สายนำสัญญาณ Transmission Lines

ในการรับส่ง สัญญาณ วิทยุนั้น สายนำสัญญาณก็มีความสำคัญ ไม่น้อยไปกว่า สายอากาศเลย การจะเลือกใช้สายนำสัญญาณ การจะเลือกใช้สายนำสัญญาณให้เหมาะสมกับงานนั้น ต้องศึกษาเรื่องของสายนำสัญญาณ ให้ดีก่อน สายนำสัญญาณ สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทคือ
1. Balance Line คือสายนำสัญญาณ ที่มีตัวนำ 2 เส้น ทีมีลักษณะเหมือนกัน นำมาต่อขนานกัน โดยมีตัวกลางกั้นไว้อาจจะเป็นอากาศ ก็ได้ เช่นสายอากาศ Open wire จะมีฉนวนยึดสายเอาไว้เป็นระยะ เพื่อความแข็งแรง และคงลักษณะการขนานกันเอาไว้

สูตรการคำนวณ ค่า impedance ของสายนำสัญญาณแบบ Balance Line

ZO = ค่าimpedance ของสายนำสัญญาณแบบ Balance Line
S = ระยะห่างระหว่างตัวนำทั้งสอง (วัดจากแกนกลางของตัวนำ)
d = เส้นผ่านศูนย์กลางของลวดตัวนำ (ใช้หน่วยเดียวกับ S)

2.Unbalance Line
คือสายนำสัญญาณที่มีตัวนำ 2 เส้น มีลักษณะต่างกัน หรือที่เรารู้จักกันดี ในนาม Coaxial Cable สายนำสัญญาณแบบนี้ถูกสร้างขึ้นมาทดแทนสายสัญญาณแบบ Balance Line เพื่อลดการแพร่กระจายคลื่น ออกจากสายนำสัญญาณ และบ้องกันสัญญาณรบกวนได้ดีกว่า สามารถ ติดตั้งใกล้ ๆ โลหะได้

สูตรการคำนวณ ค่า impedance ของสายนำสัญญาณแบบ Unbalance Line

ZO = ค่าimpedance ของสายนำสัญญาณแบบ Unbalance Line
b = เส้นผ่านศูนย์กลางของชีลด์
a= เส้นผ่านศูนย์กลางของลวดตัวนำที่อยู่ตรงกลาง (ใช้หน่วยเดียวกับ b)
ในการติดตั้งสายแบบ balance Line เราต้องป้องกันไม่ให้ความชื้น เกิดขึ้นบนสาย เพราะความชื้นทำให้ ค่าไดอิเล็คตริก เปลี่ยนแปลงไป จะทำให้ค่า impedance ของสายเปลี่ยนแปลงไปด้วย นอกจากนี้ การติดตั้งสายนำสัญญาณต้องห่างจากตัวนำหรือว่าโลหะอื่น ๆ โดยระยะห่างจากตัวนำอื่นประมาณ 2-3 เท่าของระยะห่างระหว่างตัวนำทั้งสอง สำหรับสาย Coaxial นั้นจะมีชีลด์ ต่อลงกราวด์ ฉนั้นการติดตั้งจึงไม่ค่อยมีปัญหา ติดตั้งใกล้โลหะได้ ปัญหาเรื่องความชื้นน้อยกว่า เว้นแต่ความชื้นจะเข้าไปในสาย สรุปได้ว่า สายแบบ balance จะมีการสูญเสียน้อย แต่สาย Coaxial จะติดตั้งง่ายกว่า
ค่าความเร็วของคลื่นวิทยุในสายนำสัญญาณ (Velocity Factor) ในสายนำสัญญาณนั้น คลื่นวิทยุ เดินทางได้ช้ากว่า ในบรรยากาศ และช้ากว่า ความเร็วของแสง ซึ่งค่าความเร็วของคลื่นในสายนำสัญญาณนี้สำพันธ์กับค่าคงที่ของวัสดุทีนำมาทำเป็น Dielectric (Dielectric constant ) โดยทั่วไปแล้ว ค่าความเร็วของคลื่นในสาย เราเรียกว่า ตัวคูณความเร็วของสาย เช่น สาย เบอร์ RG- 58 A/U มีตัวคูณความเร็วเท่ากับ 0.66 ดังนั้นความเร็วของคลื่นในสาย คือ 0.66 X 300 ล้านเมตร / วินาที เท่ากับ 1.98 ล้านเมตร / วินาที

