงรี เสาอากาศเหล่านี้เรียบง่ายมาก อเนกประสงค์ และราคาไม่แพง จึงใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย ใช้ในอุปกรณ์ RFID เพื่อตรวจจับตำแหน่งเครื่องส่งสัญญาณ ใช้เป็นเครื่องส่งสัญญาณ UHF ใช้รับคลื่น HF ภายในเครื่องรับวิทยุ ฯลฯ

เสาอากาศไดโพลแบบครึ่งคลื่น

สายอากาศไดโพลชนิดหนึ่งที่ความยาวไดโพลเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นที่ความถี่การทำงานเรียกว่าสายอากาศไดโพลแบบครึ่งคลื่น นี่คือสายอากาศแบบไดโพลที่มีชื่อเสียงมาก ซึ่งบางครั้งก็เรียกอีกอย่างว่าสายอากาศเฮิรตซ์

เสาอากาศนี้มีโครงสร้างเรโซแนนซ์ที่เรียบง่ายสำหรับการส่งและการรับ สิ่งเหล่านี้เป็นองค์ประกอบพื้นฐานในรูปทรงเสาอากาศทั้งหมด เนื่องจากเสาอากาศเหล่านี้ช่วยในการออกแบบเสาอากาศที่ซับซ้อนต่างๆ ช่วงความถี่ในการทำงานของเสาอากาศนี้อยู่ระหว่าง 3 kHz – 300 GHz

เสาอากาศไดโพลแบบครึ่งคลื่นส่วนใหญ่จะใช้ในเครื่องรับวิทยุและโทรทัศน์ เมื่อใช้เสาอากาศเหล่านี้กับเสาอากาศประเภทอื่น จะแสดงประสิทธิภาพที่โดดเด่น

เสาอากาศไดโพลแบบพับ

เสาอากาศไดโพลแบบพับเป็นเสาอากาศประเภทหนึ่งที่มีตัวนำสองตัว ตัวนำเหล่านี้เชื่อมต่อง่ายๆ ทั้งสองด้านและพับให้เป็นรูปทรงกระบอกปิด ความยาวไดโพลคือครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น ดังนั้นจึงเรียกว่าสายอากาศไดโพลแบบพับครึ่งคลื่น ช่วงความถี่ของสายอากาศไดโพลแบบพับนี้มีตั้งแต่ 3 KHz ถึง 300 GHz และเป็นช่วงความถี่ที่ใช้บ่อยที่สุดโดยเครื่องรับโทรทัศน์

เสาอากาศโมโนโพล

เสาอากาศแบบโมโนโพลคือเสาอากาศส่งสัญญาณวิทยุที่มีตัวนำเดี่ยวซึ่งโดยปกติจะป้อนที่ฐานของเสาอากาศผ่านแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า เสาอากาศนี้เป็นเสาอากาศแบบสายเดี่ยวที่เรียบง่ายมากซึ่งโดยปกติจะติดตั้งในแนวตั้งและใช้ตามปกติสำหรับทั้งการส่งสัญญาณและรับสัญญาณ ดังนั้นจึงใช้เพื่อการแพร่ภาพหรือการสื่อสาร เสาอากาศโมโนโพลทำงานที่แถบความถี่ RFID ล่าง (2.2 ถึง 2.6 GHz) แถบความถี่ RFID ขนาดกลาง (5.3 ถึง 6.8 GHz) และแถบความถี่ RFID ด้านบน (8.7 ถึง 9.5 GHz)

เสาอากาศแบบเกลียว

เสาอากาศแบบเกลียวเป็นเสาอากาศแบบลวดชนิดหนึ่งซึ่งเรียกอีกอย่างว่าเสาอากาศแบบเกลียวเนื่องจากรูปร่างของเสาอากาศนี้เป็นแบบเกลียว ช่วงความถี่ของเสาอากาศนี้จะอยู่ที่ประมาณ 30MHz – 3GHz ดังนั้นเสาอากาศแบบเกลียวนี้จึงทำงานในช่วง VHF และ UHF

เสาอากาศแบบเกลียวใช้สำหรับส่งและรับสัญญาณ VHF ใช้สำหรับการสื่อสารผ่านดาวเทียมและยานอวกาศ และสำหรับดาราศาสตร์วิทยุ ทำหน้าที่สร้างการสื่อสารระหว่างดวงจันทร์และโลก โปรดดูที่ลิงค์นี้เพื่อทราบข้อมูลเพิ่มเติม เสาอากาศแบบเกลียว .

