Antenna Tuner จำเป็นแค่ไหน

เครื่องวิทยุรับส่งส่วนใหญ่จะต้องการสายอากาศที่มีค่า impedance เท่ากับ 50 โอห์ม ถ้าค่า impedance เปลี่ยนไปจากค่านี้เราจะเรียกสถาวะนี้ว่า mismatch เมื่อสายอากาศและเครื่องส่งอยู่ในสภาวะ mismatch กำลังงานวิทยุที่ส่งออกอากาศส่วนหนึ่งจะสะท้อนกลับมา (reflected) ยังเครื่องส่ง เหมือนกับ เราส่องไฟไปยังกระจกเงา กำลังงานที่สะท้อนกลับมาจะรวมตัวกับคลื่นที่ส่งออกไป (forward power) จะก่อให้เกิดคลื่นนิ่ง (standing waves) อัตราส่วนของคลื่นนิ่ง เราจะเรียกว่า SWR (Standing wave ratio) สามารถคำนวณได้จากกำลังงานที่ส่งออกไปและกำลังงานที่สะท้อนกลับมา ถ้าอัตราส่วน SWR เท่ากับ 1:1 หมายความว่า ไม่มีกำลังงานสะท้อนกลับมายังเครื่องส่ง ซึ่งเป็นสิ่งที่ดี ในทางกลับกันถ้าค่า SWR เท่ากับ 3 :1 หรือมากกว่า จะมีกำลังส่วนหนึ่งสะท้อนกลับมา ยิ่งค่าตัวนี้มากขึ้น ก็ยิ่งสะท้อนกลับมามากตามไปด้วย สำหรับเครื่องวิทยุรับส่งรุ่นใหม่ ๆ มักจะมีการลดกำลังส่ง หรือหยุดการทำงานของเครื่องส่งโดยอัตโนมัติ ถ้าค่า SWR เกินกำหนด ทางออกของเราก็คือใช้ Antenna Tuner เข้ามาช่วย

วงจรป้องกันการเสียหายของภาค PA (power amplifier) เสียหายจากสภาพ mismatched ของสายอากาศ ของวิทยุ ICOM IC - 2200H โดยที่ D14 จะตรวจสอบสัญญาณ forward D17 จะตรวจสอบสัญญาณ reflection แรงดันทั้งสองเมื่อรวมกันจะมีค่าน้อยในสภาะที่สายอากาศมีค่า impedance เท่ากับ 50 โอห์ม แต่ถ้าสายอากาศเกิด mismatched ขึ้นมา แรงดันตรงนี้จะมีค่ามากขึ้น ส่งผลไปยังวงจรขยายความแตกต่าง (differential amplifier) เพื่อลดกำลังส่งลงโดยอัตโนมัติ

เครื่องวิทยุรับส่งส่วนใหญ่จะต้องการสายอากาศที่มีค่า impedance เท่ากับ 50 โอห์ม ถ้าค่า impedance เปลี่ยนไปจากค่านี้มาก ๆ กำลังส่งจะเกิดการสะท้อนกลับมายังเครื่องส่ง ถ้าค่า SWR เกิน 3 :1 ก็จะเป็นอันตรายต่อเครื่องส่ง

เมื่อเราใช้ Antenna Tuner เราสามารถปรับค่า impedance ของระบบสายอากาศให้มีค่าเท่ากับ 50 โอห์ม ตัว Antenna Tuner จะป้องกันความเสียหายของเครื่องส่ง และสามารถส่งออกอากาศด้วยกำลังส่งสูงสุด

Antenna Tuner ทำงานได้ยังไง

Antenna Tuner โดยพื้นฐานแล้วจะประกอบด้วย ขดลวด (Coils) และ คาปาซิเตอร์ (Capacitor) แบบปรับค่าได้ เวลาจะใช้งาน เราสามารถปรับค่าของอุปกรณ์ทั้งสอง หรืออย่างใดอย่างหนึ่ง แล้วแต่การออกแบบวงจร Antenna Tuner จะทำหน้าทีหลอกเครื่องส่งว่า โหลดมีค่า impedance เท่ากับ 50 โอห์ม คลื่นสะท้อนกลับจะยังเกิดขึ้นในระบบแต่ว่า จะเกิดขึ้นระหว่าง Antenna Tuner กับ สายอากาศ (เราป้องกันไม่ให้คลื่นสะท้อนมาถึงเครื่องส่ง)

