สายอากาศ

สายอากาศ
หรือเสาอากาศที่เรียกกันโดยทั่วไป เป็นส่วนที่ใช้แพร่กระจายคลื่นความถี่วิทยุออกไปตามการออกแบบใช้งานของสาย อากาศ ส่วนความถี่ใช้งานนั้นจะถูกออกแบบให้ใช้ตามย่านความถี่นั้นๆ เฉพาะ ไม่สามารถใช้งานร่วมกันได้เช่น อุปกรณ์ที่ใช้ความถี่ 2.4 GHz ต้องใช้กับสายอากาศ 2.4 GHz เท่านั้น (ยกเว้นอุปกรณ์ภาครับอย่างเดียวเช่น วิทยุ FM-AM)

ทำไมเรียกว่า สายอากาศ?
เนื่องจากสมัยก่อน การสื่อสารวิทยุที่ความถี่ต่ำ จะมีความยาวคลื่นยาวมาก ซึ่งการนำเหล็กหรือตัวนำโลหะอื่นๆ มาใช้แพร่กระจายคลื่น จะทำให้มีน้ำหนักมาก ออกแบบยากและการเก็บรักษาทำได้ช้าและลำบาก โดยเฉพาะในช่วงภาวะสงครามที่ความถี่วิทยุมีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพในการรบ สายอากาศจะทำมาจากเส้นลวดทองแดง ที่มีน้ำหนักเบา ออกแบบง่ายและเก็บรักษาได้ง่ายและรวดเร็ว ทำให้เรียกเส้นลวดที่ใช้แพร่สัญญาณว่าสายอากาศ

ลักษณะการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุ
คุณสมบัติของสายอากาศในทางทฤษฎีจะมีรูปลักษณะการกระจายคลื่นสองแบบคือ

1.               แนวตั้ง (Vertical) จะมองการแพร่กระจายคลื่นจากมุมมองด้านข้างของสายอากาศ

2.               แนวนอน (Horizontal) จะมองการแพร่กระจายคลื่นจากมุมมองด้านบนของสายอากาศ

แต่ในความเป็นจริงการกระจายคลื่นมีหลายรูปแบบทั้งแบบแนวสายตา สะท้อนวัตถุ สะท้อนผิวโลกหรือชั้นเมฆ ขึ้นอยู่กับระยะทาง สิ่งกีดขวาง ฯลฯ

อัตราขยายของสายอากาศ (Gain: dB)
เป็นตัวบ่งบอกอัตราขยายของสายอากาศนั้นๆว่า สามารถขยายกำลังที่ถูกส่งเข้ามาที่สายอากาศและแพร่กระจายออกไปได้ไกลเท่า ไหร่ โดยหน่วยของอัตราขยายจะแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทคือ
dBi เป็นหน่วยของอัตราขยายเทียบกับสายอากาศแบบ Isotropic
dBd เป็นหน่วยของอัตราขยายเทียบกับสายอากาศแบบ Dipoleโดยที่ 2.15 dBi = 0 dBdอัตราขยายยิ่งสูง ระยะทางยิ่งไปได้ไกลขึ้น แต่องศาในการกระจายคลื่นจะยิ่งแคบลง
อธิบายง่ายๆ ด้วยวงแหวนยางยืด อัตราขยายน้อยคือวงแหวนแบบปกติ อัตราขยายสูงคือวงแหวนที่ถูกจับยืดออก (ระยะทางมากขึ้น แต่องศากระจายคลื่นน้อยลง)

ประเภทของสายอากาศ
สายอากาศรอบตัว (Omni-directional) จะออกอากาศในแนวนอน 360 องศา (เป็นค่าตายตัวของสายอากาศประเภทนี้) ส่วนแนวตั้งขึ้นอยู่กับอัตราขยาย โดยส่วนใหญ่จะอยู่ที่ 2 – 18 dBiสายอากาศทิศทาง (Directional) จะมีทั้งแบบกึ่งทิศทางและแบบทิศทาง
แบบกึ่งทิศทาง (Dipole, Patch panel, Sector) การแพร่กระจายคลื่นจะออกมารอบทิศทาง แต่จะเน้นออกไปทิศทางด้านหน้าของสายอากาศ ซึ่งขึ้นอยู่กับอัตราขยาย
แบบทิศทาง (Yagi-Uda, Helical (Helix), Grid) จะเน้นทิศทางด้านหน้ามากกว่าแบบอื่นๆ และสัญญาณด้านหลังและด้านข้างจะแพร่กระจายออกมาน้อยมาก ส่วนใหญ่อัตราขยายจะสูงกว่า 20 dBiสายอากาศแบบ Helical (Helix) หรือสายอากาศก้นหอย จะมีความพิเศษอยู่ตรงที่ ลักษณะของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายออกมา จะมีทั้งแนวตั้งและแนวนอน ทำให้สายอากาศภาครับไม่จำเป็นต้องทำแนวเดียวกับสายอากาศต้นทางที่เป็น helical และค่าสัดส่วนอัตราขยายหน้า/หลัง (Front/back ratio) มีอัตราที่ดีมาก แต่ก็เป็นสายอากาศที่สร้างยากอีกด้วย
Tips:สายอากาศแบบยากิ-อูดะ (Yagi-Uda) หรือสายอากาศก้างปลา ออกแบบโดย ศจ. ฮิเดจุกุ ยากิ และ ศจ. ชินทาโร อูดะ แห่งมหาวิทยาลัยโตเกียวอิมพีเรียล จึงตั้งชื่อสายอากาศแบบนี้เพื่อเป็นเกียรติแก่ท่านทั้งสอง แต่ปัจจุบันจะเรียกติดปากกันเหลือแค่สายอากาศยากิ