พื้นฐานสายอากาศ

พื้นฐานสายอากาศ (สายอากาศ ? สายอากาศ ? สายอากาศ ?)

มีตำราทางวิชาการมากมายที่กล่าวถึงพื้นฐานของสายอากาศ โดยมักจะเริ่มต้นที่สายอากาศไดโพลเลย ไม่ค่อยมองถึงสิ่งที่เป็นพื้นฐานในการแปลงสัญญาณกระแสสลับของคลื่นวิทยุไปเป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้า
สายอากาศก็คือ สายนำสัญญาณที่ถูกถ่างออกจากกัน พอถ่างออกจากกัน ก็จะมีการปลดปล่อยพลังงานระหว่างลวดตัวนำทั้งสองเส้น ถ้าถ่างออกให้เต็มที่ก็จะได้เป็นสายอากาศไดโพล

แรงดันทำให้เกิดสนามไฟฟ้า

ในสายอากาศก็จะมีค่าของ Capacitive และ Inductive อยู่ โดยสามารถยกตัวอย่างให้เห็นได้ชัดก็คือ เมื่อเราต่อ Capacitor เข้ากับแหล่งจ่ายพลังงานเช่นแบตเตอรี่ จะมีแรงดันถูก charge เข้าไปสะสมเป็นสนามไฟฟ้า (electric field) อยู่ระหว่างแผ่นโลหะทั้งสอง

Capacitor ที่ถูกประจุแรงดันจาก แบตเตอรี่

ค่อย ๆ กางแผ่นโลหะออกจากกัน จะเห็นว่าเริ่มมีการแพร่กระจายคลื่นออกมา

เมื่อกางแผ่นโลหะทั้งสองออกจนสุด ก็จะได้สายอากาศไดโพล
รูป A - C แสดง สนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นตัวนำทั้งสองในมุมต่าง ๆ


รูป A และ B แสดงสนามไฟฟ้าที่ลวดตัวนำในมุมต่าง ๆ แบบสามมิติ

กระแสทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก

เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านลวดตัวนำจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก รอบ ๆ ลวดตัวนำ ความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กจะขึ้นอยู่กับปริมาณกระแสที่ไหลผ่าน ในตอนแรกที่ Capacitor ยังไม่ได้รับการ charge กระแสจะไหลมากที่สุด จากนั้นจะค่อย ๆ ลดลง

สนามแม่เหล็ก เกิดขึ้นรอบ ๆ ลวดตัวนำ

• ในรูป A จะเห็นได้ว่า สนามแม่เหล็กจะวิ่งสวนทางกัน Rod 1 จะวิ่งออกจากแหล่งจ่าย ส่วน Rod 2 จะวิ่งเข้าหาแหล่งจ่าย เป็นผลทำให้สนามแม่เหล็กทั้งสองวิ่งสวนทางกัน ทำให้เกิดการหักล้างกันหมด ไม่มีการแพร่กระจายออกมาภายนอก
• ในรูป B rods 1 และ 2 จะเริ่มแยกออกจากกัน มีพื้นที่ว่างเกิดขึ้น มีการหักล้างกันน้อยลง ทำให้มีสนามแม่เหล็กเกิดขึ้น
• รูป C เมื่อกาง แขนทั้งสองให้สุด การไหลจะไปในทิศทางเดียวกัน สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะเสริมกัน ทำให้สามารถแพร่จะจายคลื่นออกไปได้

เส้นแรงแม่เหล็ก (Magnetic lines) จะถูกแทนด้วยตัวอักษร H หรือเรียกว่า H lines ทิศทางของเส้นแรงแม่เหล็กสามารถอธิบายได้ด้วยกฎมือซ้าย

กฎมือซ้าย left-hand rule ทิศทางของกระแสจะไหลไปในทิศทางเดียวกับนิ้วโป้ง ส่วนสนามแม่เหล็กจะไหลวนรอบ ไปในทิศทางเช่นเดียวกับนิ้วมือ

สนามไฟฟ้า (E) และสนามแม่เหล็ก (H) จะต่างเฟสกัน 90 องศา

จากรูปจะเห็นได้ว่า สนามแม่เหล็กเกินขึ้นแล้ว 90 องศา สนามไฟฟ้าเพิ่งจะเริ่มเกิดขึ้น