Bloggang.com : : nipa-bd : หน้าที่จานรับสัญญาณดาวเทียม

หน้าที่จานรับสัญญาณดาวเทียม

จานรับสัญญาณดาวเทียม

Satellite Antennas

ตลอดเวลาในช่วงยี่สิบปีท่านมา ปรากฏว่าสายอากาศที่ใช้รับสัญญาณจากดาวเทียมได้เพิ่มจำนวนขึ้นเป็นล้านๆ จานทั่วโลกซึ่งส่วนใหญ่จะมีขนาดที่ใหญ่มากคือมีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 8-32 ฟุต ตั้งอยู่หน้าบ้าน หลังบ้าน หรือหลังคาตึกเต็มไปหมด เคยตั้งคำถามตัวเองว่าทำไมต้องใช้จานใหญ่ขาดนี้

โดยทั่วไปดาวเทียมที่ใช้ส่งสัญญาณโทรทัศน์จะทำงานที่ความถี่ 3.7-4.2 GHz และส่งด้วยกำลังส่งประมาณ 8-16 วัตต์เท่านั้น หลังจากที่เดินทางมาเป็นระยะทาง 35,786 กิโลเมตรและแผ่กระจายครอบคลุมพื้นที่ของโลกเป็นบริเวณกว้าง จึงทำให้สัญญาณที่ส่งลงมาจึงอ่อนกำลังลงไปมากจนแถบจะหมดไปเลย สาเหตุที่ดาวเทียมประเภทนี้ใช้กำลังส่งข้อนข้างต่ำเพราะว่าบนพื้นโลกมีการใช้ความถี่ที่ใกล้เคียงกับที่ดาวเทียมใช้อยู่ในการติดต่อสื่อสารบนพื้นดินกันเป็นจำนวนมากอยู่แล้วถ้าหากดาวเทียมใช้กำลังส่งสูงด้วยแล้ว ก็จะทำให้เกิดการรบกวน หรือที่เรียกว่า ไปแทรกสอดสัญญาณของสถานีโทรคมนาคมภาคพื้นดินที่มีอยู่เดิม เช่น วงจรโทรศัพท์ เป็นต้น

ในปัจจุบันองค์การอินเทลแซท และประเทศทางเอเชีย เช่น ญี่ปุ่น หือทางประเทศออสเตรเลีย ซึ่งมีพื้นที่ของประเทศตลอดทั้งทวีป ได้พัฒนาดาวเทียมให้สามารถให้มีกำลังส่งจากดาวเทียมขนาดปานกลาง โดยเฉลี่ยใช้ความถาย่าน Ku-band ในการรับส่งแทนความถี่ย่าน c-band ที่เยใช้งานอยู่ มาใช้ในการติดต่อสื่อสารภายในพื้นที่หรือประเทศของตนเองมานานแล้ว หากใช้ความถี่ย่านนี้ในการส่งสัญญาณโทรทัศน์ ก็สามารถใช้จานรับสัญญาณขนาดเล็กประมาณ 1.5-3 ฟุต มารับสัญญาณได้ย่างดี สาเหตุที่จานขนาดเล็กสามารถรับสัญญาณย่านKu-band ได้ดี เนื่องจากส่งลงมาด้วยกำลังส่งปลานกลางประมาณ 20-50 วัตต์ จานรับสัญญาณจึงไม่จำเป็นต้องมีขนาดใหญ่และไม่จำเป็นต้องมีอัตราขยายมากนัก

ในประเทศญี่ปุ่นนั้น ชาวญี่ปุ่นสามารถรับสัญญาณโทรทัศน์จากดาวเทียมได้โดยตรงโดยเรียกระบบการส่งสัญญาณโทรทัศน์แบบนี้ว่า DBS (Direct Broadcast Satellite) ทำงานที่ความถี่ช่วง 11.75-12.0 GHz ส่งด้วยกำลังส่งที่สูงมากประมาณ 100 วัตต์ต่อช่องจึงทำให้ชาวญี่ปุ่นที่อยู่ในย่านกรุงโตเกียว และจังหวัดใกล้เมืองหลวงสามารถใช้จานที่มีขนาดเล็กประมาณ 40 เซนติเมตร ก็สามารถรับสัญญาณดาวเทียมได้เป็นอย่างดี ยกเว้นผู้ที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ห่างไกลจากจุดศูนย์กลางของลำคลื่น จะต้องใช้จานที่มีขนาดใหญ่กว่าเดิม คือขนาดตั้งแต่ 75-90 เซนติเมตร เช่นที่ฮอกไกโดซึ่งเป็นเกาะที่อยู่เหนือสุดของประเทศญี่ปุ่น เป็นต้น

จานอะลูมิเนียม จานไฟเบอร์กลาส และจานแบบตาข่าย

ไม่ว่าจะเป็นจานรับสัญญาณแบบใด ๆ ก็จะมีหลักการเดียวกันคือ รับสัญญาณจากดาวเทียมลงมาแล้วสะท้อนกลับขึ้นไปยังจุดเดียวกันซึ่งเรียกว่าจุดโฟคัล (Focal Point) สัญญาณที่มีกำลังอ่อน ๆ เมื่อพุ่งลงมากระทบพื้นที่ของจาน แล้วสะท้อนไปรวมยังจุดเดียวกัน จะมีผลทำให้สัญญาณแรงขึ้นมาได้ ไม่ว่าจะผลิตมาจากอะลูมิเนียม ไฟเบอร์กลาส หรือแบบตาข่ายก็ตาม สิ่งแรกที่จะต้องสนใจก็คือ ต้องมีส่วนโค้งที่ถูกต้องและมีลักษณะเป็นพาลาโบลิกเท่านั้น ก็สามารถรับสัญญาณได้แล้ว วิธีการผลิตก็คงต้องขึ้นอยู่กับโรงงานว่าจะใช้วิธีการแบบใด

