องค์พระบิดาแห่งการสื่อสารของไทย (ตอนที่ 1)

องค์พระบิดาแห่งการสื่อสารของไทย

 

โดย พลตำรวจตรีสุชาติ เผือกสกนธ์  อธิบดีกรมไปรษณีย์โทรเลข**

ตอนที่  1

        พระบาทสมเด็จประเจ้าอยู่หัวได้ทรงสนพระทัยการสื่อสารด้วยวิทยุอย่างจริงจังเมื่อปี พ.ศ. 2511  เพราะทรงตระหนักดีว่าเป็นเครื่องมือสำคัญอย่างหนึ่งที่จะช่วยให้พระองค์ท่านได้ทรงทราบทุกข์สุขของพสกนิกรอย่างถูกต้องและรวดเร็ว ซึ่งเป็นจังหวะเดียวกันกับที่ข้าพเจ้าซึ่งขณะนั้นดำรงตำแหน่งหัวหน้ากองการสื่อสารตำรวจได้มีโอกาสรับราชการสนองพระเดชพระคุณในหน้าที่นายตำรวจราชสำนักเวร

        วันแรกที่ข้าพเจ้าได้เข้าไปปฏิบัติหน้าที่นายตำรวจราชสำนักเวรที่สวนจิตรลดาได้โปรดเกล้าฯ ให้ข้าพเจ้าเข้าเฝ้าเป็นการส่วนพระองค์และมีพระราชกระแสซักถามเกี่ยวกับวิชาการวิทยุอยู่นานไม่น้อยกว่า 3 ชั่วโมง ถึงแม้ว่าจะเป็นการเริ่มต้นการศึกษาก็ตาม  แต่เป็นที่น่าแปลกใจอย่างยิ่งที่พระองค์ท่านได้ทรงสนพระทัยเป็นพิเศษเกี่ยวกับคุณลักษณะของสายอากาศ    ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำคัญในการรับและส่งวิทยุเป็นอันดับแรก

       ต่อจากนั้นข้าพเจ้าได้รับพระราชทานพระมหากรุณาธิคุณให้เข้าเฝ้าเป็นการส่วนพระองค์เพื่อกราบบังคมทูลถวายคำชี้แจงเกี่ยวกับการสื่อสารด้วยวิทยุอยู่เป็นประจำ ทุกครั้งจะทรงมีพระราชกระแสสอบถามและทรงตั้งข้อสังเกตทั้งในด้านวิชาการและการปฏิบัติการสื่อสารของเจ้าหน้าที่ตำรวจ ซึ่งในสมัยนั้นอาจจะกล่าวได้ว่าเป็นจุดเริ่มต้นของการสื่อสารที่ทันสมัยและกว้างขวางที่สุดภายในประเทศ เนื่องจากสหรัฐอเมริกาได้ทุ่มเทให้ความช่วยเหลือในด้านการสื่อสารแก่กรมตำรวจเป็นเงินมหาศาลไม่น้อยกว่า 200 ล้านบาท (เหตุผลและรายละเอียดที่สหรัฐอเมริกาต้องทำเช่นนี้ไม่ใช่วัตถุประสงค์ของการเขียนเรื่องนี้ จึงขอสงวนไว้ก่อน)

        เครื่องวิทยุที่รู้จักแพร่หลายในวงการตำรวจโดยทั่วไป ได้แก่ เครื่องรับส่งวิทยุ FM-5 ซึ่งเป็นเครื่องวิทยุที่สหรัฐอเมริกาได้ให้ความช่วยเหลือแก่กรมตำรวจให้ใช้งานทั่วประเทศเป็นจำนวนมากกว่าหมื่นเครื่อง เนื่องจากเครื่องวิทยุแบบนี้จะมีบทบาทสำคัญในเรื่องนี้อยู่มาก จึงขออธิบายคุณลักษณะทางเทคนิคไว้พอเป็นพื้นฐานดังนี้ เป็นเครื่องรับส่งวิทยุโทรศัพท์ชนิดกระเป๋าหิ้ว ใช้ได้ทั้งแบตเตอรี่แห้ง แบตเตอรี่ชนิดประจุไฟได้ แบตเตอรี่รถยนต์ และกำลังไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้ตามบ้าน ทำงานในย่านความถี่ VHF (148-174 MHz) ระบบ FM  มีกำลังส่ง 5 วัตต์ แต่อาจขยายเป็น  20  วัตต์ได้โดยการติดตั้งอุปกรณ์ขยายกำลังส่งเครื่องวิทยุแบบนี้รัฐบาลสหรัฐอเมริกาได้ให้ความช่วยเหลือแก่ประเทศเวียดนามใต้มาก่อนออกแบบมาใช้ในกิจการสนามของฝ่ายทหารโดยเฉพาะ จึงนับได้ว่าเป็นเครื่องที่สมบุกสมบันเหมาะสมที่จะใช้ในภูมิภาคนี้พอสมควร  ข้าพเจ้าจึงได้นำเครื่องวิทยุ FM-5 นี้ทูลเกล้าฯ ถวาย เพื่อทรงทดลองใช้งานรวม 2 เครื่อง  ทั้งสองเครื่องนี้สามารถรับฟังและติดต่อสื่อสารภายในข่ายตำรวจได้ ในขณะนั้นข้าพเจ้าได้ริเริ่มจัดตั้งศูนย์การสื่อสารร่วมของกรมตำรวจ (ปทุมวัน) ขึ้นเป็นครั้งแรก ข่าวสารเกี่ยวกับกิจการตำรวจที่หน่วยต่าง ๆ  ต้องรายงานผู้บังคับบัญชาระดับสูงของกรมตำรวจจะส่งข่ายการสื่อสารร่วมนี้ ต่อมากองบัญชาการตำรวจนครบาลได้ทูลเกล้าฯ ถวายเครื่องรับส่งวิทยุ  FM-5  ซึ่งทำให้สามารถติดต่อกับข่ายของตำรวจนครบาลและภูธรได้โดยตลอดตั้งแต่นั้นมาในการติดต่อสื่อสารในข่ายวิทยุของกรมตำรวจ  ข้าพเจ้าได้กำหนดประมวลสัญญาณประจำพระองค์ถวายพร้อมทูลเกล้าฯ ถวายสมุดประมวลสัญญาณสำหรับการติดต่อ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวทรงจดจำประมวลสัญญาณได้อย่างแม่นยำ และปฏิบัติตามระเบียบวินัยในการติดต่อสื่อสารทั้งทรงติดต่อทางวิทยุกับผู้เกี่ยวข้องเช่นสามัญชน  ยังความปลาบปลื้มปิติให้แก่เจ้าหน้าที่ที่เกี่ยวข้องเป็นอย่างยิ่ง

        โดยที่สายอากาศใช้กับเครื่องวิทยุ FM-5 เป็นสายอากาศชนิด Whip ติดกับตัวเครื่องมีรัศมีทำงานจำกัด จึงได้โปรดเกล้าฯ ให้ข้าพเจ้านำสายอากาศชนิดมีอัตราการขยายสัญญาณได้สูงหรือสายอากาศชนิด High Gain ไปติดตั้งเพื่อทดลองใช้บนดาดฟ้าของพระตำหนักจิตรลดารโหฐานหลายแบบ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวได้ทรงสนพระทัยเกี่ยวกับคุณลักษณะของสายอากาศเหล่านี้อย่างจริงจัง โดยเฉพาะคุณลักษณะการแผ่กระจายคลื่นวิทยุและคุณลักษณะการรับสัญญาณวิทยุว่าสามารถส่งและรับในทิศทางใดได้ดีที่สุดและมีประสิทธิภาพหรือ Gain สูงกว่าอากาศแบบธรรมดาหรือ Ground Plane อย่างไร นอกจากนี้ยังทรงสนพระทัยถึงคุณลักษณะของสายส่งกำลังหรือ Transmission Line ความเหมาะสม (Matching) ระหว่างสายส่งกำลังกับสายอากาศ ซึ่งข้าพเจ้าได้ทูลเกล้าฯ ถวายเครื่องวัดคามแรงของสัญญาณ (Field Strength Meter) และเครื่องวัดกำลังส่ง (RF Wattmeter)  ไว้เพื่อทรงทดลองใช้งาน

        การทดลองหาคุณลักษณะการแผ่กระจายคลื่นและการรับสัญญาณของสายอากาศแบบต่าง ๆ ได้กระทำโดยการวัดความแรงของสัญญาณ ณ จุดต่าง ๆ โดยรอบกรุงเทพมหานครในรัศมี 1 กิโลเมตร  ซึ่งทรงทดลองส่งสัญญาณโดยพระองค์เองจากพระตำหนักจิตรลดาฯ และโปรดเกล้าฯ ให้ข้าพเจ้าเป็นฝ่ายเคลื่อนที่ไปวัดความแรงของสัญญาณตามจุดต่าง ๆ เมื่อนำเอาผลของการทดลองมาเขียนลงในกระดาษกร๊าฟแล้ว ปรากฏว่าสายอากาศแต่ละแบบมีคุณลักษณะรูปร่างในการแผ่กระจาย คลื่นแปลก ๆ เป็นที่พอพระทัย และโดยที่ข้าพเจ้าไม่ต้องถวายคำชี้แจงพระองค์ท่านได้พระราชทานข้อสังเกตเกี่ยวกับลักษณะการแผ่กระจายคลื่น ซึ่งผิดแปลกไปจากข้อกำหนดเฉพาะของสายอากาศนั้นว่า เกิดจากการสะท้อนของคลื่นที่เกิดจากสิ่งแวดล้อมต่าง ๆ ซึ่งถูกต้องกับหลักวิชาการทุกประการ

