การ matching สายอากาศในย่าน VHF และ UHF

สำหรับย่านความถี่ HF (หรือต่ำกว่า) สามารถทำหม้อแปลง บาลันให้มีความถี่ใช้งานกว้างได้ง่าย แต่พอมาถึงย่าน VHF/UHF มันจะเริ่มทำยากขึ้นแล้วครับ ต่อไปจะมาดูการ matching สายอากาศกัน

• Coaxial balun โดยทั่วไปสำหรับย่าน VHF/UHF เราจะใช้หม้อแปลงบาลันแบบ 4:1 coaxial balun จะใช้สายนำสัญญาณสองส่วน ส่วนแรกในรูป ก็คือส่วน A

รูป หม้อแปลงบาลัน แบบ 4:1
ส่วนนี้เราสามารถใช้ความยาวเท่าไรก็ได้แล้วแต่ความสะดวก พอเหมาะระหว่าง เครื่องวิทยุ รับ - ส่ง และสายอากาศ ค่า impedance แทนด้วย Zo ส่วนที่สอง หรือส่วน B ส่วนนี้จะมีความยาว 1/2 ของความยาวคลื่น (ตรงความถี่กลาง ของช่วงความถี่ใช้งาน เช่น ใช้งานที่ 144 - 146 MHz ความถี่กลาง ก็คือ 145 MHz)
เราสามารถคำนวณ หาความยาวของสายนำสัญญาณ B ได้จากสูตร

• L คือความยาวของสาย B มีหนวยเป็น นิ้ว
• FMHz ความถี่กลางที่ใช้งาน มีหน่วยเป็น MHz
• V คื่อค่าตัวคูณความเร็วของสายนำสัญญาณ

ค่าตัวคูณความเร็วของสายนำสัญญาณ จะขึ้นอยู่กับฉนวนของสาย โดยมีค่าประมาณดังนี้

• ฉนวนที่เป็น polyethylene จะมีค่าตัวคูณความเร็วเท่ากับ 0.66
• ฉนวนที่เป็น Polyethyleneโฟม จะมีค่าตัวคูณความเร็วเท่ากับ 0.80
• ฉนวนที่เป็น Teflon จะมีค่าตัวคูณความเร็วเท่ากับ 0.72

รูปแบบการต่อ โดยใช้ขั้วต่อแบบ SO-239 จำนวน 3 ตัวยึดไว้บนแผ่นโลหะ เพื่อทำหน้าที่ต่อ Ground เข้าด้วยกัน

---

• Delta match คำว่า Delta เป็นตัวอักษรกรีก ซึ่งมีลักษณะเป็นรูปสามเหลี่ยมจากรูป เป็นการแสดง การ match แบบ Delta

เราสามารถคำนวณ ระยะของ A และ B ได้จากสูตรต่อไปนี้
ระยะความกว้างของส่วน A

ระยะความสูงของส่วน B

สายนำสัญญาณที่ต่อไปยัง จุดป้อนสัญญาณของ Delta match จะเป็นสายแบบสมดุล (balanced line) เราต้องใช้ หม้อแปลงบาลันช่วย ในการ matching

ส่วนที่เป็น Metal rods สามารถทำจาก ทองเหลือง ทองแดง หรือท่ออลูมิเนียม ข้อเสีียของการ matching แบบนี้ก็คือ ระยะ A และ B อาจจะยาวไปหน่อย เมื่อเทียบกับการ matching แบบอื่น ๆ และอาจจะมีการแพร่กระจายคลื่นออกจากส่วนนี้ด้วย (radiation from the delta) ทำให้ประสิทธิภาพลดลง หรือไม่ก็เพิ่มลำคลื่น ด้านหลังมากขึ้น สำหรับสายอากาศ ยากิ

---

• Folded Dipoles ที่จุดป้อนสัญญาณจะมี impedance ประมาณ 300 โอห์ม (4 เท่าของสายอากาศ ไดโพลแบบ 1/2 lambda จริง ๆ แล้วมันคือประมาณ 4 x 72 = 288 ohms) สามารถต่อโดยตรงกับสายนำสัญญาณ แบบ twin-lead โดยไม่ต้องมีการ ใช้ ขดลวด หรือสายนำสัญญาณอื่น ๆ มาประกอบการ match นิยมใช้กับเครื่องรับโทรทัศน์ แต่ก็มีบางครั้ง ที่นำมาใช้กับเครื่องรับ ส่ง วิทยุ Folded Dipoles จะมีข้อดีคือช่วงความถี่ใช้งาน กว้างกว่าไดโพล ธรรมดา

Folded Dipoles มันจะไม่สามารถ ใช้กับความถี่ harmonic ที่ 3 ได้ ถ้านำมาใช้กับวิทยุย่าน HF มันจะไม่สะดวกเท่าที่ควร ยกตัวอย่างเช่น สายอากาศไดโพล 1/2 lambda สามารถใช้งานที่ความถี่ 7 MHz ก็จะใช้งานได้ดีที่ความถี่ harmonic ที่ 3 คือ 21 MHz ได้ดีเช่นกัน สาเหตุที่ Folded Dipoles ใช้ได้ไม่ดี ฝรั่งเขาบอกว่า "Because the feed-point resistance is not greatly "

---

T Match และ Gamma Matches

• T match เป็นที่นิยม ในสายอากาศยากิ ย่าน VHF และ UHF ที่มี impedance ประมาณ 200 โอห์ม (balanced) แปลงลงมาเป็น 50 โอห์ม (unbalanced) เพื่อให้ match กับสาย coaxial เราสามารถปรับ input impedance โดยการปรับระยะของจุด A โดยถ้า ระยะ A มากขึ้น input impedance ก็จะมากตาม (แต่ก็ไม่ได้หมายความว่า จะเพิ่มขึ้นไปตลอด เมื่อระยะ A ห่างออกมาจนถึงจุดที่ input impedance มากที่สุด จากนั้น input impedance ก็จะค่อย ๆ ลดลงอีกครั้ง)

• Gamma Matches ก็คือ T matches ในเวอร์ชั่นของสายอากาศแบบไม่สมดุล หรือ unbalanced เป็นการแก้ปัญหา เพื่อให้สาย Coaxial สามารถต่อกับสายอากาศได้โดยตรง โดยสายสองจุดคือ จุดกึ่งกลาง และข้างใดข้างหนึ่งของสายอากาศ โดยทั่วไปการ match แบบนี้ จะทำให้เกิดค่า reactance ในส่วนของวงจร matching เราสามารถแก้โดยการลดความยาวของสายอากาศลง หรือใช้ capacitor หรือ C ร่วมเข้าไปดังรูป