สำหรับจานอะลูมิเนียมแบบทึบนั้น จะได้ประสิทธิภาพที่ดีกว่าจานแบบไฟเบอร์กลาส หรือแบบตาข่าย จานอลูมิเนียมแบบทึบมักจะเคลือบด้วยสีที่มีคุณภาพไม่สะท้อนแสงเพราะหากสะท้อนแสงแล้วจะทำให้เกิดการรวมแสงเช่นเดียวกับคลื่นผลที่ตามมาก็คือ อุปกรณ์ LNB อาจจะพังหรือเสียหายก่อนเวลาที่ควรจะเป็นก็ได้ ส่วนเนื้ออะลูมิเนียมมักจะทำจากอะลูมิเนียมเกรดดีสามารถป้องกันการผุกร่อนจากสนิมออกไซด์ของอะลูมิเนียมได้ดี

ส่วนจานรับสัญญาณแบบตาข่าย ขณะนี้จะนิยมมากที่สุดเพราะไม่ทำให้เสียทัศนียภาพข้างหลังได้ แต่จานแบบตาข่ายนี้ค่อนข้างจะเกิดการเสียหายหรือผิดรูปได้ง่าย เนื่องจากเป็นโลหะที่มีรูพรุนจึงบอบบาง ดังนั้นการติดตั้งใช้งานแต่ละส่วนจึงควรจะเป็นไปตามคำแนะนำของผู้ผลิต ที่เน้นมากก็คือ ความเป็นส่วนโค้งพาราโบลิกของเนื้อจานจะต้องโค้งได้รูปตลอดเวลา วิธีเช็คง่าย ๆ โดยการใช้มือลูบที่ผิวของจานก็สามารถรู้ได้ว่า โค้งตลอดทั้งแผ่นหรือไม่ หากผิวของส่วนโค้งของแต่ละแผ่นไม่เป็นไปตามพาราโบลิกแล้ว จะทำให้คลื่นที่มาตกกระทบบางส่วนไม่พุ่งไปรวมที่จุดโพคัล สัญญาณก็จะมีความแรงลดลง

สำหรับจานแบบไฟเบอร์ ลักษณะทางโครงสร้างก็เหมือนกับจานทึบ และใช้กันค่อนข้างมาก จานแบบไฟเบอร์ที่เป็นมาตรฐานนั้น ภายในโครงสร้างของมันจะมีการฝังลวดตาข่ายเอาไว้ เพื่อใช้เป็นตัวสะท้อนสัญญาณจากดาวเทียม เพราะหากไม่มีลวดตาข่ายถักฝังเอาไว้ภายใน สัญญาณจะทะลุจานออกไปหมด ลักษณะของการผลิตจะใช้วิธีพ่นไฟเบอร์กลาสลงมาบนโมล แล้ววางลวดตาข่ายที่ทอหรือถักลงไป จากนั้นจึงฉีดไฟเบอร์กลาสทับลงไปอีกครั้งหนึ่ง

การจัดสร้างจานขึ้นมานั้น อาจจะทำเป็นชิ้นเดียวหรือหลาย ๆ ชิ้น แล้วนำมาประกอบเข้าด้วยกันก็ได้ แต่ความแน่นอนในเรื่องของประสิทธิภาพการสะท้อนของสัญญาณแล้วจานแบบชิ้นเดียวจะดีกว่า ส่วนจานที่แบ่งออกเป็นเสี้ยวแล้วมาประกอบกันจะมีข้อเสียตรงส่วนนี้แต่จะมีความแข็งแรงกว่าเพราะช่วงรอยต่อที่นำมาประกบกันจะกลายเป็นกระดูก หรือเป็นส่วนที่เสริมความแข็งแรงให้กับจาน อีกทั้งยังสะดวกต่อการขนส่ง และถอดเปลี่ยนได้ง่าย ในกรณีที่ชิ้นใดชิ้นหนึ่งเสียหาย ส่วนเรื่องของรอยต่อแต่ละชิ้นที่เป็นปัญหาในการสะท้อนของคลื่นนั้นถือว่ามีน้อยมาก(ขึ้นอยู่กับจำนวนชิ้นของจานด้วย) เมื่อเทียบกับพื้นที่ของจานทั้งหมด

สายอากาศพาราโบลิกและสเฟียร์ริคอล

สายอากาศที่ใช้รับสัญญาณโทรทัศน์จากดาวเทียมเพียงอย่างเดียว (TVRO: TV Receive Only) นั้น จะมีลักษณะเป็นจาน มีอยู่ 2 แบบที่เป็นหลักคือ แบบพาลาโบลิก และแบบสเฟียร์ริคอล สายอากาศแบบพาลาโบลิกนั้น จากลักษณะของส่วนโค้ง จะทำให้สัญญาณทั้งหมดที่ตกลงมากระทบส่วนโค้งแล้วสะท้อนไปยังจุดโฟคัลเหนือจานรับสัญญาณ หากส่วนโค้งของจานมีความแน่นอนถูกต้อง ความแรงของสัญญาณก็จะถูกส่งไปยังวงจรขยายสัญญาณขั้นแรก หรือที่เรียกกันว่า LNB ก็จะมีมากขึ้น