        คุณลักษณะอีกประการหนึ่งคือ ความเหมาะสม (Matching) ระหว่างสายส่งกำลังกับสายอากาศ ซึ่งตามตำราได้ระบุไว้ว่าหากไม่เหมาะสมกับ (Mismatch) คลื่นวิทยุจะไม่แผ่กระจายออกไปอย่างเต็มที่ เพราะส่วนหนึ่งจะสะท้อนกลับ (Reflected wave) มาในสายส่งกำลัง ทำให้เกิดความสูญเสียกำลังในสายส่งกำลัง  นอกจากนี้สายส่งกำลังแต่ละแบบจะมีคุณลักษณะประจำตัวอย่างหนึ่งคือ ทำให้คลื่นวิทยุที่ส่งผ่านไปมีการสูญเสียกำลังภายในหากสายกำลังส่งมีความยาวมาก การสูญเสียกำลังคลื่นวิทยุจะมีมาก ทั้งสองประการนี้ได้ทรงทดลองด้วยพระองค์เอง โดยใช้เครื่องวัดกำลังส่ง (RF Wattmeter) ซึ่งข้าพเจ้าได้ทูลเกล้าฯ ถวายไว้  การทดลองต้องทรงกระทำทั้งในและนอกอาคาร ถึงแม้ว่าแดดจะร้องเพียงใดก็มิได้ทรงย่อท้อ โดยทรงตรวจสอบดูลักษณะของสายอากาศทุกแบบที่ตั้งไว้ ณ พระตำหนักฯ และทรงจดบันทึกไว้โดยละเอียดทุกครั้งบางครั้งทรงปฏิบัติการโดยลำพังจนเสร็จ แล้วจึงพระราชทานผลงานพร้อมกับข้อสังเกตให้แก่ข้าพเจ้า เพื่อพิจารณากราบบังคมมูลและถวายคำแนะนำถึงวิธีการแก้ไขตามหลักวิชา  รวมทั้งการประดิษฐ์อุปกรณ์ต่าง ๆ เพื่อขจัดปัญหาต่าง ๆ เหล่านี้ เพราะทรงตระหนักดีว่าหากไม่มีการแก้ไขปัญหาเกี่ยวกับสายอากาศเป็นพิเศษแล้ว ถึงแม้ว่าจะมีเครื่องรับเครื่องส่งวิทยุที่มีประสิทธิภาพสูงเพียงใดก็ตาม ก็ไม่สามารถจะทำให้ติดต่อสื่อสารทางวิทยุมีประสิทธิภาพดีพอเพียงอย่างแน่นอน

        อนึ่ง  พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวยังได้ทรงโปรดให้มีการทดลองและสังเกตถึงการเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ เกี่ยวกับคุณลักษณะในการแผ่กระจายคลื่นวิทยุทั้งในอากาศและที่ไปตามสายส่งกำลัง เมื่อได้นำสายอากาศไปติดตั้งใช้งานในภูมิประเทศที่แตกต่างกันการเปลี่ยนแปลงความยาวของสายอากาศรวมทั้งผลที่เกิดจากการนำเอาสายอากาศไปวางห่างกันในระยะต่าง ๆ ทั้งแนวราบและแนวดิ่ง แล้วประมวลศึกษาพิจารณาเปรียบเทียบกับหลักวิชาหากสิ่งใดสมควรก็หยิบยกเป็นปัญหาแล้วหาทางแก้ไขก็ได้   โปรดเกล้าฯ ให้ข้าพเจ้ารับมาพิจารณาหาวิธีการและออกแบบอุปกรณ์ส่วนควบเพื่อเพิ่มพูนประสิทธิภาพของสายอากาศนั้น ๆ

        เมื่อปลายปี พ.ศ. 2511  พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวได้เสด็จฯ แปรพระราชฐานไปประทับแรม ณ พระตำหนักภูพิงค

ราชนิเวศน์ จังหวัดเชียงใหม่และโปรดเกล้าฯ ให้ข้าพเจ้าปฏิบัติหน้าที่นายตำรวจราชสำนักเวรตลอดเวลาที่เสด็จฯ ประทับแรม ณ ที่นั่น ระหว่างที่ประทับแรมได้ทรงใช้เครื่องวิทยุ FM-5 รับฟังการติดต่อสื่อสารของตำรวจหน่วยต่าง ๆ ซึ่งปฏิบัติการถวายความอารักขาอยู่เป็นประจำ จึงได้ทรงทราบข่าวการเคลื่อนไหวทุกข์สุขของประชาชนในจังหวัดเชียงใหม่และใกล้เคียงทางวิทยุอยู่ทุกระยะ เมื่อจะมีการเสด็จพระราชดำเนินโดยรถยนต์แต่ละครั้งเจ้าหน้าที่บ้านเมืองและตำรวจมักจะสั่งปิดถนนห้ามการจราจรในเส้นทางที่เสด็จฯ ผ่านล่วงหน้าเป็นเวลานาน ๆ ทำให้ประชาชนไม่ได้รับความสะดวกในการสัญจรเท่าที่ควร จึงโปรดเกล้าฯ ให้กรมราชองค์รักษ์ติดต่อประสานงานกับฝ่ายบ้านเมืองและตำรวจปรับปรุงแก้ไข เพื่อมิให้เกิดความเดือดร้อนแก่ประชาชน อนึ่งได้พระราชทานกระแสพระราชดำริแก่ข้าพเจ้าว่า การปฏิบัติงานของหน่วยต่าง ๆ ที่ปฏิบัติหน้าที่เกี่ยวกับการถวายอารักขา โดยเฉพาะตำรวจซึ่งมีหลายหน่วย เช่น กองการสื่อสารตำรวจ กองปราบปราม กองบังคับการตำรวจสันติบาล ตำรวจภูธร  ฯลฯ  ยังขาดการประสานที่ดีเพียงพอ เนื่องจากขาดการติดต่อสื่อสารที่ดีและมีประสิทธิภาพน่าจะได้มีการปรับปรุงแก้ไข กระแสพระราชดำรินี้ทำให้ข้าพเจ้าเกิดความริเริ่มจัดตั้งศูนย์ปฏิบัติการสื่อสารร่วมของกรมตำรวจเพื่อถวายการอารักขาขึ้นเป็นครั้งแรก ใช้ชื่อว่า “ศูนย์ลานนา” และจัดให้ทุกหน่วยตำรวจและหน่วยทหาร พลเรือนที่ปฏิบัติหน้าที่อารักขาใช้ความถี่ร่วมภายใต้การควบคุมข่ายโดย “ศูนย์ลานนา”

        โดยที่พระตำหนักภูพิงคราชนิเวศน์อยู่ในภูมิประเทศหนึ่งที่เหมาะสม  จึงช่วยให้ทรงรับฟังและติดต่อการสื่อสารได้ดีกว่าหน่วยตำรวจหลายหน่วย บางครั้งที่หน่วยตำรวจบางหน่วยไม่สามารถติดต่อกันได้ ก็ทรงมีพระมหากรุณาธิคุณถ่ายทอดข่ายให้จนเป็นที่เรียบร้อย ซึ่งยังความปลาบปลื้มปิติให้แก่ผู้ที่เกี่ยวข้องเป็นอย่างยิ่ง ทุกครั้งที่เสด็จพระราชดำเนินไปเยี่ยมดูแลทุกข์สุขของประชาชนในท้องถิ่นต่าง ๆ ข้าพเจ้าซึ่งตามเสด็จฯ จะเป็นผู้รายงานทางวิทยุให้ศูนย์ลานนาและหน่วยที่เกี่ยวข้องทราบ แต่ในกรณีที่ข้าพเจ้าติดต่อไม่ได้และอยู่ในวิสัยที่จะทรงติดต่อได้ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวจะทรงติดต่อถ่ายทอดรายงานของข้าพเจ้าให้แทน ระหว่างที่เสด็จพระราชดำเนินไปตามเทือกเขาเป็นชั่วโมง ๆ ทรงโปรดที่จะทำการทดลองติดต่อทางวิทยุกับข้าพเจ้า ราชองค์รักษ์และเจ้าหน้าที่รักษาความปลอดภัยเป็นประจำ บางครั้งเสียงโต้ตอบทางวิทยุจะมีเสียงหอบของทั้งสองฝ่ายแทรกไปด้วย ครั้งแรก ๆ ที่ข้าพเจ้าได้ตามเสด็จฯ ดอย มีความรู้สึกว่าคงไปไม่รอดเพราะจะต้องแต่งชุดสนาม สวมรองเท้าคอมแบต สวมเสื้อ Jacket Field  ซึ่งหนาและหนัก  ทั้งยังต้องสะพายเครื่องวิทยุ (เคราะห์ดีที่ไม่มีอาวุธปืนไปด้วย) น้ำหนักตัวซึ่งตอนนั้นค่อนข้างเจริญพุง รวมทั้งน้ำหนักเสื้อผ้าและเครื่องวิทยุแล้วหลายกิโล ขณะที่เดินขึ้นดอยที่ค่อนข้างชันกว่าจะถึงยอดดอยก็เหงื่อท่วมตัวมองฟ้าเหลืองเห็นดาวเดือนจริง ๆ

        ในช่วงเวลานั้น ๆ ขณะที่ไม่มีพระราชภารกิจนอกสถานที่ ได้พระราชกระแสกระราชดำริเกี่ยวกับสายอากาศแบบต่าง ๆ ที่ควรจะเป็นไปได้ให้ข้าพเจ้ารับมาพิจารณาในด้านวิชาการและทดลองประดิษฐ์ ทำให้ข้าพเจ้าต้องหยิบตำราสายอากาศต่าง ๆ มาปัดฝุ่นศึกษาดูแล้วมอบหมายให้เจ้าหน้าที่ช่างไปประดิษฐ์ขึ้น ปรากฏว่าได้สายอากาศมามีรูปร่างแปลก ๆ ที่สนใจคือ แบบหนึ่งซึ่งมีลักษณะเหมือนเครื่องยกน้ำหนักหรือบาร์เบลล์ และอีกแบบหนึ่งทรงตั้งชื่อแบบ “หางเปีย” เมื่อนำขึ้นทูลเกล้าฯถวาย โปรดเกล้าฯให้มีการทดลองหาคุณลักษณะเฉพาะของแต่ละแบบระหว่างพระตำหนักภูพิงค์ฯ กับศูนย์การสื่อสารประจำเขตของตำรวจในเมืองซึ่งพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวทรงทดลองด้วยพระองค์เองร่วมกับข้าพเจ้าซึ่งอยู่ข้างล่างผลที่ได้ไม่เลวนัก โดยเฉพาะสายอากาศแบบหางเปีย  สายอากาศแบบต่าง ๆ ที่ทรงทดลองนี้หากมีโอกาสข้าพเจ้าตั้งใจว่าจะกราบบังคมทูลของพระราชทานมาเก็บไว้ในพิพิธภัณฑ์เกี่ยวกับการโทรคมนาคมที่จะตั้งในอนาคต