ขดลวด (Coils) แบบปรับค่าได้

คาปาซิเตอร์ (Capacitor) แบบปรับค่าได้

จะใช้ Antenna Tuner เมื่อ ..

• ถ้าเราต้องการใช้สายนำสัญญาณแบบ Open wire (Ladded line) เป็นสายที่มีการสุญเสียต่ำในย่านความถี่ HF (ดีกว่าสาย Coaxial) แต่สายแบบ Open Wire เป็นสายแบบ Balanced ส่วนเครื่องส่งเป็นแบบ Unbalanced เราจะใช้ Antenna Tuner ที่มีวงจร บาลันมาด้วย ซึ่งจะใช้เชื่อต่อสายแบบ Balanced และ Unbalanced เข้าด้วยกัน
• ถ้าเราต้องการนำสายอากาศย่านหนึ่งมาใช้อีกย่าน เช่น เราจะออกอากาศในย่านความถี่ 40 เมตร ด้วยสายอากาศย่าน 10 เมตร แน่นอนครับ ค่า SWR ต้องสูงแน่ถ้าไม่มี Antenna Tuner
• สายอากาศเรามี Bandwidth แคบ โดยเฉพาะสายอากาศแบบที่สามารถให้ได้หลายความถี่ (Multiband Antennas) เช่นสายอากาศ multiband trap dipole มีค่า SWR ไม่เกิน 2:1 ที่ความถี่ 3600 ถึง 3800 KHz สรุปว่ามี Bandwidth 200 KHz ถ้าเรามีความจำเป็นต้องใช้ความถี่ต่ำกว่า 3600 KHz หรือสูงกว่า 3800 KHz ค่า SWR จะขึ้นอย่างรวดเร็ว Antenna Tuner สามารถช่วยเราใช้งานนอกย่านความถี่และยังสามารถส่งด้วยกำลังส่งเต็มทีได้

สายนำสัญญาณแบบ Open wire (Ladded line)

อย่ากังวลเรื่อง Antenna Tuner ถ้า ..

• ถ้าค่า SWR มีค่าเท่ากับหรือน้อยกว่า 1.5:1 ในช่วงความถี่ที่เราใช้งาน เครื่องส่งในปัจจุบันสามารถทำงานได้อย่างปกติในช่วง SWR ประมาณนี้ (ย่าน HF ยอมให้ถึง 2:1) เราจึงไม่จำเป็นต้องใช้ Antenna Tuner ให้สิ้นเปลือง Antenna Tuner ของย่าน VHF/UHF ก็มีครับ แต่ทางที่ดีควรจะเก็บเงินเอาไว้ดีกว่า การใช้ Antenna Tuner ไม่ใช่ทางออก เพราะว่า Antenna Tuner เป็นแค่ตัวหลอกเครื่องส่ง อย่างที่กล่าวมาในตอนต้น ทางออกที่ดีสำหรับย่าน VHF/UHF ก็คือการปรับแต่งตัวสายอากาศให้ match จะได้ผลออกมาดีกว่า
• ถ้าสัญญาณจากเครื่องส่งของเราไปรบกวน ทีวี โทรศัพท์ และเครื่องใช้อื่น ๆ ของเพื่อนบ้าน เราอาจจะเคยได้ยินมาว่า Antenna Tuner จะช่วยลดปัญหาของสัญญาณรบกวน และตามความเป็นจริงแล้ว Antenna Tuner สามารถที่จะลดระดับของความถี่ harmonic ได้จริง แต่เป็นบางส่วนเท่านั้น ไม่ใช่เรื่องที่เหมาะสม ถ้าชื้อ Antenna Tuner มาเพื่อลดสัญญาณรบกวน

ถ้าเราจะมองหา Antenna Tuner ที่ดี ..