ลักษณะการนำไปใช้รับสัญญาณจากดาวเทียมก็คือ หันจานไปยังทิศทางของตำแหน่งของดาวเทียมที่ต้องการ การปรับทิศทางนั้นอาจกระทำโดยใช้มือปรับ หรือใช้วงจรทางอิเล็กทรอนิกส์ปรับเอาก็ได้ ส่วนตัวฟีดฮอร์น และ LNB จะติดตั้งอยู่เหนือจานพาราโบลิกโดยอยู่ที่จุดศูนย์กลาง และจุดโฟคัลของจาน ซึ่งตำแหน่งนี้จะสามารถทำให้รับสัญญาณได้ดีที่สุด

ส่วนลักษณะของสายอากาศสเฟียร์ริคอลนั้นมักจะเป็นรูปสี่เหลี่ยมเสมอ แต่จะมีผิวเป็นส่วนโค้งเช่นเดียวกับพาราโบลิก ซึ่งถ้าขยายผิวจานออกไปเรื่อย ๆ และเท่า ๆ กันออกไปทุกด้านของสี่เหลี่ยมก็จะกลายเป็นรูปปริมาตรของทรงกลมพอดี สิ่งที่แตกต่างจากจานพาราโบลิก ก็คือ สามารถจะมีจุดโฟคัลได้หลายจุดบนจานเดียวกัน ทำให้รับสัญญาณจากจานดาวเทียมได้พร้อมกันครั้งละหลาย ๆ ดวง นั่นก็คือ หากมีจานรับสัญญาณแบบนี้เพียงจานเดียวติดตั้งที่ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง จะสามารถมองเห็นตำแหน่งต่าง ๆ ของคลาคออร์บิท (Clarke Orbit) ได้กว้างกว่าจานแบบพาราโบลิก ดังนั้นหากนำฟีดฮอร์น และ LNB ไปติดตั้งบนเม้าท์ที่ติดตั้งอยู่บนหน้าจานแบบสเฟียร์ริคอล และเลื่อนฟีดฮอร์นไปยังจุดโฟคัลที่แตกต่างกันก็จะทำให้รับสัญญาณจากดาวเทียมดวงต่าง ๆ ได้ภายในช่วง 20 องศา ของทิศทางที่จานรับสัญญาณนี้ติดตั้งอยู่ หรือชี้ตรงออกไป

อัตราการขยายของจานรับสัญญาณ

สายอากาศที่มีรูปร่างคลายจานจะมีค่าแสดงตัวอัตราต่างๆ เหมือนกับสายอากาศแบบอื่นๆ เช่นกัน สิ่งหนึ่งที่กล่าวกันก็คือค่าอัตราการขยาย หรือที่มักจะเรียกทับศัพท์ภาษาอังกฤษกันเสมอว่า เกน (Gain) นั่นเอง

อัตราการขยายของสายอากาศก็คือ การวัดความสามารถของจานสายอากาศที่รับหรือส่งพลังงานออกไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง สิ่งที่จะกล่าวต่อไปนี้มีผลกระทบต่ออัตราการขยายของจานรับสัญญาณ ซึ่งถือว่าเป็นสายอากาศทั้งสิ้น ได้แก่

1) พื้นที่หน้าตัดของจานรับสัญญาณ (ไม่ใช่พื้นที่ผิวของจาน บางตำราใช้คำว่าพื้นที่ว่าช่องเปิด)

2) ช่องเปิดของ LNB หรือขนาดของรีเฟร็กเตอร์ย่อย ( Sub-reflector )

3) ผิวของจานรับสัญญาณ

4) รีเฟร็กเตอร์ย่อยไม่ยู่มนตำแหน่งของโฟกัสที่ดีที่สุด

5) ความโค้งของผิวจานที่ไม่เป็นไปตามลักษณะพาราโบลิก

หากเกิดสิ่งที่ผิดปกติหรือข้อผิดพลาดจากปัจจัยทั้งห้านี้จะเป็นสามเหตุทำให้อัตราการขยายลดลง โดยจานรับสัญญาณแบบพาราโบลิกจะมีค่าสัมประสิทธิ์ของประสิทธิภาพ (ŋ) กำหนดเอาไว้เช่นเดียวกับสายอากาศแบบอื่นๆ เช่นกันซึ่งค่า ŋ ของสายอากาศแบบพาลาโบลิกจะมีประมาณ 60-75% ในในการออกแบบตานรับสัญญาณแบบพาลาโบลิกนั้น

ข้อเปรียบเทียบระหว่างพาลาโบลิกแบบลึกกับแบบตื้น

ในการออกแบบความโค้งของจานแบบพาลาโบลิกนั้น วิศวกรผู้ออกแบบจะเป็นผู้พิจารณาว่าจะออกแบบให้จานรับสัญญาณมีความตื้น หรือความลึกมากน้อยเพียงใด