        กระแสพระราชดำริอีกประการหนึ่งที่พระราชทานให้แก่ข้าพเจ้ามาพิจารณา คือ ทำอย่างไรจึงจะสามารถติดต่อระหว่างเชียงใหม่กับกรุงเทพฯ ได้โดยเครื่องวิทยุขนาดเล็ก ๆ เช่น Handie Talkie เรื่องนี้น่าหนักใจมาก เพราะการติดต่อสื่อสารทางไกล ๆ เช่นนั้น ต้องใช้ระบบวิทยุ Single Sideband เท่านั้น ระบบวิทยุ VHF/FM ที่ทรงใช้อยู่มีรัศมีทำงานจำกัดในรัศมีเพียง 50 กิโลเมตรเป็นอย่างสูง หากเป็นเครื่องวิทยุ Handie Talkie แล้วระยะจะไม่ไกลมากเว้นแต่จะอยู่ในภูมิประเทศที่เหมาะสม และคุณลักษณะของสถานีกลางซึ่งจะช่วยยืดระยะทางออกไปได้อีก กระแสพระราชดำริที่พระราชทานนี้ได้เป็นแรงผลักดันให้ข้าพเจ้าริเริ่มตั้งระบบวิทยุถ่ายทอดผ่านวงจรโทรคมนาคมขององค์การโทรศัพท์แห่งประเทศไทยขึ้น โดยจัดตั้งสถานีวิทยุถ่ายทอดขึ้นที่จังหวัดเชียงใหม่ 1 สถานีและที่กรุงเทพมหานคร 1 สถานี  สถานีวิทยุทั้งสองแห่งเชื่อมต่อกันด้วยวงจรโทรคมนาคมขององค์การโทรศัพท์ฯ ซึ่งนับว่าเป็นผลสำเร็จในการพัฒนาระบบสื่อสารของประเทศอีกระบบหนึ่งในขณะที่เสด็จฯ ไปตามสถานที่ต่างๆ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวทรงใช้เครื่องวิทยุ Walkie Talkie เรียกมาที่สถานีวิทยุถ่ายทอดเชียงใหม่  ซึ่งจะส่งสัญญาณผ่านวงจรโทรคมนาคมขององค์การโทรศัพท์ฯ มาบังคับเครื่องวิทยุสถานีในกรุงเทพฯ ให้ส่งต่อโดยอัตโนมัติ มีอยู่ครั้งหนึ่งที่สมเด็จพระบรมโอรสาธิราชกำลังจะเสด็จขึ้นประทับเครื่องบินไปต่างประเทศที่ท่าอากาศยานดอนเมือง  พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวประทับอยู่ที่ดอยปุยได้รับสั่งกับสมเด็จพระบรมโอรสาธิราชโดยตรงด้วยเครื่องวิทยุ Walkie Talkie ยังความประหลาดพระทัยให้แก่สมเด็จพระบรมโอรสาธิราชและประหลาดใจแก่ผู้เกี่ยวข้องเป็นอย่างยิ่ง  ระบบวิทยุถ่ายทอดนี้กองบังคับการตำรวจสื่อสารยังคงจัดถวายเพื่อทรงใช้งานทุกครั้งที่เสด็จฯ แปรพระราชฐานและพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวจะพระราชทานพรปีใหม่ให้แก่หน่วยตำรวจในกรุงเทพมหานครและจังหวัดต่างๆ โดยเครื่องวิทยุผ่านระบบถ่ายทอดนี้ในทุกวันขึ้นปีใหม่

** บทความนี้คัดลอกมาจากหนังสือ "วิศวกรรมสาร" ปีที่ 35 เล่มที่ 6 เดือนธันวาคม 2525

ซึ่งขณะนั้นท่านพลตำรวจตรีสุชาติ เผือกสกนธ์ ดำรงตำแหน่งอธิบดีกรมไปรษณีย์โทรเลข

พลตำรวจตรีสุชาติ เผือกสกนธ์

อดีตอธิบดีกรมไปรษณีย์โทรเลข

ทำไมปรับค่า SWR ของสายอากาศจนได้ค่าเท่ากับ 1.0:1 แต่เวลานำไปใช้งานจึงส่งกำลังไม่ออก

หากเราย้อนกลับไปที่สูตรคำนวณของ SWR ซึ่งเท่ากับ SWR=1+abs(gamma)/1-abs(gamma) โดยที่ abs(gamma)คือ ค่าสัมบูรณ์ของสัมประสิทธิ์การสะท้อนกลับของคลื่นที่กลับคืนเข้าสู่เครื่องส่งโดยผ่านทางสายส่ง ซึ่งสามารถคำนวณได้จากสูตร gamma=(ZA-Z0)/(ZA+Z0)โดยที่ ZA คือ ค่าอิมพีแดนซ์ของสายอากาศและ Z0 คือ ค่าอิมพีแดนซ์คุณลักษณะของสายส่ง ซึ่งจะเห็นว่าหาก ZA = Z0 ก็จะทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนกลับ gamma=0 หรือไม่มีการสะท้อนกลับของคลื่นนั่นเอง ซึ่งส่งผลทำให้ SWR = 1.0 ซึ่งหากมองในแง่อุดมคติอย่างผิวเผินแล้ว จะเห็นว่าน่าจะเป็นค่าที่ดีที่สุดเพราะไม่มีการสะท้อนกลับของคลื่นจากสายอากาศย้อนกลับเข้าไปสู่เครื่องส่งเลย และน่าจะทำให้เกิดการส่งกำลังออกไปยังสายอากาศมีค่าสูงที่สุดอีกด้วย แต่พอนำไปใช้งานจริงกลับปรากฏว่ากำลังของคลื่นวิทยุไม่สามารถส่งผ่านตัวสายอากาศดังกล่าวออกไปได้หรือออกไปได้บ้างอย่างไม่มีประสิทธิภาพ เพราะเหตุใดหรือ??

ผมมักได้รับคำถามลักษณะนี้เสมอเมื่อเดินทางไปบรรยายให้กับผู้ประกอบการสถานีวิทยุชุมชนในต่างจังหวัดหลายๆ แห่ง (โครงการของ กสทช.) ซึ่งผมจะให้คำตอบที่มีทฤษฎีมารองรับเสมอ นั่นคือ ในการวัดทดสอบค่า SWR ของสายอากาศนั้น วิธีปฏิบัติโดยทั่วไปและมักกระทำกันเสมอก็คือ จะนำเครื่องมือวัดค่า SWR (บางท่านอาจใช้เครื่องมือวัดกำลัง (Power Meter) มาทดแทน แล้วนำค่ากำลังที่ส่งออกไปยังสายอากาศกับกำลังที่สะท้อนกลับมาคำนวณหา SWR อีกครั้งหนึ่งด้วยสูตร SWR=1+Rho/1-Rho โดยที่ Rho=Sqr(Power Reflected/Power Forward) และ sqr แทนความหมายของรากที่สอง มาต่ออนุกรมระหว่างสายอากาศกับเครื่องส่ง โดยขณะที่ทำการวัดค่า SWR ก็จะส่งคลื่นพาห์ (Carrier Wave) ที่ความถี่ใช้งานส่งผ่านเครื่องมือวัดออกไปยังสายอากาศ จากนั้นจะทำการปรับแต่งสายอากาศจนกระทั่งได้ค่าที่ต้องการ บางครั้งปรับแต่งจนกระทั่งเกิดฟลุคทำให้ SWR ไปอยู่ที่ 1.0 แล้วก็ดีใจจนออกหน้าออกตา แต่พอนำมาใช้งานจริงแล้วไม่ได้ดั่งใจ มันเกิดอะไรขึ้น??

สิ่งที่เกิดขึ้นจากกรณีค่า SWR =1.0:1 ก็คือ gamma=0 และสิ่งที่ตามมาก็คือ ค่าการสูญเสียเนื่องมาจากการย้อนกลับ (Return Loss) จะมีค่าเข้าสู่ค่าลบอนันต์ (Return Loss=-20 log abs(Gamma)) ทำให้ความกว้างแถบ (Bandwidth) ของคลื่นที่สายอากาศยินยอมให้ผ่านออกไปได้นั้นมีขนาดที่แคบมากๆ (เนื่องมาจากสายอากาศของเราในขณะนี้กำลังมีการเรโซแนนซ์กับความถี่ของคลื่นพาห์สูงที่สุด ทำให้ค่า Q-Factor สูงขึ้นมาก ในขณะเดียวกันจะทำให้ Bandwidth แคบลงมากๆๆ ตามไปด้วย)

