234

การทดลองท 18 สายอากาศแบบลป 18.1. วตถประสงคของการทดลอง 1. เมอทานท าการทดลองนสมบรณแลวทานจะรสายอากาศแบบลปตามความยาวคลนและนกศกษาสมบตของสายอากาศแบบลปขนาดเลก 18.2. หลกการและทฤษฎทเกยวของ สายอากาศแบบลปเตมคลน

สายอากาศแบบลปทมความยาวของลปเทากบความยาวคลน (แลมปดา) เปนสายอากาศทมประโยชนมากเพราะมอตราขยายกบอนพตอมพแดนซทเหมาะสม สายอากาศแบบลปนมหลายรปราง เชน วงกลม สเหลยมจตรส สเหลยมผนผา และสเหลยมขนมเปยกปน ซงทกรปรางนนกจะให แพทเทอรนของการแผคลนทมอตราขยายมากขนหรอลดลงแตกตางกนออกไป ทกระจายตามความยาวตวของกระแสตลอดความยาวคลนของสายอากาศ กญแจส าคญทจะท าใหเขาใจในเรองของแพทเทอรนของการแผคลน นนกคอการเขาใจในเรองทกระจายตามความยาวของกระแสตลอดความยาวของลป วาจะใหผลลพธรวมของสนามไฟฟาเสรมหรอหกลางกนในทศทางใดบาง ถาเราพจารณาสายอากาศลปแบบวงกลมทมขนาดของลปเทากบความยาวคลนในระนาบของ X-Y จดปอนสญญาณนนจะเปนจดใดจดหนงรอบวงกลมของลปโดยทจดปอนสญญาณนนจะมผลตอแพทเทอรนของการแผคลน สมมตวาจดทปอนสญญาณนนเปนดานลางตามแนวแกน Y และเราตดสายอากาศแบง ครงแลวคลออกในแนวแกน X ดงแสดงในรปท 1 ซงรปนนจะแสดงใหเหนถงทกระจายตามความยาวตวของกระแสซงดคลายคลนแบบโคซายนทมจดสงสดทจดปอนสญญาณ

รปท 1 กระแสทไหลตลอดความยาวของสายทมความยาวเทากบความยาวคลน

235

รปท 2 ทกระจายตามความยาวตวของกระแสในสายอากาศลปแบบวงกลม ซงท าใหเกดการเสรมหรอหกลาง กนของสนามไฟฟา ในกรณน สนามไฟฟาจะเสรมกนในทศทางของ Y+,Y-,และ Z+,Z- แตจะหกลางกนในทศทางของ X+,X-

รปท 2 กระแสทไหลในสายอากาศลปแบบวงกลม

แพทเทอรนการแผคลนของสายอากาศลปแบบเตมคลนสายอากาศแบบลปจะมแนวระนาบทหนาสนใจอยสามระนาบคอ ระนาบของ E, ระนาบของ H และระนาบของลปเอง วาระนาบใดเปนระนาบทจ ากดของสายอากาศ ดงจะแสดงระนาบนโดยใชการพจารณาสายอากาศลปแบบสเหลยมจตรส สมมตวาสายอากาศนวางอยในแนวตงและดานหนานนเปนระนาบ X-Y และแนวแกน Z จะเปนจดทพงตรงออกไปจากตวของเราดงแสดงในรป 3 ถาเราเปรยบเทยบระนาบโดยยดจดปอนสญญาณเปนหลกเราจะเหนระนาบ X-Z เปนระนาบของ E สวนระนาบ Y-Z เปนระนาบของ H และสายอากาศจะวางตวอยในระนาบ X-Y

236

รปท 3 สายอากาศลปแบบสเหลยม

ซงตามทฤษฎแลวแพทเทอรนการแผคลนในระนาบของ E (ระนาบ X-Y) จะเปนดงรป 2-14 (a) ในการวดหาคานนนจะตองหมนสายอากาศไปรอบ ๆ โดยยดแกนเปนแนวแกน Y ดงแสดงในรป 4 (b)