จานพาราโบลิกที่มีความตื้นกว่านั้น จะมีระยะโฟคัลยาวมาก ทำให้ต้องติดตังอุปกรฟีดฮอร์น และ LNB ห่างออกไปจากจุดศูนย์กลางของจานมากด้วย แต่จานที่มีความตื้นนั้นจะให้อัตราการขยายของจานสูงกว่าจานที่มีขนาดลึก เนื่องจากฟีดฮอร์นสามารถรับเอาคลื่นที่สะท้อนจากพื้นที่ของจานมาสู่ตัวมันได้ทั้งหมด จากการบออกแบบให้จานพาราโบลิกมีความตื้นก็คือสามารถรับเอาสัญญาณรบกวนที่เกิดจากผิดโลก ซึ่งอยู่ในความถี่เดียวกันกับที่ใช้ในการสื่อสารดาวเทียมเข้ามาด้วยสัญญาณที่รับจากดาวเทียม จะถูกรวมเข้ากับสัญญาณรบกวน ทำให้ความแรงที่เรารับจริงจากดาวเทียมลดลงไปอีก ซึ่งจานพาราโบลิกแบบตื้นนี้จะป้องกันหรือบดบังสัญญาณรบกวนได้ก็ต่อเมื่อถูกนำไปติดตั้งในที่ที่มีมุมเงย (Elevation Angle) ต่ำๆ และการที่มีจุดโฟคัลยาวมากๆ นั้น จึงมีตำแหน่งการติดตั้งของฟีดฮอร์นห่างออกมาจากตัวจานตามระยะของโฟคัลด้วย

สถานที่ใช้จานรับสัญญาณที่มีความตื้นมากๆ นั้น จะต้องอยู่ในบริเวณที่มีการแทรกสอดของสัญญาณ (Interference) จากสถานีไมโคเวฟอื่นๆต่ำมากอาจเป็นบริเวณที่เป็นชายเมืองเพราะในเมืองมีการแทรกสอดของสัญญาณจากสถานีภาคพื้นดินอื่นๆ ค่อนข้างสูง

เมื่อมาพิจารณาจานรับสัญญาณดาวเทียมที่มีความลึกมาก จะพบว่าตัว LNB และฟีดฮอร์นทุถูกติดตั้งไว้จะอยู่ในระดับเดียวของขอบจาน จานรับสัญญาณแบบนี้สามารถป้องการการรบกวนของสัญญาณจากพื้นโลก หรือสัญญาณแทรกสอดจากสถานีอื่นที่จะเข้าไปสู่ฟีดฮอร์นและ LNB ได้ดีกว่าแบบตื้น แต่ข้อเสียก็คือเมื่อตัวฟีดฮอร์นอยู่ใกล้กับผิวของจานมากเกินไป ทำให้ฟีดฮอร์นไม่สามารถรับสัญญาณที่สะท้อนมาจากผิวของจานได้ทั้งหมด (สัญญาณที่สะท้อนจากขอบจาน และส่วนที่อยู่ใกล้ขอบจานไม่สามารถพุ่งเข้าไปในฟีดฮอร์นได้โดยตรง) อัตราการขยายของจานที่มีลักษณะแบบนี้มีค่าต่ำกว่าจานรับสัญญาณแบบตื้น

อัตราส่วนค่า F/D

ความสัมพันธ์ของค่าความลึกหรือความตื้นของจานรับสัญญาณดาวเทียมนี้ มักจะบอกมาในรูปของอัตราส่วนของระยะจุดโฟคัลต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง (Focal Length Diameter) (F/D Ratio) โดยจานที่มีความลึกจะมีค่าอัตราส่วน F/D ตั้งแต่ 0.25 ถึง 0.35 ขณะที่มักจะผลิตออกมาอยู่ในช่วงกลางๆ คือ ตั้งแต่ 0.36 ถึง 0.40 เมื่อเราทราบค่าของอัตราของจุดโฟคัลของจานนั้นๆ ได้อย่างถูกต้อง เพื่อจะได้ติดตั้งตัวฟีดฮอร์น และ LNB ในตำแหน่งที่สามารถรับสัญญาณได้แรงที่สุด โดยการคูณขนาดของบเส้นผ่านศูนย์กลางเข้ากับค่าอัตราส่วน F/D เช่น มีจานรีบสัญญาณที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 180 เซนติเมตร และมีค่าอัตราส่วน F/D เท่ากับ 0.315 จะมีระยะโฟคัลเท่ากับ 1800x315=56.7 เซนติเมตร

จานรับสัญญาณที่มีขนาดเล็กที่สุดที่สามารถรับสัญญาณภาพจากทรานสปอนเดอร์ของดาวเทียมในย่าน C-Band ได้ต้องมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 ฟุต ขึ้นไปแต่นั่นก็หมายถึงว่าตำแหน่งหรือสถานที่ที่จะติดตั้งจานขนาดนี้จะต้องอยู่ในพื้นที่ที่มีสัญญาณแรงที่สุดของฟุตปริ้นท์ดาวเทียมดวงที่เราต้องการรับสัญญาณ รวมทั้งต้องมี LNB ที่ดีมาใช้งานร่วมด้วยซึ้งตำแหน่งหรือพื้นที่ที่รับสัญญาณจากทรานสปอนเดอร์ของดาวเทียมที่แรงที่สุดจะอยู่ที่วงในสุดหรือจุดศูนย์กลางของฟุตปริ้นท์นั่นเอง เมื่อดูในรูปตัวอย่างที่แสดงให้เห็นว่าประเทศฮองกงอยู่ในจุดศูย์กลางของฟุตปริ้นท์ของดาวเทียมเอเชียแซท ซึ่งสามารถรับสัญญาณดวงนี้ได้ดีที่สุดและแรงที่สุด แต่บางครั้งก็จำเป็นต้องเลือกใช้จนรับสัญญาณขนาด 6-16 ฟุต เหมือนกัน เพราะตำแหน่งหรือพื้นที่ที่ติดตั้งอาจจะมีอุปสรรคทางสภาพแวดล้อมของบ้านเมืองได้หรืออาจนำไปใช้งานด้านรับสัญญาณโทรทัศน์จากดาวเทียมไปแพภาพเป็นสถานีโทรทัศน์ท้องถิ่น ส่วนสัญญาณของดาวเทียมที่อยู่ห่างไกลออกไปจากจุดศูนย์กลางของฟุตปริ้นท์จะมีความแรงของสัญญาณอ่อนลงดังนั้นต้องเลือกจานรับสัญญาณที่มีขนาดกว้างขึ้นเพื่อใช้อัตราการขยายสัญญาณของจานรับสูง เช่น ดาวเทียม PAS-8 , PAS-2

