เรียบเรียงโดย รองศาสตราจารย์ ดร.รังสรรค์ วงศ์สรรค์
ผังไดอะแกรมระบบของสถานีส่งสัญญาณวิทยุระบบ FM
จากผังไดอะแกรมระบบของสถานีส่งสัญญาณวิทยุระบบ FM ดังแสดงข้างบนนี้ จะประกอบด้วยส่วนต่างๆ ที่มีความจำเป็นต้องใช้งานร่วมกันเพื่อให้การส่งสัญญาณวิทยุของสถานีในระบบ FM สามารถดำเนินการได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยในส่วนของแหล่งกำเนิดเสียงและสื่อ (Sound&Media Sources) นั้น จะเป็นอุปกรณ์ที่ถูกติดตั้งอยู่ในสตูดิโอทั้งหมด ได้แก่ เครื่องเล่นสื่อประเภทฮาร์ดดิสก์ (Harddisk Media Player) เครื่องเล่นดีวีดี (DVD Player) เครื่องบันทึกเสียงระบบดิจิตอล (Digital Sound Recorder) ไมโครโฟนระดับคุณภาพ (High-Quality Microphone) และที่สำคัญคือ เครื่องผสมสัญญาณจากแหล่งกำเนิดเสียงระบบดิจิตอล (Digital Sound Mixer) เพื่อผสมสัญญาณเสียงจากแหล่งต่างๆ ให้เป็นไปตามวัตถุประสงค์ จากนั้นจึงยกระดับความแรงของสัญญาณให้มีระดับที่สูงขึ้นผ่านเครื่องขยายเสียงคุณภาพดี (High-Quality Amplifier) ก่อนส่งต่อไปยังเครื่องเข้ารหัสสัญญาณสเตอริโอ (Stereo Encoder) หรือบางครั้งอาจถูกเรียกว่าเครื่องผลิตสัญญาณสเตอริโอ (FM Stereo Generator) ก็ได้
เพื่อเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของสัญญาณเสียงก่อนส่งต่อไปยังเครื่องเข้ารหัสสัญญาณสเตอริโอ ในบางสถานีที่มีความสามารถในการลงทุนอาจจะได้รับคำแนะนำให้จัดการปรับแต่งคุณภาพของเสียงให้มีคุณภาพสูงได้ตั้งแต่การเลือกใช้ไมโครโฟนที่มีคุณภาพสูงและอาจเพิ่มเติมด้วยเครื่องประมวลผลไมโครโฟน (Microphone Processor) ซึ่งใช้ในการควบคุมคุณภาพของเสียงที่มีลักษณะของที่มาของเสียงที่แตกต่างกัน เช่น เสียงพูด เสียงร้องเพลงในรูปแบบต่างๆ และที่สำคัญจะใช้ในการควบคุมสัญญาณรบกวนได้ตั้งแต่ต้นทาง เครื่องมืออีกชนิดหนึ่งที่นิยมใช้ในระบบสตูดิโอของสถานีวิทยุ FM เพื่อวัตถุประสงค์ในการควบคุมระดับของสัญญาณเสียง ควบคุมสัญญาณรบกวน และสามารถควบคุมการมอดูเลตเกินในระบบ FM ได้เป็นอย่างดี นั่นคือ เครื่องจำกัดการอัดแอมปลิจูดของสัญญาณ (Sound Compressor Limiter) นอกจากนี้ยังมีเครื่องประมวลผลสัญญาณเสียงระบบดิจิตอล (Digital Audio Processor) ที่ใช้ในการปรับแต่งเสียงจากแหล่งกำเนิดเสียงทุกชนิดที่เราใช้งานโดยใช้เทคโนโลยีดีเอสพี (Digital Signal Processing:DSP) และสามารถสร้างสัญญาณแบบมัลติเพล็กซ์เพื่อนำไปใช้งานต่อได้ทันที