รปท 4 a) แพทเทอรนการแผคลนของ E plane ของสายอากาศลปแบบเตมคลน b) การหมนทจะให ไดแพทเทอรนการแผคลนของ E plane

237

รปท 5 a) แพทเทอรนการแผคลนของ H plane ของสายอากาศลปแบบเตมคลน b) การหมนทจะให ไดแพทเทอรนการแผคลนของ H plane

ระนาบ H (ระนาบ Y-Z) จะมแพทเทอรนการแผคลนทวดไดเปนดงรปท 5 (a) โดยในการวดนนจะตองยดแกนX เปนแนวแกนในการหมนไปรอบๆ ดงแสดงในรปท 5 (b) สดทายในการวดหาแพทเทอรนการแผคลนในระนาบของสายอากาศนน (ระนาบX-Y) ดงแสดงในรปท 6 (a) กจะตองหมนสายอากาศไฟรอบๆ โดยยดแกน Z เปนจดหมนดงแสดงในรป 6 (b)

รปท 6 a) แพทเทอรนการแผคลนของ loop plane ของสายอากาศลปแบบเตมคลน b) การหมนทจะใหไดแพทเทอรนการแผคลนของ loop plane

238

เราจะพจารณาอยางละเอยดมากขนในทฤษฎเกยวกบเรองของระนาบ E, ระนาบ H, และระนาบของลปดงแสดงในรปท 4 (a), 5 (a),และ 6 (a) ตามล าดบ แตอยางไรกตามแพทเทอรนการแผคลนของ E และ ลปจะมรปรางคลายคลงกนแตจะมแอมปลจดทตางกนดงทเหนในรปท 2 ผลลพธทคดจากจดกงกลางของลปออกมาจะเปนผลบวกของสนามทเกดจากกระแสทมเฟสตรงกน บนแกน Y ภายนอกลปนนจะเปนผลรวมของสนามเชนเดยวกนแตจะมความตางเฟสกนเลกนอย ดวยเหตนระนาบของลปจะมคาต ากวาระนาบของ E อย-3 dB ขวของคลน(Polarization) รปท 7 (a) และ (b) แสดงใหเหนกระแสทไหลในสายอากาศแบบลปทมความแตกตางกนในระยะเวลาสนๆ ซงในรปนนแสดงในทศทางของ X โดยกระแสทงสองนนจะมขนาดเทาๆ กนและเสรมกน ในทางตรงกนขามททศทางของ Y กระแสจะหกลางกน ดวยเหตผลนระนาบ E จงมอยแตในแนวแกน X เทานน

รปท 7 ขวคลนของ E plane ใรทศทางของแกน X ในทางปฏบตกกคอสายอากาศแบบลปทวางตามแนวตงจะปอนสญญาณเขาจากทางดานลางหรอทางดานบน คลน-E จะมขวอยในแนวนอน และถาสายอากาศลปนมการปอนสญญาณจากทางดานซายหรอขวาแลว คลน-E จะมขวในแนวตง อมพแดนซ,อตราขยาย,และความกวางของบม ความตานทานทางอนพตของสายอากาศแบบลปนนจะมคาประมาณ 100 โอหมเมอความยาวของลปมคาใกลเคยงกบความยาวคลน (แลมปดา) และทความยาวนคาของรแอคแตนซจะมคาต าทสด