สำหรับพื้นที่ส่วนต่างๆ ในทวีปเอเชียนั้น ฟุตปริ้นที่อยู่ในรูปจะแสดงเส้นผ่านศูนย์กลางของจานที่น้อยที่สุดซึ่งรับรองได้ว่าเมื่อใช้ในอาณาบริเวณนั้นๆ แล้ว จะต้องรับสัญญาณดาวเทียมจากดาวเทียมเอเชียแซท 3 ได้อย่างคมชัดแน่นอนและระดับของค่ากำลังประสิทธิผล (EIRP: Effective Isotropic Radiated Power) ของสัญญาณทีส่งลงมาจากดาวเทียมมายังส่วนต่างๆ ของพื้นโลก จะบอกค่าเอาไว้ในแต่ละอาณาเขตเพื่อให้ภาคพื้นดินได้ทราบอาณาเขตส่วนนั้นจะได้รับสัญญาณขนาดเท่าใด ซึ่งมักจะบกไว้เป็นหน่วยขิงเดซิเบล (dB) ที่เทียบกับกำลังส่ง 1 วัตต์ (dBW) โดยเราสามารถใช้ประโยชน์ของฟุตปริ้นท์ที่ให้มานี้ นำไปใช้ในการออกแบบเพื่อเป็นตัวกำหนดขนาดของจานรับสัญญาณดาวเทียมได้

จานรับสัญญาณระบบอื่นๆ ที่ใช้หลักการะท้อนของคลื่น

การส่งสัญญาณระบบ DBS ซึ่งใช้กำลังในการส่งสัญญาณจากดาวเทียมลงมายังโลกค่อนข้างสูงนั้น จะใช้จานขนาดเล็กมากประมาณ 0.75-3.0 ฟุต จานขนาดนี้จะง่ายต่อการผลิตและราคาถูก แต่การออกแบบต้องเน้นในเรื่องของผลทางไฟฟ้า การติดตั้งให้เหมาะสมและสอดคล้องกันอย่างดีที่สุด

จากรูปด้านร่างเป็นตะรางเปรียบเทียบลักษณะจานสายอากาศที่ใช้หลักสะท้อนคลื่น 3 แบบ โดยมีพื้นผิวสำหรับสะท้อนคลื่นเป็นรูปวงกลมแบบจานเหมือนกัน ได้แก่ แบบเซ็นเตอร์โฟกัส (Center Focus) เป็นแบบที่มีฟีดฮอร์นติดตั้งอยู่ที่ด้านหน้าและตรงจุดศูนย์กลางของจานแบบเคสซีเกรน (Cassegrain) และแบบออฟเซ็ทโฟกัส (Offset Focus Fed) จานสายอากาศแบบ Cassegrain จะให้อัตราการขยายสูงที่สุด และมีค่าอัตราส่วนของอัตราการขยายต่ออุณหภูมิ (G/T) สูงที่สุดเช่นกัน ส่วนประสิทธิภาพของจานสายอากาศแบบนี้จะมีประสิทธิภาพประมาณ 80% เมื่อเทียบกับแบบ Center Feed ซึ่งมีประสิทธิภาพ 60% แต่จานแบบนี้ มักใช้งานในกรณีที่จานมีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 2 เมตรขึ้นไป (D>75) สำหรับจานที่ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางต่ำกว่า 2 เมตรนั้น (ที่ความถี่ใช้งาน 11-12 GHz) จะไม่ใช้แบบ Cassegrain เพราะการติดตั้งตำแหน่งของรีเฟล็กเตอร์ย่อยทำได้ค่อนข้างยาก ซึ่งจานรับสัญญาณที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 1-2 เมตรนี้ มักใช้แบบ Center Focus จะได้ผลดีที่สุด ส่วนจานรับสัญญาณที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางต่ำกว่า D>10 ลงมาประมาณ 75 เซนติเมตร นั้น มักใช้จานแบบ Offset Fed ซึ่งจะให้อัตราการขยายดีที่สุด และมีลำคลื่นด้านข้าง (Side Lobes) ต่ำ

ในกรณีที่ต้องรับสัญญาณจากดาวเทียมดวงอื่นนอกเหนือจากดาวเทียมเอเชียแซทหรือต้องการจะใช้จานรับสัญญาณขนาดเล็กๆ แต่เราอาศัยอยู่บริเวณขอบรอบนอกของพื้นที่ที่สามารถรับสัญญาณจากดาวทียมดวงนั้น เราสามารถใช้แผนที่ฟุตปริ้นและตารางประกอบ ซึ่งจะทำให้สามารถจัดหาจานรับสัญญาณที่มีขนาดเหมาะสมเพื่อใช้งานในตำแหน่งที่เราอยู่