บรอดแบนด์ไดโพล

สายอากาศไดโพลบรอดแบนด์เป็นสายอากาศประเภทหนึ่งที่ให้ประสิทธิภาพที่โดดเด่นสำหรับวงจรช่วงสั้นถึงกลางเป็นส่วนใหญ่ สำหรับวงจรที่ใช้การสื่อสารระยะสั้นที่ความถี่ต่ำ รูปแบบการแผ่รังสีของสายอากาศนี้มีมุมรับสูง ในทำนองเดียวกัน สำหรับวงจรที่ใช้การสื่อสารระยะกลางที่ความถี่สูง รูปแบบการแผ่รังสีของสายอากาศนี้จะมีมุมรับที่ต่ำกว่า

เสาอากาศโคลเวอร์ลีฟ

เสาอากาศโคลเวอร์ลีฟเป็นเสาอากาศแบบลวดชนิดหนึ่งที่มีโพลาไรซ์เป็นวงกลม และรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศนี้จะเหมือนกับเสาอากาศแบบไดโพล เสาอากาศนี้มีอย่างน้อย 3 หรือ 4 เฟรมที่เชื่อมต่อแบบขนานและบิดในลักษณะเฉพาะเพื่อให้ได้โพลาไรซ์แบบวงกลม

อัตราขยายของสายอากาศ

เดอะ อัตราขยายของเสาอากาศ คือความสามารถของสายอากาศที่จะปล่อยน้อยลงหรือมากขึ้นในทุกทิศทางเมื่อเทียบกับสายอากาศตามทฤษฎี อัตราขยายนี้บ่งชี้ว่าเสาอากาศสามารถส่งหรือรับสัญญาณได้แรงเพียงใดในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง อัตราขยายของสายอากาศคือ

สำหรับไดโพลสั้นคือ 1.5 (1.76 dBi) & สำหรับ

ไดโพลครึ่งคลื่นจะเพิ่มขึ้นเป็น 1.64 (2.15 dBi) คลิกที่นี่เพื่อทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ อัตราขยายของเสาอากาศ

ข้อดีและข้อเสีย

เดอะ ข้อดีของเสาอากาศแบบลวด รวมสิ่งต่อไปนี้

• การสร้างเสาอากาศนี้ทำได้ง่าย
• เสาอากาศเหล่านี้ให้อัตราขยายและทิศทางที่น่าพอใจ
• เสาอากาศเหล่านี้มีรูปแบบทิศทางที่คมชัด
• เหล่านี้ไม่แพง
• ที่มุมแนวตั้งต่ำ มันโฟกัสที่การแผ่รังสีเท่านั้น
• พวกเขาแผ่กระจายในช่วงความถี่ใด ๆ ที่ความยาวโดยรวมไม่ต่ำกว่า λ/2

เดอะ ข้อเสียของเสาอากาศแบบลวด รวมสิ่งต่อไปนี้

• ที่ความถี่ต่ำ สายอากาศไดโพลจะมีขนาดใหญ่
• เสาอากาศแบบวนมีอัตราขยายต่ำ ปรับยาก และเป็นแถบความถี่แคบมาก
• ขนาดเสาอากาศแบบเกลียวนั้นเทอะทะ & พวกมันถูกยกเลิกอย่างง่ายดายโดยวัตถุที่อยู่ใกล้
• เสาอากาศแบบลวดต้องการระบบการจับคู่ที่เหมาะสมเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้น
• เสาอากาศเหล่านี้ต้องการระบบหรือหน่วยจูนเนอร์ที่ตรงกัน

แอพพลิเคชั่น

เดอะ การประยุกต์ใช้เสาอากาศแบบลวด รวมสิ่งต่อไปนี้

• เสาอากาศแบบลวดใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเสาอากาศรับสัญญาณบนคลื่นสั้น คลื่นกลาง และแถบคลื่นยาว
• เสาอากาศเหล่านี้ใช้ในการสื่อสารทางไกลแบบจุดต่อจุด เนื่องจากมีโครงสร้างที่เรียบง่าย
• เสาอากาศเหล่านี้ใช้ในเรือ, ยานอวกาศ, อาคาร, รถยนต์, ดาวเทียม, ขีปนาวุธ, การสื่อสารด้วยคลื่นไมโครเวฟ & การใช้งานที่มีอัตราขยายสูงมาก

ดังนั้นนี่คือภาพรวมของลวด เสาอากาศ - ใช้งานได้ ด้วยแอพพลิเคชั่น ตัวอย่างเสาอากาศแบบลวด ได้แก่ เสาอากาศไดโพล, เสาอากาศเกลียว, เสาอากาศโมโนโพล & เสาอากาศแบบวน นี่คือคำถามสำหรับคุณ เสาอากาศมีหน้าที่อะไร