ดังนั้นเมื่อนำสายอากาศในสภาวะที่ค่า SWR =1.0:1 มาใช้งานกับการส่งสัญญาณในระบบ FM โดยมีการผสมสัญญาณข้อมูลข่าวสารเข้าไปกับสัญญาณคลื่นพาห์ ซึ่งทำให้เกิดการเบี่ยงเบนทางความถี่ (Frequency Deviation) ไม่เกิน +/- 75 kHz ทำให้เกิดความกว้างแถบไม่เกิน 150 kHz (เมื่อเทียบกับความถี่กลางซึ่งเป็นของคลื่นพาห์) ซึ่งอาจจะกว้างกว่าความกว้างแถบของสายอากาศในขณะที่มีการเรโซแนนซ์สูงที่สุดได้ จึงไม่สามารถส่งกำลังในขณะที่มีการผสมสัญญาณหรือการมอดูเลชั่นแล้วออกไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ในบางโอกาสที่หลายท่านอาจจะเคยรับฟังมาว่า การปรับแต่งค่า SWR ของสายอากาศจนกระทั่งมีค่าเท่ากับ 1.0:1 แล้วทำให้ส่งกำลังไม่ออกนั้น เพราะเกิดจากการที่เราปรับสายอากาศจนเปลี่ยนสภาพกลายเป็นโหลดเทียม (Dummy Load) ไปแล้วนั้น น่าจะเกิดจากการเข้าใจผิดพลาดในส่วนที่เป็นค่าอิมพีแดนซ์ของสายอากาศที่ตามทฤษฎีบอกไว้ว่าค่าอิมพีแดนซ์ของสายอากาศต้องเท่ากับ ZA=RA+jXA และเข้าใจว่าการทำให้สายอากาศเกิดสภาวะเรโซแนนท์ที่สุดนั้นต้องกำจัดค่า +jXA  ออกไปให้หมดสิ้นเพื่อทำให้ค่า ZA=RA+0 โอห์ม แต่ในทางทฤษฎีนั้นการที่ทำให้ค่า jXA =0 ได้นั้น เกิดจากการนำค่าของ jXA ที่เป็นค่าตรงกันข้ามใส่เพิ่มเข้าไปให้กับตัวสายอากาศ เช่น หากค่าอิมพีแดนซ์ของสายอากาศของเราก่อนที่จะทำการแมตชิ่งหรือเพื่อปรับค่า SWR มีค่าเท่ากับ ZA=RA+jXA  ดังนั้นหากเราต้องการทำให้ค่าอิมพีแดนซ์กลายเป็น ZA=RA+0 ก็จะกระทำได้โดยการเพิ่มค่า -jXA  เข้าไป ค่าอิมพีแดนซ์ของสายอากาศก็จะกลายเป็น ZA=RA+jXA-jXA = RA+0 โอห์มตามต้องการ ซึ่งไม่ได้หมายความว่าเราตัดค่า +jXA ทิ้งออกไปจากตัวสายอากาศเลย แต่เป็นการนำคุณสมบัติที่ตรงกันข้ามและมีค่าเท่ากันเติมเข้าไปให้กับสายอากาศ (โดยที่ +jXA  จะแสดงคุณสมบัติเป็นค่าเหนี่ยวนำหรือ Inductance (XL)ส่วน -jXA จะแสดงคุณสมบัติเป็น Capacitance (XC)) โดยเรียกวิธีนี้ว่า Conjugate Matching ซึ่งในทางปฏิบัติมีวิธีการหลายรูปแบบในการสร้างคุณสมบัติเหล่านี้ขึ้นมาให้กับสายอากาศ และหากค่าอิมพีแดนซ์ของสายอากาศกลายเป็น ZA=RA= 50 โอห์มแล้ว ก็ยิ่งทำให้หลายท่านเข้าใจว่ามันกลายเป็นโหลดเทียมไปแล้วมากยิ่งขึ้น เพราะเข้าใจมาโดยตลอดว่าการใส่โหลดเทียมเข้าไปแทนที่สายอากาศ จะทำให้ไม่เกิดการแผ่คลื่นออกมาจากโหลดเทียม ดังนั้นเมื่อนำสายอากาศที่มีการปรับค่า SWR เท่ากับ 1.0:1 เข้าไปแล้วไม่เกิดการแผ่คลื่นออกไปเช่นเดียวกันกับโหลดเทียม ก็เลยฟันธงไปเต็มๆ ว่าสายอากาศในสภาวะนี้ได้แปลงร่างกลายเป็นโหลดเทียมไปแล้วแน่นอน ซึ่งผมจะไม่ฟันธงต่อไปว่าใครผิดหรือถูก แต่ลองมาทำความเข้าใจทฤษฎีต่อไปนี้กันดีกว่านะครับ
          1. สภาวะของการเป็นโหลดเทียมนั้น ค่าอิมพีแดนซ์ของมันจะต้องมีสถานะเป็นค่าความต้านทานเพียงอย่างเดียว (Pure Resistance) ซึ่งปกติจะถูกผลิตออกมาให้มีค่า 50 โอห์มเท่ากับค่าอิมพีแดนซ์คุณลักษณะของสายส่งที่ใช้งาน และจะต้องปราศจากค่ารีแอกแตนซ์ (XLหรือ XC) ใดๆ เกิดขึ้นหรือเป็นส่วนประกอบในตัวโหลดเทียมนี้ เพราะอาจส่งผลต่อการเรโซแนนท์และทำให้เกิดการแผ่คลื่นผ่านโหลดเทียมนี้ออกไป และที่สำคัญหากนำโหลดเทียมไปวัดค่าการสูญเสียเนื่องจากการย้อนกลับ (Return Loss) หรือวัดค่า SWR จะพบว่าโหลดเทียมสามารถตอบสนองได้ดีตลอดย่านความถี่ที่ทดสอบโดยไม่มีเรื่องของข้อจำกัดด้านความกว้างแถบเกิดขึ้นเลย (SWR =1.0:1 ตลอดย่านความถี่ที่ทดสอบ) ในขณะที่สายอากาศที่มีการปรับ SWR =1.0:1 จะมีความกว้างแถบที่แคบมากๆๆๆ)
          2. สภาวะของการเป็นสายอากาศนั้น โอกาสที่จะแปลงร่างกลายเป็นโหลดเทียม ก็คือ 1) ขนาดและลักษณะของโครงสร้างไม่มีลักษณะที่เป็นสายอากาศในทางทฤษฎีเลย ทำให้ไม่มีโอกาสสร้างค่า  (XLหรือ XC ใดๆ ออกมาเพื่อการเรโซแนนท์กับความถี่ที่ป้อนเข้าไปและ 2) ฟลุคมากที่ปรับจนกระทั่งเกิดค่าความต้านทาน RA= 50 โอห์ม
          3. ค่าความต้านทานที่แท้จริงที่เกิดขึ้นบนสายอากาศนั้นจะประกอบด้วยความต้านทาน 2 ชนิด ได้แก่ ความต้านทานที่เกิดจากวัสดุตัวนำและไดอิเล็กตริกที่ใช้ทำสายอากาศซึ่งกระแสที่ป้อนให้แก่สายอากาศจะสูญเสียในรูปของพลังงานความร้อน (ไม่ได้ถูกเปลี่ยนให้เป็นกำลังในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) เราเรียกความต้านทานส่วนนี้ว่า ความต้านทานการสูญเสียกำลัง (Loss Resistance: RL) ส่วนความต้านทานอีกชนิดหนึ่งเราเรียกว่า ความต้านทานการแผ่กระจายกำลัง (Radiation Resistance: Rr) ซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อมีการป้อนกำลังในรูปของกระแสไฟฟ้าเข้าไปในโครงสร้างของสายอากาศที่มีองค์ประกอบของค่า XL หรือ XC อยู่ภายใน ซึ่งไม่ใช่ค่า Pure Resistance ที่เกิดขึ้นจากวัตถุ (ดังนั้นค่าความต้านทานรวมของสายอากาศจึงเท่ากับ RA=RL+Rr) และความต้านทานชนิดนี้แหละครับที่เปลี่ยนกระแสไฟฟ้าให้เป็นกำลังคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เราใช้งานสภาวะปกติ ที่สำคัญเราพยายามที่จะทำให้ค่าของ RL มีค่าน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพราะไม่ต้องการให้กำลังที่ส่งผ่านเข้าไปในสายอากาศกลายเป็นกำลังความร้อนมากนัก

 หมายเหตุ ขออภัยในเรื่องของสัญลักษณ์ทางคณิตศาสตร์ที่ยังไม่เป็นไปตามหลักการเขียนสมการแบบสากล เพราะในต้นฉบับผมใช้ MathType ในการเขียนสมการ แต่พอนำมา paste ลงบน Note นี้แล้ว มันไม่ยอมรับรูปแบบ (มันตัดทิ้งโดยไม่มีเยื่อใยเลย) ใครพอมีวิธีช่วยแนะนำผมด้วยนะครับ....

รศ.ดร.รังสรรค์ วงศ์สรรค์
สาชาวิชาวิศวกรรมโทรคมนาคม สำนักวิชาวิศวกรรมศาสตร์
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี จ.นครราชสีมา

ใต้เบื้องพระยุคลบาทของ รศ.ดร.สุธี อักษรกิตติ์

เรื่องนี้ได้ถูกตีพิมพ์เผยแพร่ในหนังสือ "ในหลวงที่สุดของหัวใจ" และมีหลายหน่วยงาน/เว็บไซต์ นำมาเผยแพร่แล้ว แต่ก็ยังคงความประทับใจให้กับพวกเราชาวพสกนิกร โดยเฉพาะวิศวกรสายไฟฟ้า-สื่อสาร อย่างไม่รู้คลายครับ

" ในครั้งแรก ผม (รศ.ดร.สุธี อักษรกิตติ์) ทำงานตามพระราชดำริโดยไม่ทราบว่าเป็นงานของพระองค์จนกระทั่งวันหนึ่ง มีคนบอกว่า ให้เข้าไปในวังด้วยกัน และให้นำระบบสายอากาศชนิดใหม่ขึ้นไปติดตั้ง ก็ไม่ได้คิดว่าพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวจะเสด็จฯ มา แต่ว่าแปลกใจทำไมอยู่ดีๆ เจ้าหน้าที่ที่กำลังติดตั้งอุปกรณ์ต่างๆ อยู่บนดาดฟ้าของพระตำหนักถึงปีนลงมาทั้งๆ ที่งานยังไม่เสร็จ แท้ที่จริงพระองค์ท่านเสด็จฯ มายืนอยู่ข้างหลัง

ผมเหลียวหลังไปมองนิดหนึ่ง ครั้นพอเห็นพระองค์ท่านก็ตกใจ เป็นอาการวูบขึ้นมาทันที นึกอยู่ในใจว่าใช่แล้ว ใช่แน่ ๆ เพราะคิดว่าเหมือนในรูป ผมก็รีบทำความเคารพ แล้วก็ทำอะไรไม่ถูก สิ่งที่ผมจำได้คือเราต้องอยู่ต่ำกว่าจึงรีบคุกเข่าให้ต่ำลงมาเป็นเหมือนชันเข่า เพราะว่าตอนนั้นพระองค์ท่านประทับยืนอยู่ ถ้านั่งพับเพียบเลยก็จะต่ำเกินไปเพราะว่าผมต้องพูดอธิบายด้วย

ปรากฏว่าพระองค์ท่านก็คุกเข่าลงไปด้วยผมก็เลยนั่งพับเพียบให้ต่ำลงไปอีก พระองค์ท่านก็ประทับพับเพียบเหมือนกันเลยกลายเป็นว่าวันนั้น นั่งพับเพียบสนทนากัน ๒-๓ ชั่วโมงบนดาดฟ้าพระตำหนักในเวลาช่วง บ่ายที่ร้อนเปรี้ยง ......."