• ควรจะมี SWR มิเตอร์ด้วย เพราะว่าเวลาเราปรับจูนตัว Antenna Tuner เราจะได้เห็นค่า reflected power ซึ่งเราต้องการให้ค่านี้น้อยที่สุด ถ้าเป็นศูนย์ได้ก็ยิ่งดี (ถ้าค่านี้เป็นศูนย์ค่า SWR จะเท่ากับ 1:1)
• เลือกขดลวดแบบ roller หรือ tapped ดีนะ Antenna Tuner ราคาแพง ๆหลายตัวจะใช้ขดลวดแบบปรับเปลี่ยนค่าได้ (ดูรูปได้จากด้านบน) แต่ก็ยังมีบางส่วนที่ใช้แบบ tap (tapped inductor) ทั้งสองแบบจะมีข้อดีข้อเสียในตัวเอง โดยที่แบบ roller จะมีประสิทธิภาพในการทำงานดีกว่า แต่ด้วยลักษณะการทำงานเป็นแบบ กลไก ใช้ไปนาน ๆ จะเกิดการสึกหรอ และความหน้าสำผัส อาจจะสกปรก ทำให้การทำงานด้อยลง ส่วนแบบ tap ทำงานแบบไร้ปัญหาจากกลไก แต่ถ้าต้องการปรับค่าแบบละเอียดจะทำได้ยาก (ไม่สามารถปรับแบบต่อเนื่องได้)

ขดลวด (Coils) แบบ Trap

• ควรจะมีวงจร บาลันด้วย ถ้าเราสนใจที่จะใช้สายนำสัญญาณแบบ Open - Wire ควรหาแบบมีบาลัน 4:1
• สามารถต่อสายอากาศได้หลายแบบ เช่นเรามีสายอากาศแบบ Vertical สำหรับย่าาน 40-10 เมตร และสายอากาศ ไดโพลย่าน 80 เมตร เราก็สามารถต่อใช้งานได้เลย ไม่ต้องคอยถอดเข้า - ออก

ตัวอย่าง Antenna Tuner ที่มีจุดต่อสายอากาศหลายตัว (หลายแบบ)

• ถ้าสามารถทำงานได้โดยอัตโนมัติก็จะดีมาก Antenna Tuner จะสามารถทำงานได้ด้วยความรวดเร็ว แต่อาจจะมีข้อจำกัดในเรื่องของช่วงความถี่ และราคาที่แพงกว่าแบบ manual tuner

Antenna Tuner แบบ อัตโนมัติ

Power rateing มันคืออะไรกัน

ถ้าเครื่องส่งของเรามีกำลังส่ง 50 - 100 วัตต์ การเลือกใช้ Antenna Tuner ขนาด 200-300 วัตต์เป็นเรื่องที่ถูกต้องและเหมาะสม เวลาที่ระบบของเราอยู่ในสภาวะ mismatches จะเกิดแรงดันของ RF สูง อาจจะเป็นสาเหตุให้เกิดการ arcing ในส่วนของช่องว่างระหว่างแผ่น plates ของคาปาซิเตอร์ หรือ ระหว่าง รอบของขดลวด ได้ อาจจะเป็นสาเหตุทำให้เกิดสัญญาณรบกวน ไปรบกวนทีวี หรือ อุปกรณ์อื่น ๆ ได้ ทางออกที่เราสามารถทำได้ก็คือ ลดกำลังส่งลง หรือไม่ก็หา Antenna Tuner ตัวที่ใหญ่กว่าเดิม (Higher power rateing)สำหรับ Antenna Tuner ตัวใหญ่ ๆ จะใช้คาปาซิเตอร์และขดลวดขนาดใหญ่กว่า สามารถใช้ได้ยาวนาน และมีความทนทาน