เดอะสลิมจิม (Slim jim)

สายอากาศ เจโพล (J pole ) หรือสายอากาศ Slim Jim ย่อมาจากคำว่า J Integrated Matching หมายถึงการ match แบบ เจ โดยนาย Fred C. Judd (callsign G2BCX)
สายอากาศแบบสลิมจิม เป็นสายอากาศที่มีการแพร่กระจายคลื่นแบบรอบตัว และมีขั้วการแพร่คลื่นแบบแนวตั้งอีกตัวหนึ่ง ซึ่งได้ออกแบบมาใช้งานครั้งแรกในย่าน 2 เมตร แต่ก็สามารถใช้งานได้ดี ในย่านความถี่สูงกว่า หรือ ต่ำกว่าย่าน 2 เมตร นี้ โดยกำหนดค่า ความยาว ของสายอากาศให้เหมาะสมกับความถี่ใช้งานเท่านั้น ประสิทธิภาพการแพร่กระจายคลื่นของสายอากาศชนิดนี้ จะดีกว่าสายอากาศกราวด์เพลนประมาณ 50 % เนื่องจากมุมการแพร่กระจายคลื่นของมัน ค่อนข้างจะต่ำ โดยไม่ต้องมีกราวด์เพลน ยื่นออกมาให้เกะกะรอบตัวมัน
ที่มาของชื่อ Slim Jim นั้นมาจากโครงสร้างของมันที่ค่อนข้างจะบอบบาง (ถ้าใช้ในย่าน 2 เมตรความยาวไม่ถึง 1.5 เมตร) จึงได้ชื่อส่วนแรกว่า Slim ส่วนคำว่า Jim นั้นมาจาก J Integrated Matching เพราะเป็นวิธีการ match ของสายอากาศชนิดนี้ ที่ใช้ J matching stub ต่อเข้ากับส่วนท้าย ของสายอากาศไดโพล เลยทำให้ง่ายต่อการ Feed ระหว่างสายนำสัญญาณ กับสายอากาศมากขึ้น โดยการปรับเลื่อนจุด Feed เท่านั้น ก็สามารถปรับค่าอิมพีแดนซ์ตรงจุดนั้นเป็น 50 โอห์มได้
มีคำถามว่า ทำไมสายอากาศสลิมจิมจึงดีกว่าสายอากาศแบบยอดนิยมอย่าง 5/8 lambda หรือสายอากาศกราวด์เพลนอื่น ๆ แม้ว่าสายอากาศดังกล่าวจะมีอัตราการขยาย (Gain) มากกว่า ไดโพลถึง 3 dB ถ้าเรามองรูปที่ 1 เราก็จะพบคำตอบได้เป็นอย่างดี

รูปที่ 1 มุมการแพร่กระจายคลื่นทางแนวตั้งของสายอากาศสลิมจิม เมื่อเทียบกับสายอากาศ 5/8 lambda กราวด์เพลน
รูปที่ 1 จะเห็นว่ามุมการแพร่กระจายคลื่น ทางแนวตั้งของสายอากาศสลิมจิมแทบจะกล่าวได้ว่า ขนานไปกับพื้นดินและพุ่งออกไปรอบตัวมัน ซึ่งเราถือว่า เหมาะแก่ความต้องการของเรามากที่สุด ส่วน 5/8 lambda ในการทดสอบได้เพิ่มกราวด์เพลนเข้าไป ความยาวเท่ากับ 1/4 lambda จำนวน 6 เส้น วางเรียงกันในลักษณะเรเดียล หรือเป็นวงรอบสายอากาศเข้าไป จะพบว่ามุมการแพร่กระจายคลื่นทางแนวตั้งจะพุ่งขึ้นไปอีก ประมาณ 30 องศา หรืออาจจะมากกว่านั้น หากเราใช้ติดต่อภาคพื้นดิน แทนที่ติดต่อกับเครื่องบิน จะเห็นว่าไม่เหมาะสม สู้สลิมจิมไม่ได้ ทั้ง ๆ ที่สายอากาศ 5/8 lambda มีอัตราการขยายที่สูงกว่า สายอากาศสลิมจิม