ในส่วนสุดท้ายของสถานีส่งสัญญาณระบบ FM นั้นก็คือ ระบบส่งสัญญาณ (Transmission System) ซึ่งประกอบด้วยเครื่องส่งหรือเครื่องขยายกำลังคลื่นวิทยุ (Radio Amplifier) ซึ่งมักมีกำลังส่งสูง อย่างไรก็ตามหากเครื่องขยายกำลังดังกล่าวมีกำลังส่งสูง อาจจำเป็นต้องใช้เครื่องขยายกำลังเพิ่มอีกหนึ่งลำดับสำหรับใช้ในการขับหรือกระตุ้นเครื่องขยายกำลังภาคสุดท้ายให้มีกำลังส่งออกไปตามที่ระบุในข้อกำหนดทางเทคนิคของเครื่องส่ง โดยรู้จักกันในชื่อว่า เครื่องกระตุ้นระบบเอฟเอ็ม (FM Exciter) ซึ่งมีหน้าที่ในการรับสัญญาณเสียง (Composite Signal) ที่ผ่านการปรับแต่งให้เป็นสัญญาณสเตอริโอแล้ว (รับสัญญาณที่เป็นโมโนก็ได้) มาผสมกับสัญญาณคลื่นพาห์ (Carrier Signal) ตามความถี่ที่กำหนดหรือที่ใช้ในการส่งออกอากาศ ส่วนอุปกรณ์ที่สำคัญที่ไม่ควรละเลย ก็คือ ตัวกรองฮาร์มอนิก (Harmonic Filter) ซึ่งมักออกแบบเป็นวงจรกรองแบบผ่านต่ำ (Low-Pass Filter) เพื่อบังคับให้ช่วงของความถี่ใช้งานที่มีความกว้างแถบตามที่กำหนดสามารถผ่านออกไปยังสายอากาศได้เท่านั้น
สำหรับอุปกรณ์สำคัญของระบบส่งสัญญาณก็คือ สายอากาศ (Antenna) ซึ่งทำหน้าที่เปลี่ยนสัญญาณที่มีการมอดูเลตในระบบ FM และอยู่ในรูปของกระแสไฟฟ้าสลับให้เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือคลื่นวิทยุแล้วส่งออกอากาศไปในทิศทางที่ต้องการ แต่ส่วนใหญ่ผู้ออกแบบมักเลือกชนิดของสายอากาศที่มีการแผ่กำลังของคลื่นวิทยุที่มีลักษณะเป็นแบบแผ่รอบตัวในระนาบเดี่ยว (Omnidirectional Antenna) ดังแสดงในรูป เพื่อที่จะได้ส่งสัญญาณออกไปเป็นวงกว้างในทิศทางรัศมีของวงกลม
อย่างไรก็ตามสถานีวิทยุกระจายเสียงบางแห่งที่มีพื้นที่อยู่ในแนวตะเข็บชายแดนของประเทศและมีความจำเป็นต้องส่งคลื่นวิทยุเฉพาะภายในประเทศไทย ไม่ต้องการส่งคลื่นออกไปด้านหลังเนื่องจากเป็นพื้นที่ของต่างประเทศก็สามารถเลือกชนิดของสายอากาศที่มีการแผ่กำลังของคลื่นวิทยุที่มีลักษณะเป็นแบบทิศทาง (Directional Pattern) ดังแสดงในรูป ซึ่งสามารถควบคุมทิศทางโดยการหันทิศทางด้านที่มีการแผ่คลื่นสูงสุดไปยังทิศทางที่ต้องการ ดังแสดงในรูปข้างล่างนี้
นอกจากนี้สิ่งที่มีความสำคัญมากในเรื่องของการพิจารณาเลือกใช้สายอากาศก็คือ การโพลาไรซ์ของคลื่น (Wave Polarization) ในทางธรรมชาติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือคลื่นวิทยุที่ถูกส่งออกไปจากสายอากาศของสถานีวิทยุกระจายเสียงไม่ว่าจะเป็นระบบอะไรก็ตาม หากต้องการให้สายอากาศของเครื่องรับวิทยุสามารถรับสัญญาณที่มีประสิทธิภาพสูงสุด จะต้องให้การโพลาไรซ์ของสายอากาศของเครื่องรับนี้อยู่ในทิศทางเดียวกับโพลาไรซ์ของคลื่นที่ออกมาจากสายอากาศของสถานีส่ง นั่นคือ หากการโพลาไรซ์ของคลื่นวิทยุเดินทางออกมาในลักษณะที่เป็นแนวตั้ง (Vertical Polarization) การติดตั้งสายอากาศของเครื่องรับก็จะต้องให้มีทิศทางอยู่ในแนวตั้งเช่นกัน และในกรณีที่การโพลาไรซ์ของคลื่นเป็นแนวนอน (Horizontal Polarization) สายอากาศภาครับก็จะต้องถูกวางให้อยู่ในแนวนอนและมิทิศทางหันเข้าหาสถานีวิทยุนั้น