239

ในสภาวะเชนนสายอากาศแบบลปจะมประโยชนในเรองเกยวกบยานความถทเหมาะสม ซงมนจะมอตราขยาย 3.09 dB,หรอมคานอยกวา 3.28 dB เมอเทยบกบสายอากาศไดโพลแบบเตมคลน แตมากกวา 2.15 dB ของสายอากาศไดโพลแบบครงคลน ซงเปนผลใหความกวางของบมตามทฤษฎอยระหวาง 47 องศาของสายอากาศไดโพลแบบเตมคลน กบ 78 องศาของสายอากาศไดโพลแบบครงคลน สายอากาศแบบลปขนาดเลก สายอากาศลปขนาดเลกเปนสายอากาศทมความยาวของลปใกลเคยงกบเศษหนงสวนแปดของความยาวคลนรอนอยกวานน มนจะมแพทเทอรนการแผคลนทดมาก ซงจะแตกตางจากสายอากาศลปแบบเตมคลน โดยจะถกใชในการคนหาทศทาง เนองดวยความยาวของลปนน ตองมคานอยกวาความยาวคลนกระแสทงหมดทกสวนของลปนนสามารถพจารณาไดวาเปนแบบตรงเฟส ดงแสดงในรปท 8 และเพราะเหตน เองจงท าใหสนามไฟฟารวมในแนวแกน z เปนศนย ซงจะแตกตางจากลปแบบเตมคลนทสนามไฟฟานน จะมความเขมมากทสดในแนวแกน z

รปท 8 กระแสทไหลในสายอากาลปขนาดเลก ในทกทศทางนอกจากแนวแกน z จะมแพทเทอรนการแผคลนทมคาไมเทากบศนย คลายกบสายอากาศไดโพลแบบสน (short dipole)

240

ซงในความเปนจรงแลวสายอากาศลปขนาดเลกกคอคของสายอากาศไดโพลแบบสน ซงมนสามารถถกมองเปนสายอากาศไดโพลแบบสนทวางอยตรงจดก าเนดและทอดตงไปตามแนวแกน z ซงแพทเทอรนการแผคลนนนจะไมแตกตางกน คาอนพตอมพแดนซของสายอากาศลปแบบเลกน มคาคอนขางนอย ซงจะมคาไมเกน 10 โอหม สรปยอย ในการทดลองน นกศกษาจะไดรจกกบผลกระทบของจดปอนสญญาณทมผลตอขวของคลน

นกศกษาจะวาดแพทเทอรนการแผคลนของสายอากาศโดยใชไดโพลแบบ /2 คลนเปนสายอากาศอางอง นกศกษาจะไดหาคาอตราขยาย และสดทายคณจะไดศกษาเกยวกบผลกระทบของรปทรงของสายอากาศแบบลปตอทศทางของมน 18.3. ขนตอนการทดลอง การตดตงและปรบแตงเครองมอและอปกรณ 1. อปกรณหลกกคอ ชดฝกสายอากาศและระบบวด ซงจะประกอบดวย Data Acquisition Interface/Power Supply , RF-Generator ,Antenna Position และ คอมพวเตอร ซ งจะตองตดตงใหเรยบรอยกอนการลงมอปฏบตงาน ซงสามารถทจะดคมอ การตดตงและปรบแตงไดในเซกชนท 4 ของ familiarization guide ถานกศกษายงไมเคยตดตงมากอน 2. การตดตงสายอากาศตวสงสญญาณ ใหตดตงสายอากาศยาก (Yagi) เขากบเสายดสายอากาศ แบบแนวนอนบนและตดตงเสายดสายอากาศเขากบ Transmission Support เสรจแลวจดต าแหนงการวางสายอากาศยากใน E plane และตอสายอากาศเขากบเอาตพต ของ RF-Gen ทความถ Oscillator 1GHz โดยใชสาย SMA แบบยาว 3. การตดตงสายอากาศตวรบสญญาณ ใหใชตวตอ Loop ทไมม balun (เปนอนเดยวกนกบท