รูปที่ 2 คือรูปแบบการแพร่กระจายคลื่นทางแนวนอน ซึ่งมองลงไปที่ปลายสายอากาศ ทั้งสลิมจิมและ 5/8 lambda ทีทำมุม 0 องศาขนานกับพื้นโลก จะเห็นว่าความแตกต่างของ Gain ที่มุมนี้จะมีสูงถึง 6 dB
จากรูปที่ 2 เป็นการเปรียบเทียบรูปแบบการแพร่กระจายคลื่นที่มุม 0 องศา ขนานกับพื้นโลก รูปแบบวงในค่อนข้างจะพุ่งเอียงขึ้นด้านบนนั้นเป็นของสายอากาศ 5/8 lambda กราวด์เพลน เมื่อเทียบกับสลิมจิม ที่มุมเดียวกัน และรูปแบบการแพร่กระจายคลื่นต่างกันถึง 6 dB ซึ่งจากการทดสอบโดยใช้สายอากาศทั้งสองที่ความถี่ใช้งานจริงย่าน 2 เมตร นาย Fred C. Judd พบว่ายังคงลักษณะเหมือนเดิม

สลิมจิมทำงานอย่างไร ?

ลักษณะสายอากาศสลิมจิมโดยพื้นฐานก็คือสายอากาศ "Folded dipole" ทีมีการป้อนสัญญาณ ที่ปลายด้านล่าง (End Feed Folded Dipole สายอากาศ ไดโพลที่มีการ โค้งงอที่ปลาย และมีจุดป้อนสัญญาณที่ปลายด้านล่าง) มีขั้วการแพร่กระจายคลื่นแบบแนวตั้ง รูปแบบการกระจายแรงดัน และกระแสตามรูป 3 โดยที่ แมทชิ่งสตัปแบบ J ซึ่งมีอิมพีแดนซ์ค่อนข้างต่ำต่อเข้ากับปลายสายด้านล่างของสายอากาศที่มีอิมพีแดนซ์สูง เมื่อมองรวมทั้งหมดจะเหมือนสายอากาศ Folded dipole มากทีเดียว แต่ขนาดจะยาวกว่าหลายนิ้ว กระแสที่เดินอยู่ในส่วนของตัวสายอากาศ (ตั้งแต่ส่วนที่เป็น insulator ขึ้นไปด้านบน) ทั้งสองด้านจะ อินเฟสกัน (เฟสเหมือนกันจะเสริมกัน) แต่สำหรับกระแสที่เดินอยู่ในส่วนที่เป็น แมทชิ่งสตัป จะมีเฟสตรงข้ามกับส่วนแรก ซึ่งมีจำนวนน้อยมาก และจะไม่มีการแพร่กระจายของคลื่นในส่วนนี้ (กระแสจะหักล้างกัน เพราะเฟสต่างกัน) ซึ่งเมื่อมีการ Match ส่วนนี้ให้ถูกต้องและเหมาะสม ดีแล้วจะทำให้ค่า VSWR นั้นมีค่าน้อยกว่า 1.5 : 1 เลยทีเดียว

รูปที่ 3 การกระจายกระแสและแรงดันบนสายอากาศสลิมจิม
ส่วนวัสดุทีใช้ทำ นาย Fred C. Judd ได้ทดลองทำจากท่อ อลูมิเนียม ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 มม. และ 8 มม. รวมทั้งการใช้เส้นลวดแข็ง ๆ มาทำ แม้กระทั่งสายริบบอน 300 โอห์ม หรือที่เรียกว่าสาย ทวินหลีด (Twin led) ซึ่งเรานำเอามาทำสายอากาศสลิมจิม และเพิ่มเติมคำว่า "Super" เข้าไปในนั้น นาย Fred C. Judd ก็เป็นผู้คิดและทดลองทำมาก่อนแล้วทั้งสิ้น โดยขนาดความยาวยังคงเดิม การปรับจุดป้อนสัญญาณก็ยังคงทำตามวิธีเดิม ส่วนระยะระหว่าง Element ที่ขนานกันนั้น ไม่ค่อยมีผลมากนักและหากใช้สาย ทวินหลีด (Twin led) ไม่จำเป็นต้องใส่ insulator เพราะจะถูกบังคับโครงสร้างสาย ทวินหลีด (Twin led) อยู่แล้ว จากนั้นจึงนำมาใส่ในท่อพลาสติกก็จะทำให้แข็งแรงยิ่งขึ้น

รูปที่ 4 โครงสร้างสายอากาศสลิมจิม ที่ใช้งานในย่าน 2 เมตร

รูปที่ 5 โครงสร้างสายอากาศสลิมจิม