หมายเหตุ รองศาสตราจารย์ ดร.สุธี อักษรกิตติ์ (อดีตอาจารย์ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า อดีตคณบดีคณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ และอดีตอธิการบดีสถาบันเทคโนโลยีปทุมวัน) ผู้สนองพระราชดำริในโครงการระบบสื่อสารสายอากาศและอิเล็กทรอนิกส์


จากหนังสือในหลวงที่สุดของหัวใจ

S-Parameter คืออะไร และทำไมค่าของ S11 ต้องติดลบเสมอ

มีอดีตลูกศิษย์ผมคนหนึ่งจบจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลอีสานวิทนยาเขตขอนแก่น ได้ตั้งคำถามผมไว้ใน facebook ของผม (www.facebook.com/rwongsan) ดังนี้

"สวัสดีครับ อาจารย์ พอดีว่าจะรบกวนสอบถามเรื่องการวัดค่า Parameter ครับ ผมไม่เข้าใจตรงนึงครับ ค่า S-Parameter คืออะไรครับ ทำไมถึงจะต้องติดลบ เช่น เราออกแบบสายอากาศความถี่ 2.4 GHz วัดค่า S-parameter แล้วตรงความถี่ 2.4GHz ได้ -15 dB ทำไมถึงติดลบครับ ... ผมมักเข้าใจว่าค่านี้คือ Return Loss ถูกต้องไหมครับ อาจารย์ช่วยชี้แจงด้วยนะครับ ..."

เอาล่ะ..ลองมาทำความเข้าใจกันดูนะครับ...

         เนื่องจากการกำหนดแรงดันและกระแสที่เกิดขึ้นในสาย (Line) ในย่านความถี่ไมโครเวฟที่ไม่ใช่โหมด TEM เพื่อนำมาคำนวณหาคุณสมบัติต่างๆ ของอุปกรณ์ในทางปฏิบัตินั้นจะกระทำได้ไม่ง่ายนัก จึงจำเป็นต้องทำการวัดขนาด (Magnitude) และเฟสของคลื่นที่เดินทางไปในทิศทางที่กำหนดให้โดยตรง (หรือขนาดและเฟสของ Standing Wave ก็ได้) ดังนั้นในย่านความถี่ไมโครเวฟจึงมีการกำหนดให้พิจารณาในรูปของคลื่นพุ่งกระทบ (Incident Wave) คลื่นสะท้อนกลับ (Reflected Wave) และคลื่นส่งผ่าน (Transmitted Wave) ที่เดินทางผ่านเข้าออกอุปกรณ์หรือโครงข่ายที่มีจำนวน N พอร์ต ในรูปแบบของเมตริกซ์การกระจัดกระจาย (Scattering Matrix) จึงมีจำนวนของ S-parameter ตั้งแต่ S11 จนถึง SNN เช่น ถ้าเป็นอุปกรณ์ที่มี 2 พอร์ต ก็จะมี S-parameter จำนวน 4 ตัว ได้แก่ S11, S12, S21 และ S22
        ครั้งนี้ขออธิบายแบบฟังแล้วเข้าใจง่ายๆ ก่อนนะครับ S11 ที่ปรากฏในรูปก็คือ Reflection Coefficient (หรือที่เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ตัว Gamma นั้่นเอง) ซึ่งคิดจากอัตราส่วนระหว่างแรงดันของคลื่นที่สะท้อน (Reflected Wave) ออกมาจากพอร์ต 1 เทียบกับแรงดันของคลื่นที่เราป้อน (Incident Wave) เข้าไปที่พอร์ตเดิมคือพอร์ต 1 นั่นเอง ดังนั้นหากโหลดมีสภาวะแมตช์กับสายส่ง แรงดันที่สะท้อนออกมาจากพอร์ต 1 จะต้องน้อยกว่าแรงดันที่เราป้อนเข้าไปหรือแทบไม่มีการสะท้อนของแรงดันใดๆ ออกมาเลย ลองเอาเครื่องคิดเลขมากดตัวเลขดูเล่นๆ ก็ได้ โดยสมมุติว่าเราป้อนแรงดันของคลื่นเข้าไปมีค่าเท่ากับ 10 และเกิดการสะท้อนกลับออกมาที่พอร์ตเดิมมีค่าเท่ากับ 5 ก็จะได้คำตอบเท่ากับ S11 = Vreflect/Vincident = 5/10 = 0.5 เท่า และเมื่อนำมาเปลี่ยนเป็นหน่วย dB จะได้เท่ากับ S11 = 10log(0.5) = -3.0 dB จะเห็นว่าถ้าแรงดันของคลื่นที่สะท้อนกลับมีค่าน้อยกว่าแรงดันที่ป้อนเข้าไป (ต้องเป็นไปตามนี้อยู่แล้วเพราะตัวตั้งมีค่าน้อยกว่าตัวหารและในความเป็นจริงแรงดันของคลื่นที่สะท้อนกลับออกมาต้องมีค่าน้อยกว่าแรงดันที่ถูกป้อนเข้าไปอย่างแน่นอน) ค่าของอัตราส่วนที่ได้ออกมาจึงต้องต่ำกว่า 1 อย่างแน่นอน เมื่อนำมาคิดเป็นหน่วย dB ก็ต้องติดลบเป็นธรรมดา และหากต้องการนำไปคำนวณหาค่า Return Loss ก็นำไปเข้าสูตร  RL = -20log[abs(Vreflect/Vincident)] = +6.02 dB ต่อไปให้ลองสมมุติดูว่าถ้าแรงดันที่สะท้อนออกมาจากพอร์ตมีค่าลดลงไปอีก (แสดงว่ายิ่งแมตช์ดีขึ้น) ก็จะพบว่า S11 จะมีค่าติดลบมากขึ้น ในขณะที่ค่า RL ก็จะมีค่ามากขึ้น (ตกลง S11 เป็นตัวเดียวกับ RL หรือไม่)......

รศ.ดร.รังสรรค์ วงศ์สรรค์
12 มีนาคม 2554

การถวายงานใต้เบื้องพระยุคลบาทของท่านอาจารย์ ดร.สุธี อักษรกิตติ์

รองศาสตราจารย์ ดร.สุธี อักษรกิตติ์

        ท่านรองศาสตราจารย์ ดร.สุธี อักษรกิตติ์ อดีตอาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า อดีตคณบดีคณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ และอดีตอธิการบดีสถาบันเทคโนโลยีปทุมวัน และสถาบันการศึกษาอีกหลายแห่ง ท่านอาจารย์สุธี ถือได้ว่าเป็นปูชนียบุคคลที่สำคัญของประเทศไทยอีกท่านหนึ่งที่ได้ทำคุณประโยชน์ทางด้านวงการวิศวกรรมไฟฟ้าสื่อสารให้กับประเทศไทย   โดยเฉพาะในช่วง ๓๐-๔๐ ปีก่อนได้เคยถวายตัวรับใช้ใต้เบื้องพระยุคลบาทแด่องค์พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวเพื่อน้อมรับพระราชดำริในการออกแบบสร้างสายอากาศให้เป็นไปตามพระราชประสงค์ คำเล่าต่อไปนี้จะเป็นฉากของภาพประวัติศาสตร์ที่ท่านอาจารย์สุธี ได้น้อมรับพระราชดำริของพระองค์ท่านเพื่อนำมาออกแบบและสร้างสายอากาศถวายตามพระราชประสงค์ จนกระทั่งสายอากาศเหล่านั้นได้รับพระราชทานชื่อ สุธี ๑ สุธี ๒ สุธี ๓ และสุธี ๔ (Suthi1, Suthi2, Suthi3, Suthi4) ดังนั้นเพื่อเป็นเกียรติประวัติให้แก่ท่านอาจารย์สุธีที่ได้อุทิศตนมาจวบจนกระทั่งถึงทุกวันนี้ ผมในฐานะที่เป็นลูกศิษย์ใกล้ชิดของท่านอาจารย์คนหนึ่ง จึงขออนุญาตนำเรื่องราวที่เป็นประวัติศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับวิศวกรรมสายอากาศมาเล่าให้เพื่อนสมาชิกได้รับทราบและซึมซับกันอีกครั้งหนึ่ง ลองมาดูคำเล่าเรื่องจากท่านอาจารย์กันดูนะครับ...