เคยใชกบ folded dipole) และใหใชลปทเปนสเหลยมทมความยาวเทากบ ตดตงเปนสายอากาศแบบลป 4. ใหตดตงสายอากาศตวรบแบบลปทเปนสเหลยมเขากบเสาจบยดสายอากาศแบบแนวนอนอกอนหนงและตดตงเสาเขากบ Sliding Support ทอยบน Antenna Positioner และจดวางทศทางสายอากาศตวรบในทศทาง H Plane ปรบฐานเลอนใหสายอากาศนนอยในแนวแกนของจดศนยกลางของการหมนดงแสดงในรป 9 และใหตอตวลดทอน 10dB เขาทจดตอ RF ดานบนของตวก าหนดทศทางของสายอากาศตอสายอากาศเขากบตวลดทอนโดยใชสาย SMA ขนาดกลาง 5. ใหต าแหนงระยะหางจากสายอากาศทง 2 มระยะหางเปนr=1 m.และท าการปรบความสงของสายอากาศทงสองใหเทากนและหนหนาเขาหากน

241

รปท 9 การตดตงสายอากาศแบบลป 6. ท าการปรบสงตาง ๆ ดงน ท RF Generator 1 GHz OSCILLATOR MODE …………………………… 1KHz 1 GHz OSCILLATOR RF POWER ……………………... OFF 10 GHz OSCILLATOR RF POWER ……………………. OFF เปดสวทช Power ของ RF Generator และ Power Supply เปดเครองคอมพวเตอรและเรมตนใชงานโปรแกรม LVDAM-ANT แพทเทอรนการแผคลน 7. ให เปดสวทซ RF power ทความถ OSCILLATOR 1 GHz บนเครอง RF GENERATOR เสรจแลวใหปรบคาการลดทอนท 6dB ทโปรแกรม ซงนกศกษาควรใชคาระดบนตลอดจนจบการทดลอง 8. เรมการวดคาและบนทกแพทเทอรนการแผคลนของ E plane ของสายอากาศลงใน antenna 1 ใหปรบสายอากาศรบแบบลปท เปนส เหลยมทตงฉากในครงทแล วใหอยในทศทางแนวนอน ดงแสดงในรปท 10 เรมการทดลองและบนทกคาเปน E-plane ของสายอากาศลงใน Antenna 2

242

รปท 10 การตดตงสายอากาศแบบลปครงท 2

9. ท เสาอากาศตวรบใหปลดทจบยดสายอากาศแบบแนวนอนออกจากฐานหมนและเปลยนเปนทจบยดสายอากาศแนวตง และใหยดสายอากาศแบบลป วางเขากบทยดอนใหมและเปลยนสาย SMA จากขนาดกลางเปนสายตอแบบสน และยงไมตองเปลยนแปลงต าแหนงสายอากาศแบบยาก เปนดงรปท 11

รปท 11 การตดตงสายอากาศแบบลปครงท 3

243

เรมตนการทอลองและยนทกคาเปน E plane ของสายอากาศท 3 10. ใหเปรยบเทยบผลการทดลองทง 3 แบบและท าการพจารณาผลทไดจากการทดสอบสายอากาศแบบลปทง 3 กรณ โดยใชสายอากาศแบบยาก ผลการทดลองเปนไปตามทฤษฎหรอไมและการตดตงสายอากาศแบบใดใหผลทไดเปน E plane ? จงอธบาย ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 11. ทสายอากาศตวรบใหท าการปลดตวจบยดสายอากาศแบบแนวตงออก และเปลยนเปนตวจบยดแบบแนวนอน และตดตงสายอากาศของทานดงแสดงในรปท 9 และหมนสายอากาศยากตวสงสญญาณใหเปนแบบแนวตงและท าการทดลองหา แพทเทอรนการแผคลนของ H plane และบนทกขอมลใน antenna 3 12. หลงจากนนใหปรบแพทเทอรโดยใชเมาสลากแพทเทอรไปท MSPS ท 0 องศา ทง E Plane และ H Plane ของขอมลสายอากาศ Antenna 3 และใชฟงชน E-H และ 3D ท าการพมพแพทเทอรนการแผคลนของสายอากาศแบบลปใน 2 มต และ 3 มต Half power beam width และGain 13. หาคาของ Half power beam width ของ E plane ของสายอากาศลป