อย่างไรก็ตามสายอากาศของสถานีวิทยุที่มีกำลังส่งสูงๆ นั้นมักจะเลือกใช้สายอากาศที่มีการโพลาไรซ์แบบวงกลม (Circular Polarization) เนื่องจากในขณะที่คลื่นมีการเดินทางออกมาจากสายอากาศภาคส่งของสถานีวิทยุ การโพลาไรซ์ของคลื่นที่เดินทางเข้าหาสายอากาศของเครื่องรับจะมีลักษณะหมุนเป็นวงกลมคล้ายเข็มนาฬิกา (สามารถเลือกให้เป็นแบบหมุนตามเข็มหรือทวนเข็มนาฬิกาได้) และหากถ้าเราต้องการรับสัญญาณที่มีลักษณะเป็นโพลาไรซ์แบบวงกลมให้มีประสิทธิภาพสูงสุด เราก็จะต้องเลือกใช้สายอากาศของเครื่องรับเป็นแบบโพลาไรซ์วงกลมเช่นเดียวกัน อย่างไรก็ตามในโลกของความเป็นจริงนั้นเครื่องรับวิทยุจำนวนมากที่มีการผลิตออกมาจำหน่ายไม่ว่าจะใช้รับฟังที่บ้านหรือในรถยนต์ก็ตามจะมีการโพลาไรซ์ของสายอากาศเป็นแบบเส้นตรง (Linear Polarization) เสมอ ซึ่งอาจจะปรับทิศทางให้อยู่ในแนวตั้งหรือแนวนอนหรือแนวเอียงได้ในลักษณะใดลักษณะหนึ่งเท่านั้น ดังนั้นโอกาสเฉลี่ยของประสิทธิภาพจึงเหลือเพียงครึ่งเดียวเท่านั้นเพราะโอกาสที่โพลาไรซ์ของสายอากาศภาคส่งจะหมุนมาทำมุมตรงกับการวางตัวของสายอากาศภาครับของเราได้พอดีนั้นจะเหลือโอกาสเพียงครึ่งเดียว จึงส่งผลให้สามารถรับกำลังจากคลื่นวิทยุได้เพียงครึ่งเดียวเช่นเดียวกัน วัตถุประสงค์ที่สถานีวิทยุที่กำลังส่งสูงเลือกใช้สายอากาศภาคส่งที่มีการโพลาไรซ์เป็นแบบวงกลมก็เพราะว่าต้องการชดเชยในกรณีที่ตำแหน่งของสายอากาศภาครับในขณะเคลื่อนที่ เช่น ในรถยนต์ มีการเปลี่ยนแปลงทิศทางจากการเคลื่อนที่บนภูมิประเทศที่ไม่ใช่พื้นราบ ทำให้มีช่วงจังหวะประจำที่เกิดการตรงกันของโพลาไรซ์ (Polarized Matching) อย่างแน่นอน ถึงแม้จะสามารถรับกำลังงานได้เพียงครึ่งเดียวแต่ก็ถือว่ามากพอ เพราะกำลังส่งจากสถานีส่งคลื่นวิทยุต้นทางมีกำลังส่งสูงตุนเอาไว้แล้ว ซึ่งผิดกับสถานีวิทยุชุมชนของบ้านเราซึ่งมักเลือกใช้แต่สายอากาศที่มีการโพลาไรซ์แบบวงกลมทั้งที่กำลังส่งของเครื่องส่งที่ถูกกำหนดให้ใช้ได้ไม่เกิน 200 วัตต์ ซึ่งวัดขณะที่ต่อโหลดเทียม (Dummy Load) หรืออาจวัดที่ขั้วของสายอากาศ
จากที่ผู้เขียนให้ความรู้อย่างถูกต้องตามทฤษฎีมานี้จะเห็นว่าผู้รับสัญญาณทางบ้านจะรับสัญญาณของท่านได้เพียงครึ่งเดียว (เมื่อหักค่าการสูญเสียที่เกิดจากระยะทางแล้ว) บางครั้งอาจมีความรู้สึกว่าเครื่องส่งที่มีอยู่ “ส่งไม่ออก” เมื่อใช้กับสายอากาศแบบนี้ ก็เลยจำใจถูกหลอกให้ซื้อเครื่องส่งใหม่หรือนำเครื่องส่งไปดัดแปลงเพื่อเพิ่มกำลังส่งให้สูงขึ้น เพื่อจะได้อัดกำลังส่งให้กับสายอากาศส่งที่มีโพลาไรซ์แบบวงกลมตามที่ได้รับการแนะนำมาอย่างไม่เหมาะสมกับบริบทที่เป็นอยู่
หมายเหตุ บทความนี้ผมได้บรรยายให้กับสถานีวิทยุชุมชนที่ จ.นครราชสีมา จ.อุดรธานี จ.พิษณุโลก
จ.สงขลา และกรุงเทพมหานคร ในโครงการของ กสทช. ครับ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น