สายอากาศสุธี ๑ ( Antenna Suthi 1)

           ท่ามกลางแดดจัดยามบ่ายพระมหากษัตริย์ประทับบนดาดฟ้าพระตำหนักจิตรลดารโหฐานพระราชทานกระแสพระราชดำรัสเกี่ยวกับสายอากาศตามพระราชประสงค์จำนวนกว่า ๒๐ รายการ แก่ รศ.ดร. สุธี อักษรกิตติ์ กรรมการบริหารมูลนิธิการศึกษาทางไกลผ่านดาวเทียม

          รศ.ดร.สุธี เล่าว่า " แต่ละข้อเวลาท่านรับสั่งก็คิดไปในใจว่าเอาตำราเล่มไหนดี? จะไป พลิกตรงไหนดี ? พอชักมากขึ้น ๆ ก็เอ... มันไม่มีในตำราเสียแล้วนะครับ "

          คุณสมบัติสำคัญของสายอากาศที่พระราชทานในวันนั้น สรุปได้คือเป็นสายอากาศ สำหรับเครื่องวิทยุสื่อสารผ่านความถี่สูงมาก สามารถรับส่งได้ไกล หาทิศทางขณะติดต่อได้ สามารถต่อพ่วงกับวิทยุได้หลายเครื่องในเวลาเดียวกัน และสูญเสียกำลังส่งขณะกระจายคลื่น ได้บ้างแต่ให้น้อยที่สุด

           " คำว่าได้บ้างในที่นี้ก็เป็นมาตรฐานสากลว่า ๑๐ เปอร์เซ็นต์แต่พระบาทสมเด็จพระ เจ้าอยู่หัวท่านรับสั่งว่า ขอ ๑ เปอร์เซ็นต์นะ ๑๐ กับ ๑ นี่ รู้สึกว่ามันก็เยอะเหมือนกัน " รศ.ดร.สุธี  เล่าต่อ

           ศักยภาพในการคิดและความรู้ทางวิชาการถูกนำออกมาใช้อย่างหนัก ในที่สุดคณะทำงานก็พบว่าการสูญเสียประสิทธิภาพการกระจายคลื่นของสายอากาศเกิดจากผิวของโลหะที่ใช้ทำสายอากาศนั้นหมองเพราะมีออกไซด์จับในครั้งแรก ใช้การขัดผิวจนเป็นมันแต่เกิด ปัญหาตามมาก็คือคงอยู่ได้ไม่นานก็เกิดการหมองอีกซ้ำเพิ่มการสูญเสียมากยิ่งขึ้นไปกว่าเดิม

           รศ.ดร.สุธี : " นึกถึงพระราชดำริของท่าน (ต่อมามีหลายคนก็รู้จัก) เรื่องเศรษฐกิจพอ เพียง คือ บางอย่างนี่สำเร็จสัมฤทธิ์ได้โดยไม่ต้องไปแพงหรือยุ่งยากจนเกินไปนะครับ ผมก็เลยไปซื้อแลคเกอร์ตอนนั้น กระป๋องละยี่สิบกว่าบาทครับ มาฉีดผิวมันไว้เลยไป โค้ทมันไว้ไป ทาผิวมันไว้ตอนนี้เลยไม่หมองเลยทีนี้ก็ใช้ได้ตลอดไป "

           สายอากาศที่พัฒนาขึ้นและพระราชทานชื่อสุธี ๑ นี้ สร้างเสร็จในปี ๒๕๑๕ พระบาท สมเด็จพระเจ้าอยู่หัว ทรงใช้ในงานสื่อสารเพื่อช่วยบรรเทาปัญหาสาธารณภัยต่างๆ ทั้ง อัคคีภัย อุทกภัย รวมทั้งมีส่วนสำคัญในการบรรเทาวิกฤตการณ์ทางการเมืองในปี ๒๕๑๖

           รศ.ดร.สุธี : " หลายท่านก็คงนึกเห็นภาพในยามวิกฤตนี้ พระองค์ท่านจะรู้ก่อนเลยว่า อยู่ตรงไหนกัน ซึ่งทำให้พระองค์ท่านสามารถระงับเหตุได้ทันท่วงทีอย่างน้อยก็ผ่อนที่จะหนักมาก ๆ เป็นเบามาก ๆ "

สายอากาศสุธี ๒

สายอากาศสุธี ๒ ( Antenna Suthi 2)

           กว่า ๓๐ ปีก่อน ตำรวจทหารต้องอาศัยความช่วยเหลืออุปกรณ์วิทยุสื่อสารขนาดเล็กที่มีกำลังส่งไม่เกิน ๑๐ วัตต์ จากองค์การยูซ่อมประเทศสหรัฐอเมริกาซึ่งบางส่วนเป็นวิทยุเหลือค้างจากสงครามเวียดนาม และมีปัญหาเรื่องคุณภาพในการใช้งาน

            เพื่อให้สามารถพัฒนาประสิทธิภาพของวิทยุสื่อสารลักษณะนี้ได้เองในประเทศ จึงมีพระราชประสงค์ ให้พัฒนาสายอากาศที่สามารถรับส่งสัญญาณระหว่างพระตำหนักจิตรลดารโหฐานกับพระตำหนักภูพิงคราชนิเวศน์ในจังหวัดเชียงใหม่ได้ด้วยเครื่องวิทยุกำลังส่งไม่เกิน ๑๐ วัตต์

           " ตกใจพอสมควรครับ ว่าไกลด้วย ! ๖๐๐ กิโลเมตร.? เครื่องส่ง ๕ วัตต์ ๑๐ วัตต์. ? แล้วจะทำยังไงดี ? แต่ก็ยังคิดเข้าข้างตัวเอง ใจดีขึ้นมาหน่อยว่าคงใช้เวลาสักปีสองปีในการค้นคว้าเรื่องนี้ "

           เป็นด้วยประสบการณ์ที่เคยทรงศึกษาทดลองในเบื้องต้นมาก่อนและอาจเป็นด้วยทรงทราบศักยภาพของคณะทำงาน จึงมีพระราชกระแสรับสั่งว่าจะทรงทดลองพระราชดำริใหม่นี้ในอีก ๑๕ ถึง ๒๐ วันข้างหน้า

           รศ.ดร.สุธี : " นอกจากท้าทายแล้วนี่ ยังบ่งบอกถึงความเป็นไปได้ด้วยแต่ว่าต้องใช้ความพยายามอย่างสูง ช่วงนั้นไม่ได้นอนกันสองสัปดาห์เต็มเพื่อจะทำให้เรื่องนี้ให้เสร็จ "

           ในที่สุดเมื่อต้นปี ๒๕๑๗ สายอากาศสุธี ๒ ซึ่งติดตั้งบนพระตำหนักจิตรลดารโหฐานและพระตำหนักภูพิงคราชนิเวศน์ สามารถรับสัญญาณจากเครื่องรับส่งวิทยุกำลังไม่เกิน ๑๐ วัตต์ ในระยะทางกว่า ๖๐๐ กิโลเมตร ได้เป็นผลสำเร็จ

            แม้ว่าสายอากาศสุธี ๒ ที่มีพระราชดำริให้พัฒนาขึ้นนั้นประสบผลสำเร็จตามพระราชประสงค์ แต่จากการเสด็จพระราชดำเนินทรงเยี่ยมราษฎรและข้าราชการทหาร ตำรวจ ในพื้นที่ชนบทซึ่งยังห่างไกลจากการคมนาคมอยู่มาก

            สายอากาศสุธี ๒ มีขนาดใหญ่ไม่เหมาะใช้งานในถิ่นทุรกันดารเช่นนั้น จึงมีพระราชดำริให้พัฒนาสายอากาศขึ้นอีกแบบหนึ่ง ที่ใช้ง่ายสามารถส่งสัญญาณไปได้ไกลโดยเฉพาะในพื้นที่ท่ามกลางป่าเขา

           รศ.ดร.สุธี : " สายอากาศชนิดนั้นต่อมาท่านพระราชทานชื่อว่า " เป็นไส้กรอกหลวง " แล้วท่านก็ยังรับสั่งเป็นภาษาอังกฤษว่า Royal Sausage "

           สายอากาศซึ่งมีรูปร่างเหมือนไส้กรอกอีสานจึงพระราชทานชื่อว่า " ไส้กรอกหลวง " นั้นพัฒนาขึ้นจากสายเคเบิลนำสัญญาณธรรมดาโดยนำมาวงเป็นวงกลมต่อกัน

          รศ.ดร.สุธี : " ที่ปลายของสายอากาศนี้จะยาวหน่อย แล้วเราก็เหวี่ยงให้มันขึ้นไปเกี่ยวกับยอดไม้ ก็จะได้สายอากาศอย่างดีเลยนะครับแล้วไปได้ไกลลิบเลยพอไม่ใช้ก็กระตุกลงมามันก็หลุดลงมาแล้วก็ม้วนทำเหมือนคาวบอย คือ ใช้งานสะดวกครับใช้ในป่า "

          คลื่นวิทยุที่ใช้กับสายอากาศไส้กรอกหลวงนั้นมาจากการค้นคว้าตำราทางวิชาการที่ระบุถึงการค้นพบคลื่นชนิดที่ใช้ยอดไม้ในป่าเป็นสื่อนำสัญญาณซึ่งเป็นความรู้ที่ยังไม่เคยมีการนำมาใช้สร้างงานจริงมาก่อน

           รศ.ดร.สุธี : " ที่น่าสังเกตคือ ยังไม่เคยมีใครทำไกลถึงขนาดนี้ การติดต่อสื่อสารก็ไกลบ้างอะไรอย่างนี้ หรือในป่าซึ่งสายอากาศเป็นสายอากาศพิเศษที่ท่านพระราชทานชื่อเป็นไส้กรอกหลวง อะไรนี่ครับ ซึ่งผมว่าเป็นเรื่องที่บ่งบอกถึงพระอัจฉริยภาพของพระองค์ท่าน "

สายอากาศสุธี ๓

สายอากาศสุธี ๓ - ๔ ( Antenna Suthi 3-4)

           ยังมีสายอากาศสุธี ๓ และ สุธี ๔ ที่เกิดจากพระราชดำริให้พัฒนาเพื่อให้การสื่อสาร มีประสิทธิ- ภาพสูงสุด สัญญาณไม่ขาดหายแม้ในสภาพอากาศแปรปรวน แบบสายอากาศต่างๆ ที่มีพระราชดำริให้พัฒนาขึ้น ซึ่งถ้าคำนวณเป็นมูลค่าทางการค้านั้นมีราคาสูงยิ่งแต่ได้พระราชทานแบบให้เปล่าแก่ทางราชการ ทั้งทหาร ตำรวจ และพลเรือน การไฟฟ้าฝ่ายผลิต กระทรวงศึกษาธิการ รวมถึงใช้เป็นกิจการรักษาพยาบาลทางไกลของมูล นิธิ พอ.สว. ด้วย ทำให้ประเทศสามารถลดการนำเข้าสายอากาศได้เป็นเงินมหาศาล