สูตรการคำนวณค่าความเร็วในสาย (velocity factor) มีหน่วยเป็น ฟุต เมื่อสายนำสัญญาณนำมาใช้ปรกติ ตัวคูณความเร็วของสายแทบไม่ต้องสนใจ แต่ถ้านำสายสัญญาณมาต่อเพื่อ ขนานกับสายอากาศหลาย ๆ ต้น เข้าเป็นชุด เช่น การอากาศ ยากิ หลาย ๆ สแต็ก หรือสายอากาศ Dipole หลาย ๆ ห่วง (สาย phasing line) เราต้องนำความเร็วตัวนี้มาเกี่ยวข้องด้วย

ควรใช้สายนำสัญญาณยาวเท่าไร

ในการใช้สายนำสัญญาณส่งผ่านกำลังส่งจากเครื่องส่งวิทยุไปยังสายอากาศ และนำสัญญาณที่รับได้กลับเข้าสู่เครื่องรับ ในเครื่องรับวิทยุสือสาร สายนำสัญญาณจะยาวเท่าไร ก็ไม่มีผลต่อค่า impedance เราจะตัดที่ความยาวเท่าไรก็ได้ สายอากาศที่ matching ไม่ดีค่า SWR สูง มิได้หมายความว่า สายนำสัญญาณที่ต่อเข้าเครื่อง ไม่ลงตัวกับความยาวคลื่น ผิดกับสาย phasing line ที่ต้องคำนึงถึง ความยาวของสายเป็นพิเศษ ในการใช้งานธรรมดา ความยาวของสายมีผลคือ สูญเสียกำลังส่งไปในสาย (Losses in Transmission Lines) สายที่ยาวมาก ๆ จะลดทอนกำลังส่งมาก ตัวอย่างเช่น สายอากาศสูง 30 เมตร ใช้สายนำสัญญาณ RG 58/U ถ้าส่งด้วยความถี่ 150 MHz จะสูญเสีย 6dB ถ้าเราส่งด้วยกำลังส่ง 10 วัตต์ กำลังจะถูกลดทอนไปถึง 7.49 วัตต์ กำลังส่ง ที่ออกไปถึง สายอากาศเพียง 2.51 วัตต์เท่านั้น แต่ถ้าเราเปลี่ยนมาใช้ สายนำสัญญาณเบอร์ RG-8 แบบโฟม จะมีการสูญเสียเพียง 2.1db ที่ 30 เมตร กำลังส่งทีปลายสายจะได้ถึง 6.17 วัตต์

แสดงเบอร์สาย และอัตราการสูญเสีย (dB) ต่อ 100 ฟุต

ดูขนาดสายนำสัญญาณ 3 เบอร์

มาตรฐานของสายนำสัญญาณ

มาตรฐาน MIL - C - 17 เป็นเป็นมาตรฐานทางด้านทหารของ สหรัฐอเมริกา
ตัวอย่างเช่น
RG- 58A/U
RG ย่อมาจาก Radio Guide ก็คือสายนำสัญญาณวิทยุ
58 เป็นเบอร์ของสาย
อักษรตัวแรก อาจจะมีหรือไม่มีก็ได้ แสดงถึง การเพิ่มเติม หรือการเปลี่ยนแปลง วัสดุ เช่น เปลือกสาย จำนวนลวดตัวนำ
/U หมายถึง Utility หรือ Universal คือใช้ในงานทั่วไป
มาตรฐาน JIS C 3501 เป็นมาตรฐานของประเทศ ญี่ปุ่น
เช่น 5D-FB
ตัวเลขตัวแรก คือขนาดของเส้นผ่านศุนย์กลางภายนอก โดยประมาณ
อักษรหลังตัวเลข คือค่า impedance C = 75 โอห์ม D = 50 โอห์ม
ตัวอักษรหลังขีด แสดงวัตถุทีมาทำเป็นไดอิเล็คทริก
F = โฟม ถ้าเป็นเลข 2 คือ PE
อักษรตัวสุดท้าย แสดงลักษณะของชีลด์ และเปลือกหุ้มสาย
B = ชีลด์ทองแดง + ชีลด์อลูมิเนียม + PVC
E = ชีลด์ทองแดง + PE
L = ชีลด์อลูมิเนียม + PVC
N = ชีลด์ทองแดง + ไนล่อนถัก
V = ชีลด์ทองแดง + PVC
W = ซีลด์ทองแดงทั้งสองชั้น + PVC