วิธีการที่นำเอาฟีดฮอร์น และ LNB ติดตั้งไว้ส่วนบนของจานพาราโบลิกนั้นเราเรียกวิธีการนี้ว่า เป็นแบบ Prime Focus โดยใช้ขายึดติดกับส่วนบนของผิวจานขาทั้งหมดจะยึดติดกับวงแหวนขนาดใหญ่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางวงในเท่ากับขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของฟีดฮอร์น (วงแหวนนี้เรียกว่า Support Bracket) โดยติดอยู่เหนือจุดศูนย์กลางของจาน ณ ตำแหน่งที่ได้ความแรงของสัญญาณสูงสุด ซึ่งจุดนี้สำคัญมากพลาดไปเพียงนิ้วเดียวหรือมากกว่า ก็จะทำให้สัญญาณลดลงจากปกติได้ ชนิดของขาที่ยึดติดกับ Support Bracket ที่ใช้มีอยู่ด้วยกัน 2 ชนิดคือ แบบมีหลายขา (Multi-leg) และแบบขาเดียวใช้ติดที่กลางจาน (Buttonhook)

ส่วนจานสายอากาศแบบ Cassegrain นั้น มักใช้ในเชิงพาณิชย์มากกว่า เพื่อการส่งสัญญาณขาขึ้นและขาลง (Uplinks & Downlinks) สายอากาศแบบนี้จะมีรีเฟร็กเตอร์ย่อย (Sub-reflector) นอกเหนือจากการสะท้อนที่ตัวจานอีกตัวหนึ่งติดตั้งอยู่ที่จุดโฟคัล หน้าที่รีเร็กเตอร์ย่อยตัวนี้คือ ทำหน้าที่รวมเอาสัญญาณได้จากตัวจานครั้งหนึ่งก่อนแล้วส่งไปให้กับฟีดฮอร์นที่ติดอยู่ตรงกลางของผิวจาน การใช้ฟีดฮอร์นแบบ Cassegrain นี้จะให้เกนเพิ่มขึ้นอีกเล็กน้อยประมาณ 0.5-1.0 dB ในทุก ๆ ประสิทธิภาพและการออกแบบต้องมีหมวกปิดสำหรับฟีดฮอร์นเพื่อป้องกันความชื้นหรือฝุ่นละอองต่างๆ เข้าไปใน LNB ข้อเสียเปรียบหลักๆ ของการฟีดแบบ Cassegrain นี้ก็คือ สายอากาศแบบนี้จะอ่อนไหวมากในเรื่องของสัญญาณแทรกสอด (Interference) จากดาวเทียมดวงที่อยู่ใกล้ๆ กับดวงที่เราต้องการจะรับสัญญาณ ดังนั้นการติดตั้ง Sub-reflector จะต้องมีการปรับแต่งให้ตรงที่สุดเท่าที่จะทำได้ เพื่อกำจัดสัญญาณแทรกสอดจากดาวเทียมดวงที่อยู่ถัดไป

จานรับสัญญาณแบบ Offset Fed จะมีปากหรือช่องของฟีดฮอร์นที่แตกต่างจากฟีดฮอร์นที่ใช้จานรับสัญญาณแบบ Center Focus โดยช่องของฟีดฮอร์นค่อนข้างจะบานเพื่อลดบีมวีดธ์ของลำคลื่นให้เล็กลงซึ่งจำเป้นอย่างมากเนื่องจากจานมีขนาดเล็กลง (เมื่อเปรียบเทียบกับพื้นที่ทั้งหมดของจานแบบพาราโบลิก) และหากเอาฟีดฮอร์นแบบธรรมดามาใช้ ก็จะทำให้มีการขยายสัญญาณรบกวนจากภาคพื้นดินเข้าไปด้วย

สายอากาศแบบแผ่นเรียบและแบบยากิ

สายอากาศแบบนี้ได้มีการนำมาใช้กันหลายปีแล้ว แต่ส่วนใหญ่จะเป็นกิจการทางทหาร และพึ่งจะนำมาใช้ในชิงพาณิชย์เมื่อไม่นานนี้เอง

สายอากาศแบบแผ่นเรียบนี้จะประกอบไปด้วยสายอากาศที่เป็นแผ่นเล็กๆ มากกว่า 200 ชิ้นมาต่อร่วมกัน ซึ่งเราเรียกว่านำมาทำเฟสอาร์เรย์ (Phased Array) ให้อยู่ในฟอร์มรูปสี่เหลี่ยม เมื่อคลื่นซึ่งเป็นสัญญาณดาวเทียมถูกส่งลงมายังผิวของตัวสายอากาศแบบ Flat Plate สายอากาศที่เป็นแผ่นเล็กๆ นี้ ก็จะรับเอาสัญญาณซึ่งมีพลังงานข้อนข้างต่ำ แล้วนำมารวมกันโดยผ่านทางโครงข่ายของสายฟีดซึ่งต่อเข้ากับสายอากาศแผ่นเล็ก แต่ละชิ้น จากนั้นสายจะถูกต่อเข้ายังท่อนำคลื่นเพื่อนำสัญญาณซึ่งมีพลังงานมากเพียงพอแล้วส่งไปทำการขยายในภาคต่อไป