           จากพระราชดำริริเริ่มที่ตั้งต้นจากประโยชน์ใช้งานเป็นหลักความลึกซึ้งรอบด้านในการแสวงหาข้อมูลทางวิชาการ ผสานความร่วมมือกันของคณะทำงานเพื่อประโยชน์ ส่วนรวม อย่างแท้จริงบนหลักของความเชื่อมั่นที่จะพึ่งตนเองเป็นแบบอย่างการใช้ปรัชญาของเศรษฐกิจ พอเพียงเป็นกรอบในการทำงานที่ชัดเจน

           รศ.ดร.สุธี สรุปในตอนท้ายว่า
          "อย่างที่พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวท่านมีรับสั่งเรื่องความพอเพียงทั้งหลายนะครับ ถ้าเราไปแสวงหาในสิ่งซึ่งมันแพงแล้วหายากมากในที่สุดแล้ว เราก็ไม่สามารถที่จะ พัฒนาอะไรขึ้นมาได้"

หมายเหตุ สำหรับรูปภาพของสายอากาศสุธี ๑ และสายอากาศสุธี ๔ ผมได้ขอจากท่านอาจารย์แล้วครับ หากได้มาเมื่อใด จะรีบนำมาเผยโฉมให้พวกเราได้ชมกันครับ......รศ.ดร.รังสรรค์ วงศ์สรรค์ (๑๒/๐๓/๕๔)

สาระน่ารู้ (จริงๆ) เกี่ยวกับสถานีวิทยุชุมชน (ตอนที่ 2)

เทคโนโลยีของเครื่องมือ/อุปกรณ์ที่ช่วยในการจัดการสถานีวิทยุชุมชน
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

สาระน่ารู้ (จริงๆ) เกี่ยวกับสถานีวิทยุชุมชน (ตอนที่ 1)

เทคนิคและเทคโนโลยีในการจัดการวิทยุชุมชน
เรียบเรียงโดย รองศาสตราจารย์ ดร.รังสรรค์ วงศ์สรรค์

“คลื่นวิทยุสถานีวิทยุชุมชนรบกวนคลื่นวิทยุการบิน”  

            แม้ว่าจะเป็นประเด็นที่ดูเหมือนว่าเป็นเพียงประเด็นเดียวที่ได้รับผลกระทบจากสถานีวิทยุชุมชน แต่ข้อเท็จจริงนั้นผลดังกล่าวได้ไปกระทบกับกิจการโทรคมนาคมอื่นๆ อีกมาก สาเหตุที่ผู้เรียบเรียงได้เน้นในประเด็นนี้ขึ้นมาก็เพราะว่าสัญญาณจากเครื่องส่งวิทยุกระจายเสียงที่ถูกส่งออกอากาศไปแล้วเกิดการรบกวนความถี่ของวิทยุการบินนั้นจะเกิดอันตรายเป็นอย่างยิ่ง เนื่องจากเส้นทางการบินภายในประเทศทั้งส่วนที่เป็นของราชการและเชิงพาณิชย์นั้นมีโครงข่ายครอบคลุมเกือบทุกพื้นที่ของประเทศ จึงมีโอกาสที่จะได้รับผลกระทบจากสถานีวิทยุชุมชนที่มีมาตรฐานไม่เป็นไปตามที่กำหนด

             ทุกวันนี้เมื่อเปิดเครื่องรับวิทยุกระจายเสียงในระบบ FM แล้วทำการปรับเลือกรับสถานีจะพบว่าแต่ละสถานีจะมีช่องความถี่ใกล้ชิดกันมากหรือห่างกันเพียง 0.25 MHz ซึ่งแต่เดิมแต่ละสถานีจะห่างกัน 1 MHz หรือ 0.5 MHz เท่านั้น จำนวนของสถานีส่งวิทยุกระจายเสียงที่เพิ่มขึ้นก็เนื่องจากมีการตั้งสถานีวิทยุชุมชนนั่นเอง โดยมีเหตุผลสนองตอบต่อมาตรา 40 ของรัฐธรรมนูญแห่งราชอาณาจักรไทยฉบับปี 2540 ซึ่งมีเนื้อหาว่าด้วยการเสริมสร้างความเข้มแข็งขององค์กรชุมชนและเพื่อสนับสนุนการปฏิรูปสื่อตามหลักการสิทธิในเรื่องการสื่อสารของประชาชน คณะอนุกรรมการวิทยุกระจายเสียงและวิทยุโทรทัศน์ ในคณะกรรมคณะกรรมการกิจการโทรคมนาคแห่งชาติ จึงได้ออกประกาศหลักเกณฑ์และวิธีการอนุญาตประกอบกิจการบริการชุมชนชั่วคราว (วิทยุกระจายเสยงชุมชน) ขึ้นมา เพื่อเป็นการเตรียมความพร้อมในการเข้าถึงช่องทางการสื่อสารของชุมชน ทั้งทางด้านเทคนิค ด้านการผลิตรายการ และด้านการบริหารจัดการคลื่นความถี่ ซึ่งเป็นสมบัติสาธารณะของประเทศนั่นเอง อย่างไรก็ตามการตั้งสถานีส่งวิทยุกระจายเสียงนั้นต้องอยู่ในหลักเกณฑ์ทางด้านเทคนิคอย่างเคร่งครัดมิเช่นนั้นอาจจะมีผลเสียหายที่ไม่คาดคิดตามมาได้ ดังที่เช่นที่ผู้เรียบเรียงได้เปิดประเด็นไว้ในตอนต้น ดังนั้นจึงได้รวบรวมย่านความถี่ใช้งานต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับระบบการบินซึ่งสถานีวิทยุชุมชนอาจส่งสัญญาณไปรบกวนให้ได้รับทราบดังนี้

- ระบบเครื่องรับ-ส่งวิทยุ สำหรับการติดต่อสื่อสาร ความถี่อยู่ในย่าน 100 - 156 MHz (VHF/AM), ย่านความถี่ 225.000 - 399.950 MHz (UHF/AM), ย่านความถี่ 30.000 - 87.975 MHz (VHF/FM) และย่านความถี่ 2 - 30 MHz (HF/SSB)

- ระบบเครื่องช่วยการเดินอากาศที่ใช้เป็นหลักโดยทั่วไป เช่น ระบบนำเครื่องบินลงสู่สนามบินด้วยเครื่องวัดประกอบการบิน (ILS) ประกอบด้วย LOCALIZER ย่านความถี่ 108 - 112 MHz, GLIDESLOPE ย่านความถี่ 328 - 336 MHz และ MARKER BEACON ความถี่ 75 MHz, ระบบนำเครื่องบิน เข้า-ออกสนามบิน (VOR) ย่านความถี่ 108 - 118 MHz, DME ย่านความถี่ 962 - 1215 MHz, ระบบเครื่องช่วยการเดินอากาศยุทธวิธีทางทหาร (TACAN) ย่านความถี่ 960 - 1215 MHz

            นอกจากนี้ยังมีย่านความถี่ของระบบการส่งสัญญาณวิทยุโทรทัศน์ภายในประเทศ ที่แม้ว่าผลกระทบของการรบกวนจากสถานีวิทยุชุมชนจะไม่ก่อให้เกิดอันตรายก็ตาม แต่ก็อาจทำให้เกิดผลกระทบทางข้อกฎหมายส่งผลให้สถานีวิทยุชุมชนนั้นถูกดำเนินคดีและถูกสั่งปิดหรือถูกสั่งยึดอุปกรณ์จนกระทั่งไม่สามารถดำเนินการออกอากาศได้ตามที่ต้องการ ดังนั้นผู้เรียบเรียงจึงขอนำความรู้พื้นฐานทางเทคนิคที่สำคัญมาแนะนำให้ทราบ เพื่อจะได้เข้าใจถึงวิธีการแก้ไขและการเลือกใช้เครื่องมือหรืออุปกรณ์ประกอบสถานีให้ถูกต้องและที่สำคัญจะได้ไม่ถูกหลอกลวงจากผู้ประกอบการที่ขาดจริยธรรมในการประกอบวิชาชีพทางเทคนิควิศวกรรมของตนเอง

            เมื่อพิจารณาย่านความถี่ดังกล่าวแล้ว อาจจะมองอย่างผิวเผินว่าความถี่ของคลื่นวิทยุสถานีวิทยุชุมชนถูกกำหนดให้อยู่ในช่วงตั้งแต่ 87-108  MHz  ซึ่งไม่ตรงกันเลยจึงไม่น่าจะไปรบกวนความถี่ของคลื่นวิทยุการบินได้ แต่ทำไมจึงเกิดปรากฏการณ์ที่มีคลื่นวิทยุชุมชนหลายแห่งได้ไปรบกวนระบบเครื่องรับส่งวิทยุสำหรับการติดต่อสื่อสารและเครื่องช่วยเดินอากาศของระบบการบินทั้งในย่านความถี่ VHF และ UHF ลักษณะการรบกวนบางครั้งจะได้ยินเสียงผู้จัดรายการวิทยุหรือมีเสียงเพลงแทรกที่เครื่องรับวิทยุที่ใช้ในการติดต่อสื่อสารระหว่างนักบินกับเจ้าหน้าที่หอบังคับการบินในพื้นที่นั้นๆ ซึ่งสุดท้ายจากการตรวจสอบสามารถระบุได้ชัดเจนว่าการรบกวนดังกล่าวเกิดจากคลื่นวิทยุของสถานีวิทยุชุมชน เนื่องจากเมื่อแจ้งให้ดำเนินการแก้ไขการรบกวนดังกล่าวก็หายไป ซึ่งในขั้นต้นสามารถทำได้ด้วยการหยุดการส่งออกอากาศชั่วคราวหรือให้ทดลองลดกำลังส่งออกอากาศลงก็จะสามารถวิเคราะห์ได้เป็นอย่างดีและเป็นวิธีที่ง่ายที่สุด