HPDWE = _______ 14. ปลดสายอากาศตวรบออกจากตวจบยดสายอากาศแนวนอนทอยบนฐานหมนสายอากาศและเปลยนมาใชทจบยดสายอากาศแบบแนวตง และเปลยนสายอากาศแบบลปเปนสายอากาศ

ไดโพลแบบ 2

เทานน และตดตงสายอากาศตวรบเขากบ Antenna Positioner โดยใชสาย SMA

ขนาดสน และในสวนของสายอากาศตวสงสญญาณใหหมนสายอากาศแบบยากไปในทศท างแบบแนวนอน เสรจแลวใหท าการทดลองและบนทกผล แพทเทอรน E plane ของสายอากาศ ลงใน Antenna 1 ดวยแพทเทอรนการแผคลนสญญาณใหมของสายอากาศน 15. ใหเปรยบเทยบ E plane ของสายอากาศไดโพลและสายอากาศแบบลป โดยใชคา Gain ของสายอากาศแบบลปเปนขอเปรยบเทยบ

244

……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… รปรางและทศทาง 16. ปลดสายอากาศลปแบบสเหลยมจตรสจากสายอากาศตวรบและตดตงสายอากาศใหมดวยสายอากาศลปแบบวงกลมและตดตงเขากบทจบยดสายอากาศ เสรจแลวท าการทดลองหาคา E plane (ดงรปท 11) ท าการหาคาแพทเทอรนการแผคลนและท าการบนทกแพทเทอรน E plane ลงใน Antenna 1 ตามทไดทดลองมาสดทายกอนหนาน 17. ใหท าการปลดสายอากาศลปแบบวงกลมออก และเปลยนเปนสายอากาศลปแบบสเหลยมขนมเปยกปนท าการทดลองหาแพทเทอรน E plane ลงใน Antenna 2 18. พจารณาความคลายของรปสญญาณแพทเทอรน E plane ของสายอากาศลปทง 3 แบบวามรปรางตางกน ถามวาความคลายคลงกนดงกลาวเปนไปตามทฤษฎหรอไม ? ใหอธบาย ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 19. ตรวจสอบใหแนใจวา นกศกษาไดบนทกแพทเทอรนการแผคลนแลวถานกศกษาจะตองใชมนตอไปในอนาคต จากนนออกจากโปรแกรม LVDAM-ANT ปดสวทซทงหมดไปทต าแหนง O (OFF) ปดเครองคอมพวเตอรปลดอปกรณตาง ๆ ออกจากกน แลวน าอปกรณทกอยางไปเกบยงทเกบ 18.4. ค าถามทายการทดลอง 1. จงอธบายทกระจายตามความยาวตวของกระแสตลอดความยาวสายของสายอากาศแบบลปทม

ความยามเทากบ ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………

245

2. นกศกษาตองการ ตดตงสายอากาศแบบลปทมความยาวเทากบ เพอรบคลนสญญาณ 28MHz ทมขวคลนทางแนวตง จงอธบายสายอากาศน ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………

ตดตงสายอากาศแบบลปทมความยาว โดยใชสายเคเบลทม คา impedance 50โอหม จงค านวณหาวาก าลงงานทถกสงออกไปนนเปนกเปอรเซนต ? (ดงกลาวแลวในการทดลอง 1-5) ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3. นกศกษาตองการสายอากาศลปแบบสนเพอรบสญญาณเหมอนในขอ 2 สายอากาศลปแบบสนของนกศกษาจะตองมความยาวไมเกนเทาใด ? อธบาย ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4. อธบายวาเหตใดเราจงพดวาสายอากาศลปแบบสน นนเปนคแฝดของสายอากาศไดโพลแบบสน ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………