พารามิเตอร์ด้านประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของเสาอากาศสื่อสารมีอะไรบ้าง?

พารามิเตอร์ด้านประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของเสาอากาศสื่อสารเป็นตัวบ่งชี้สำคัญที่ใช้ในการประเมินความสามารถในการส่งสัญญาณ ประสิทธิภาพการแผ่รังสี และประสิทธิภาพการจับคู่ความต้านทาน โดยทั่วไปสามารถจำแนกได้ดังนี้:

1. ความถี่ในการทำงานและแบนด์วิดท์ในการทำงาน

แบนด์วิดท์ของเสาอากาศหมายถึงช่วงความถี่ที่ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของเสาอากาศทั้งหมด ความถี่ในการทำงานหมายถึงความถี่ทั้งหมดภายในแบนด์วิดท์ของเสาอากาศ

เนื่องจากแบนด์วิดท์การทำงานถูกจำกัดด้วยพารามิเตอร์ประสิทธิภาพหลายประการ ดังนั้นจึงควรเลือกแบนด์วิดท์ที่แคบที่สุดในบรรดาพารามิเตอร์เหล่านั้นเป็นแบนด์วิดท์ที่มีประสิทธิภาพ สำหรับเสาอากาศแบบติดตั้งในตัว แบนด์วิดท์ที่ถูกจำกัดด้วยปัจจัยต่างๆ เช่น แบนด์วิดท์ของรูปแบบการแผ่รังสีและแบนด์วิดท์ของโพลาไรเซชัน มักจะกว้างกว่าแบนด์วิดท์ของอิมพีแดนซ์ เกณฑ์คร่าวๆ ที่ใช้กันทั่วไปคือช่วงความถี่ที่อัตราส่วนคลื่นนิ่งแรงดันไฟฟ้า (VSWR) ยังคงต่ำกว่าขีดจำกัดที่กำหนด

2. อัตราส่วนคลื่นนิ่งแรงดันไฟฟ้า (VSWR)

เมื่ออิมพีแดนซ์ขาเข้าของเสาอากาศไม่ตรงกับอิมพีแดนซ์เฉพาะของสายส่ง (กล่าวคือ เกิดความไม่ตรงกัน) พลังงานขาเข้าบางส่วนจะสะท้อนกลับ อัตราส่วนคลื่นนิ่งแรงดัน (VSWR) เป็นพารามิเตอร์สำคัญที่สะท้อนความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานขาเข้าและพลังงานสะท้อนกลับ

VSWR เกี่ยวข้องกับอิมพีแดนซ์อินพุตของเสาอากาศ ในบางกรณี อาจใช้ค่าการสูญเสียการสะท้อนกลับ (RL) หรือสัมประสิทธิ์การสะท้อน (Γ) แทน ซึ่งทั้งสามค่านี้อธิบายลักษณะเดียวกัน ความสัมพันธ์ของค่าเหล่านี้มีดังนี้:

ที่ไหน:

(P^-) คือกำลังสะท้อน

(P^+) คือกำลังไฟฟ้าตกกระทบ

(Z_L) คืออิมพีแดนซ์อินพุตของเสาอากาศ

(Z_0) คือค่าอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะของสายส่ง

(U^+) คือแรงดันไฟฟ้าตกกระทบ

(U^-) คือแรงดันสะท้อน

3. ความสัมพันธ์ในการแปลงลอการิทึมระหว่างค่าการสูญเสียการสะท้อน (Return Loss), VSWR และสัมประสิทธิ์การสะท้อน (Reflection Coefficient)

ค่าการสูญเสียการสะท้อนกลับ (Return loss), VSWR และสัมประสิทธิ์การสะท้อน (Reflection coefficient) เป็นตัวแทนที่แตกต่างกันของประสิทธิภาพการจับคู่ความต้านทาน และสามารถแปลงเป็นค่าลอการิทึมได้โดยใช้สูตรข้างต้น

4. อิมพีแดนซ์อินพุต

อิมพีแดนซ์อินพุตคืออิมพีแดนซ์ที่ปรากฏที่ขั้วต่ออินพุตของเสาอากาศ อิมพีแดนซ์อินพุตของเสาอากาศควรตรงกับอิมพีแดนซ์เฉพาะของสายส่งและขั้วต่อ สำหรับเสาอากาศสถานีฐานการสื่อสารเคลื่อนที่ อิมพีแดนซ์อินพุตที่กำหนดโดยทั่วไปคือ 50 โอห์ม ซึ่งหมายความว่าอิมพีแดนซ์เฉพาะของสายส่งและขั้วต่อก็ควรเป็น 50 โอห์มเช่นกัน

5. กำไร

อัตราขยายของเสาอากาศแสดงถึงผลรวมของทิศทางการแผ่รังสีและประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน โดยถูกกำหนดโดยปัจจัยหลักสองประการ ได้แก่ ทิศทางการแผ่รังสีและประสิทธิภาพการแผ่รังสี

โดยทั่วไปแล้ว อัตราขยายจะแสดงในหน่วยเดซิเบล (dB) เดซิเบลเป็นการแสดงค่าอัตราส่วนในรูปแบบลอการิทึม:

ตัวอย่างเช่น:

หน่วย dBi แสดงถึงอัตราขยายเมื่อเทียบกับตัวแผ่รังสีไอโซโทรปิกในอุดมคติ ในบางกรณี อาจใช้ dBd ซึ่งแสดงถึงอัตราขยายเมื่อเทียบกับไดโพลครึ่งคลื่น ความสัมพันธ์ในการแปลงคือ:

ตัวอย่างเช่น:

6. รูปแบบการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีคือการแสดงผลเชิงกราฟิกของการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของพลังงานที่แผ่รังสีหรือความแรงของสนามตามทิศทางในอวกาศ รูปแบบการแผ่รังสีประกอบด้วยรูปแบบในระนาบแนวนอนและรูปแบบในระนาบแนวตั้ง

คุณลักษณะหลายอย่างของเสาอากาศสามารถสังเกตได้จากรูปแบบการแผ่รังสี เช่น เสาอากาศเป็นแบบรอบทิศทางหรือแบบทิศทางเดียว ความกว้างของลำแสง มุมเอียงลง การเติมเต็มจุดอับสัญญาณ และการลดทอนสัญญาณรบกวนด้านข้าง การปรับปรุงรูปแบบการแผ่รังสีจึงเป็นส่วนสำคัญของการออกแบบเสาอากาศเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการแผ่รังสี

รูปแบบการแผ่รังสีแบบ 3 มิติ แสดงให้เห็นถึงการกระจายสัญญาณโดยรวมในอวกาศ และช่วยให้สามารถสังเกตความแรงของสัญญาณในทุกทิศทางได้

โดยทั่วไปแล้วจะได้รูปแบบการแผ่รังสีแบบ 2 มิติโดยการตัดรูปแบบ 3 มิติตามระนาบ XY, YZ และ XZ ซึ่งช่วยให้สามารถประเมินการกระจายความแรงของสัญญาณในระนาบเหล่านี้ได้ในเชิงปริมาณ