            สำหรับลักษณะของการรบกวนที่เกิดจากเครื่องส่งวิทยุที่มีลักษณะทางเทคนิคที่ไม่ผ่านเกณฑ์มาตรฐานและก่อให้เกิดการรบกวนต่อการใช้ความถี่วิทยุในข่ายสื่อสารอื่นนั้น จะถูกเรียกลักษณะการรบกวนนี้ว่า การแพร่แปลกปลอม (Conducted Spurious Emission) ซึ่งหมายถึง การแพร่ที่ขั้วต่อสายอากาศที่ความถี่วิทยุใดๆ ที่อยู่นอกเหนือแถบความถี่ที่จำเป็น (Necessary Bandwidth) ซึ่งหมายรวมถึงการแพร่แปลกปลอมจากปัจจัยต่างๆ ดังต่อไปนี้ด้วย

        - การแพร่ฮาร์มอนิก (Harmonic Emission) เป็นการสร้างความถี่ที่มีค่าเป็นทวีคูณของความถี่ที่กำหนดให้ออกอากาศหรือที่เรียกว่า ความถี่มูล (Fundamental Frequency) โดยจะมีความถี่ที่สูงเป็น 2 เท่า 3 เท่า 4 เท่า หรือ 5 เท่าของความถี่ที่กำหนดในการออกอากาศ ซึ่งอาจไปรบกวนความถี่ข่ายสื่อสารอื่นๆ เช่น คลื่นความถี่ของระบบการบิน หรือคลื่นความถี่ของสถานีส่งสัญญาณโทรทัศน์เป็นต้น ตัวอย่างเช่น ระบบ FM ใช้ย่านความถี่ในการออกอากาศ 87.75-107.75 MHz จะมีฮาร์มอนิกที่ 2 ที่ความถี่ 175.5-215.5  MHz จะรบกวนการส่งสัญญาณโทรทัศน์ช่อง 5-10,  ฮาร์มอนิกที่ 3 ที่ความถี่  263.25-323.25 MHz ซึ่งรบกวนการส่งสัญญาณโทรทัศน์ระบบเคเบิลช่อง S11-S22,  ฮาร์มอนิกที่ 4 ที่ความถี่  351-431  MHz  จะรบกวนการส่งสัญญาณโทรทัศน์ระบบเคเบิ้ลช่อง S27-S37, ฮาร์มอนิกที่ 5 ที่ความถี่ 438.75-538.75 MHz จะรบกวนการส่งสัญญาณโทรทัศน์ระบบเคเบิ้ลช่อง S38-S41 และการส่งสัญญาณโทรทัศน์ช่อง 29 (โทรทัศน์สาธารณะ Thai PBS), ฮาร์มอนิกที่ 6 ที่ความถี่ 526.5-646.5 MHz จะรบกวนการส่งสัญญาณโทรทัศน์ช่อง 28-43 และสุดท้ายฮาร์มอนิกที่ 7 ที่ความถี่ 614.25-754.25 MHz จะรบกวนการส่งสัญญาณโทรทัศน์ช่อง 39-56 นอกจากนี้ยังพบว่าฮาร์มอนิกที่เกิดขึ้นทั้งหมดนี้จะมีบางช่วงความถี่ที่ไปตรงกับคลื่นความถี่ของระบบการบินด้วย โดยค่าทวีคูณของฮาร์มอนิกนี้เมื่อมีลำดับมากขึ้นกำลังของมันก็จะอ่อนลงไปตามลำดับ ส่วนสาเหตุที่สามารถสร้างคลื่นฮาร์มอนิกออกมาได้นั้นอาจเกิดจากเครื่องส่งที่มาจากโรงงานผู้ผลิตไม่ได้มาตรฐานหรือเครื่องส่งนั้นผ่านการซ่อมที่มีเครื่องมือไม่เพียงพอหรือมีการดัดแปลงเพื่อหวังให้ได้กำลังส่งเพิ่มขึ้น

                                                         แสดงการเกิดคลื่นฮาร์มอนิค

 

 

 - การแพร่พาราซิติก (Parasitic Emission) เป็นความถี่แปลกปลอมที่แพร่ออกมาจากเครื่องส่งวิทยุในย่านความถี่วิทยุ 87.5-108  MHz ซึ่งเกิดจากชุดขยายสัญญาณวิทยุของเครื่องส่งวิทยุทำงานไม่ถูกต้อง สังเกตได้จากเครื่องรับวิทยุจะรับสัญญาณที่ส่งออกอากาศได้หลายช่องความถี่พร้อมกัน ดังนั้นระเบียบคณะกรรมการบริหารวิทยุกระจายเสียงและวิทยุโทรทัศน์ ว่าด้วยการกำหนดลักษณะพึงประสงค์ทางเทคนิคสำหรับสถานีวิทยุกระจายเสียง พ.ศ. 2520  จึงกำหนดการควบคุมความแรงของคลื่นความถี่แปลกปลอม  (Spurious Emissions)  โดยเครื่องส่งวิทยุจะต้องมีวงจรลดทอนกำลังของคลื่นฮาร์มอนิกที่สองและวิธีการกำจัดกำลังของคลื่นความถี่แปลกปลอมอื่น ๆ  ไม่ให้มีค่าเกินจากที่กำหนดคือ จะต้องมีความแรงของคลื่นความถี่แปลกปลอมส่วนที่แรงที่สุด (วัดที่จุดต่อเข้าสายส่งของระบบสายอากาศ)ต่ำกว่าความแรงของคลื่นความถี่มูลซึ่งวัดได้ที่จุดเดียวกันไม่น้อยกว่า  60 dB  และค่าความแรงดังกล่าวจะต้องมีค่าไม่เกิน 1  มิลลิวัตต์

            นอกจากนี้การแพร่แปลกปลอมยังได้รวมถึงผลจากการมอดูเลตระหว่างกัน (Intermodulation Product) ในอากาศ รวมทั้งการมอดูเลตเกิน (Overmodulation)ไว้ในกรณีนี้ด้วย การมอดูเลตหรือการผสมคลื่นในอากาศเกิดจากการส่งคลื่นออกอากาศพร้อมกันสองสถานีขึ้นไป จะทำให้เกิดการสร้างความถี่ขึ้นมาใหม่ เช่น อาจจะมีความถี่ฮาร์มอนิกที่ 2 ของความถี่สถานีที่ 1 ลบกับความถี่ของสถานีที่ 2 ที่กำลังส่งออกอากาศและอาจกลายเป็นความถี่ใหม่ไปตรงกับความถี่ของวิทยุการบินหรือวิทยุโทรทัศน์

                                                          แสดงการเกิดคลื่นพาราซิติก

 

 

             สำหรับการรบกวนอีกสาเหตุหนึ่งที่เกิดจากการมอดูเลตเกินนั้น เกิดจากอัตราที่ใช้ในการผสมคลื่นเสียงกับคลื่นพาห์ที่เรียกว่า มอดูเลชั่นอินเด็กซ์ (Modulation Index) มีค่าสูงเกินพิกัดจนเป็นเหตุให้เกิดการแผ่กระจายคลื่นวิทยุที่ไม่ต้องการ (Spurious Frequency) ออกมารบกวนการรับฟังในช่องสัญญาณอื่น ซึ่งในสภาวะปกติในการมอดูเลตแบบ FM นี้ความถี่มูลจะเกิดการเบี่ยงเบน (Deviation) ซึ่งมีค่ามาตรฐานอยู่ที่ 150 KHz หมายความว่า ความถี่จะแกว่งเพิ่มขึ้นหรือลดลงจากความถี่คลื่นพาห์ 75 kHz เช่น เมื่อเราฟังสัญญาณวิทยุที่ความถี่ 100 MHz แสดงว่าความถี่จะแกว่งอยู่ระหว่าง 99.925 - 100.075 MHz และหากเกิดการมอดูเลตเกิน ความถี่เบี่ยงเบนในส่วนที่เกินออกไปจะยิ่งมีลักษณะเป็นสัญญาณแบบ AM มากขึ้นและทำให้เกิดการรบกวนในช่องความถี่ข้างเคียงได้มากขึ้น  สำหรับข้อกำหนดการส่งวิทยุชุมชน คือ คลื่นความถี่แปลกปลอมต่ำกว่าความแรงของคลื่นความถี่มูล ซึ่งวัดได้ที่จุดเดียวกันไม่น้อยกว่า -75 dB ตามรูป (กำลังส่ง 200 วัตต์)

                   แสดงระดับของสัญญาณรบกวนเมื่อเทียบกับคลื่นพาห์ในช่วง 9 kHz - 11 GHz

 

 

 - การพร่นอกแถบ (Out-of-Band) หมายถึง การแพร่ที่ขั้วต่อของสายอากาศที่ความถี่วิทยุใดๆ ที่อยู่นอกเหนือแถบความถี่ที่จำเป็น (Necessary Bandwidth) ในขณะที่มีการมอดูเลตความถี่เสียงตามที่กำหนด โดยไม่รวมถึงการแพร่แปลกปลอม (Spurious Emission) โดยต้องจำกัดการแพร่นอกแถบนี้ให้อยู่ในขอบเขตที่กำหนดไว้ในตารางข้างล่างนี้

นอกจากนี้ยังมีข้อกำหนดทางเทคนิคที่สำคัญอีก 2 ข้อ ได้แก่ ค่าผิดพลาดทางความถี่ (Frequency Error) ซึ่งหมายถึง ค่าแตกต่างระหว่างความถี่คลื่นพาห์ในขณะที่ไม่มีการมอดูเลตกับความถี่ที่ระบุ (Nominal Frequency) ของภาคเครื่องส่งซึ่งจะต้องมีค่าไม่เกิน 2 kHz และสุดท้ายคือค่าเบี่ยงเบนทางความถี่ (Frequency Deviation) หมายถึง ค่าแตกต่างที่มากที่สุดระหว่างความถี่ขณะใดขณะหนึ่ง (Instantaneous Frequency) เมื่อมีการมอดูเลตกับความถี่คลื่นพาห์ในขณะที่ไม่มีการมอดูเลตซึ่งจะต้องมีค่าไม่เกิน +/- 75 kHz

หมายเหตุ บทความนี้ผมได้บรรยายให้กับสถานีวิทยุชุมชุน ที่ จ.นครราชสีมา , จ.อุดรธานี ,
จ.พิษณุโลก , จ.สงขลา และกรุงเทพมหานคร ในโครงการของ กสทช.