นอกจากสายอากาศแบบแผ่นแล้ว ยังมีสายอากาศที่หน้าสนใจอีกแบบหนึ่งซึ่งสามารถนำใช้รับสัญญาณโทรทัศน์จากดาวทียมได้ นั่นคือสายอากาศแบบยากิ

สายอาศแบบยากิ เป็นสายอากาศที่ใช้กันอย่างมากมายในการรับสัญญาณโทรทัศน์ที่ส่งออกอากาศในย่านความถี่ VHF และ UHF ในบ้านเรา ซึ่งจะแตกต่างกับสายอากาศแบบยากิที่ใช้รับสัญญาณโทรทัศน์จากดาวเทียมในความถี่ย่าน C-Band ตรงที่ว่าแบบที่ใช้กับความถี่ย่าน C-Band จะมีอีลีเมนต์เล็กมากๆ เพราะใช้กับความถี่ที่สูงมาก และมีบูมที่ใช้ยึดตัวอีลีเมนต์ยาวกว่าสายอากาศที่ใช้รับสัญญาณโทรทัศน์บ้านเรา สำหรับเพิ่มอัตราการขยายของสายอากาศแบบยากินี้ สามารถเพิ่มตัวสายอากาศเข้าไปให้เป็นลักษณะของอาร์เรย์เช่นเดียวกับที่เพิ่มตัวสายอากาศยากิที่ใช้ในกิจการสื่อสารในความถี่ย่าน VHF และ UHF ทั่วไป

การตัดลำคลื้นด้านข้างของสายอากาศออกไป

สายแบบพาราโบลิกที่ดีไม่เพียงแต่ต้องขยายสัญญาณจากดาวเทียมซึ่งอยู่ในตำแหน่งที่ตรงกับด้านหน้าและจุดศูนย์กลางของจานเท่านั้น ในขณะนะเดียวกันจะต้องสามารถกำจัดสัญญาณที่มาจากทิศทางอื่นๆ ออกไปได้ทั้งหมด แต่ความเป็นจริงแล้วจานสายอากาศแบบพาราโบลิกมีรูปแบบเฉพาะของตัวเองที่ทำให้สัญญาณที่พุ่งออกไปในทิศทางใดๆ ก็ได้ เมื่อบริษัทผู้ผลิตรุบุการขยายของจานออกมา จะระบุลำคลื่นหลัก (Main Lobe) ของรูปคลื่นที่อยู่ด้านหน้าและตรงจุดศูนย์กลางของจาน อย่างไรก็ตามจานสายอากาศทั้งหมดย่อมมีคลื่นด้านข้าง (Side Lobe) ออกมาทั้งนั้น และมีคุณสมบัติในการขยายสัญญาณที่มุมซึ่งแตกต่างจากมุมลำคลื่นหลัก เช่น อัตราการขยายของลำคลื่นด้านข้างซึ่งจะเกิดขึ้นทั้งสองด้านนี้ จะต้องควบคุมเอาไว้ให้น้อยที่สุดที่ -15dB จากลำคลื่นหลัก (ต่ำกว่า Main Lobe) หากไม่เป็นเช่นนี้แล้ว สัญญาณจากดาวเทียมดวงอื่นๆ ที่อยู่ใกล้กันอาจจะรบกวนสัญญาณที่เราต้องการรับได้

ระยะห่างดาวเทียมที่ลอยอยู่ในตำแหน่งห่างกันประมาณ 3 องศา นั้น จะมีผลต่อการรับสัญญาณอย่างมาก ปัญหาลำคลื่นข้างเคียงที่เกิดขึ้นจึงต้องทำการบังคับเอาออกไปและต้องพิจารณาให้เหมาะสมอีกด้วย จานรับสัญญาณที่มีขนาดเล็กๆ นั้น ส่วนใหญ่จะมีลำคลื่นด้านข้างชุดแรกอยู่ในตำแหน่ง 3 องศา จากลำคลื่นหลักพอดี ซึ่งตรงกับตำแหน่งของด้านข้างของจานขนาดเล็กให้ลดลงมากที่สุด ซึ่งถ้าให้แน่นอนก็คือ ต้องลดลงให้ต่ำกว่าลำคลื่นหลักอย่างน้อยที่สุดที่ -18 dB

เมาท์

เมาท์ที่ใช้ติดตั้งจานพาราโบลิกมักจะทำมาจากเหล็กทั้งสิ้น โดยมีแบริ่งเป็นตัวยึดเข้ากับตัวจาน ซึ่งส่วนนี้มีความสำคัญมาก เนื่องจากต้องรองรับน้ำหนักของจานทั้งหมดที่ตกลงมาที่แบริ่ง ดังนั้นหากมีการคลาดเคลื่อนของแบริ่งเพียงเล็กน้อย ก็จะทำให้สัญญาณที่รับได้แย่ลงไปอีก หรืออาจรับสัญญาณไม่ได้เลย วิธีทดสอบที่ดีที่สุดก็คือ ลองใช้มือจับขอบจานแล้วลองโยกดู หากเคลื่อนจากจุดเดิมได้ จะทำให้เวลาที่นำไปใช้งานจริงอาจต้องพบกับบรรยากาศที่มีฝนตกและลมทำให้เคลื่อนไปจากตำแหน่งเดิม และการรับสัญญาณก็จะเอาอะไรแน่นอนไม่ได้

เนื่องจากบนท้องฟ้ามีดาวเทียมหลายดวง และแต่ละดวงก็มีทิศทางต่างๆ กัน ดังนั้นเม้าท์สวนใหญ่จึงออกแบมาให้ปรับมุมได้ เพื่อหันทิศทางของจานไปยังดาวเทียมดวงนั้นๆ ที่ต้องการ แบบของเมาท์ที่ใช้กันมีอยู่ด้วยกัน 3 แบบคือ Polar, EI/Az และ Fixed Mount

-Polar Mount

นักดาราศาสตร์ต้องใช้โพลาเมาท์ในการใช้งานกับกล้องโทรทัศน์เสมอ เพราะสามารถทำให้กล้องโทรทัศน์ขนาดใหญ่ติดตาม (Track) ดวงดาวซึ่งหมุนเหมื่อนกับโลกได้โพลาเม้าท์นี้ เมื่อติดตั้งเข้ากับจานรับสัญญาณ จะสามารถทำให้การเคลื่อนที่ของจานเป็นมุมที่คล้ายกับส่วนโค้งของวงจรแบบคลาค (Clarke Orbit) โดยแกนของโพลาเม้าท์ต้องหันหน้าจานไปทางทิศใต้ (หากอยู่ต่ำกว่าเส้นศูนย์สูตรก็จะหันหน้าไปทางทิศเหนือสำหรับประเทศไทยต้องหันหน้าไปทางทิศใต้เสมอ เพราะตำแหน่งของไทยเราอยู่เหนือเส้นศูนย์สูตร) โดยเงยขึ้นหาเส้นศูนย์สูตร เรียกแกนนี้ว่า Elevation และอีกแกนหนึ่งสามารถทำให้จานเคลื่อนย้ายมุมไปยังดาวเทียมดวงต่างๆ ที่อยู่ในทิศทางของจานที่รับโดยปรับแกนนี้เพียงแกนเดียว เพื่อเคลื่อนย้ายมุมจากทิศตะวันออกไปยังทิศตะวันตก เรียกแกนตามแนวนี้ว่ามุมกวาด หรือมุมอาซิมุซ (Azimuth) โดยมีมุมเงยที่เกิดจากแกนแรกอยู่คงที่

ความจริงแล้วในการเคลื่อนย้ายมุมเพื่อหาดาวเทียมที่โคจรอยู่ในวงโคจรของคลาคจากทิศตะวันออกไปยังทิศตะวันตกทางแนวนอนนั้น จะต้องมีการเพิ่มการปรับแต่งมุมเงยเข้าไปอีกหนึ่งชุด ซึ้งเราเรียกว่า Declination เข้าไปที่เม้าท์อีกชุดหนึ่ง ซึ่งมีตำแห่นงตรงกันข้ามกับมุมเงย เพื่อใช้ในการปรับแต่งทิศทางตำแหน่งของจานให้ตรงกับดาวเทียมที่เราหันไปให้ถูกต้องยิ่งขึ้น

-EI/Az Mount

เม้าท์ แบบนี้มักใช้ติดตั้งจานรับสัญญาณรายการโทรทัศน์จากดาวเทียมเพียงดวงเดียว หรือตั้งเพื่อใช้งานในเชิงพาณิชย์มากกว่าที่จะใช้ติดตั้งจานเพื่อรับสัญญาณโทรทัศน์ที่ต้องการหันจานไปมา เพราะการปรับมุมกวาด (Azimuth) กับมุมเงย (Elevation) จะแยกเป็นอิสระจากกันเพื่อรับสัญญาณจากดาวเทียมเฉพาะงาน ดังนั้นการที่จะปรับจานไปยังดาวทียมดวงนั้นๆ จึงไม่เหมาะที่จะใช้มือมาปรับ เพราต้องสิ้นเปลืองเวลาในการปรับแต่งทั้งมุมกวาดและมุมเงย จึงปรับแต่งยากกว่าเม้าท์แบบโพลาร์

-Fixed Mount

เม้าท์แบบนี้จะพบเห็นในประเทศเราเป็นจำนวนมาก เนื่องจากราคาถูก มีทั้งแบบเป็นฐานเป็นวงกลม และเป็นเสาตั้งขึ้นมารับตัวจานรับสัญญาณ ซึ่งทั้งสองแบบนี้จะสามารถปรับมุมเงยได้เพียงอย่างเดียว ส่วนในการปรับมุมกวาดนั้นจะใช้วิธีการหมุนที่ฐานที่รอยต่อระหว่างตัวเสาแทนการใช้แอคทูเอเตอร์ เม้าท์แบบคงที่นี้ นอกจากจะใช้ยึดจานย่านความถี่ C-Band แล้วยังนิยมใช้ยึดจานรับสัญญาณในระบบ DStv (Digital Satellite Television) ซึ่งใช้ความถี่ย่าน Ku-Band อีกด้วย

เกรียงไกร

ผู้เรียบเรียง

Create Date : 26 เมษายน 2552

Last Update : 26 เมษายน 2552 16:33:37 น.

1 comments

Counter : 5050 Pageviews.

ดีมากครับ

ให้ความรู้ ได้ ระ ดับหนึ่ง

การให้ความรู้ คือการทำบุญ อย่าง หนึ่ง

โดย: นักศึกษา IP: 61.7.138.122 วันที่: 25 กันยายน 2552 เวลา:11:52:25 น.