เสาอากาศแบบวนรอบ: การออกแบบ การทำงาน ประเภท รูปแบบการแผ่รังสี และการประยุกต์

เสาอากาศเป็นโครงสร้างทางอากาศหรือโลหะที่แปลงกระแสไฟฟ้าเป็นคลื่น EM (แม่เหล็กไฟฟ้า) สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการส่งและรับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่ก่อให้เกิดไอออน ซึ่งประกอบด้วยไมโครเวฟ คลื่นวิทยุ รังสีอินฟราเรด และแสงที่มองเห็นได้ เสาอากาศมีจำหน่ายหลายประเภท ขนาด และรูปร่าง เสาอากาศขนาดเล็กใช้บนหลังคาบ้านเพื่อดูทีวี ในขณะที่เสาอากาศขนาดใหญ่ใช้รับสัญญาณ ดาวเทียม - ในทำนองเดียวกัน เสาอากาศแบบวงแหวนในการสื่อสารทางวิทยุเป็นทรานสดิวเซอร์ที่ได้รับความนิยมอย่างมาก เนื่องจากมีลักษณะเฉพาะตัวและการใช้งานที่หลากหลาย เมื่อทราบแนวคิดพื้นฐานของเสาอากาศและคุณประโยชน์แล้ว เราก็สามารถทราบถึงความสำคัญของสิ่งเหล่านี้ภายในระบบการสื่อสารสมัยใหม่ ดังนั้นบทความนี้จึงให้ข้อมูลโดยย่อเกี่ยวกับ เสาอากาศแบบวนซ้ำ ประเภท การทำงาน และการประยุกต์

เสาอากาศแบบวนซ้ำคืออะไร?

คำจำกัดความของเสาอากาศแบบวนซ้ำคือ เสาอากาศวิทยุชนิดหนึ่งที่ประกอบขึ้นด้วยขดลวดหรือห่วงโดยการดัดให้เป็นวง วงรอบของเสาอากาศนี้จะนำพากระแสความถี่วิทยุ วงรอบของเสาอากาศอาจแตกต่างกันไปตามรูปร่าง ขนาด และการวางแนว ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของเสาอากาศ ที่ สัญลักษณ์เสาอากาศแบบวนรอบ แสดงไว้ด้านล่าง

ประสิทธิภาพของเสาอากาศแบบวนซ้ำจะพิจารณาจากขนาดและความถี่ในการทำงานเป็นหลัก ประเภทที่เล็กกว่าจะไวต่อแสง โดยเฉพาะกับส่วนประกอบแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นเสาอากาศเหล่านี้จึงเรียกว่าเสาอากาศแบบวงแม่เหล็ก คุณลักษณะของเสาอากาศนี้จะทำให้เสี่ยงต่อการรบกวนและสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าน้อยลง ดังนั้นจึงเป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับการใช้งาน เช่น การสื่อสารด้วยวิทยุสมัครเล่นและการรับสัญญาณวิทยุคลื่นสั้น

การออกแบบและการทำงานของเสาอากาศแบบวนซ้ำ

เสาอากาศนี้ได้รับการออกแบบให้มีคอยล์ที่นำกระแสความถี่วิทยุ ห่วงนี้อาจจะอยู่ในรูปแบบใดก็ได้โดยการดัดลวดให้เป็นรูปทรงต่างๆ เป็นต้น รูปร่างเสาอากาศแบบวนซ้ำ เป็น; สี่เหลี่ยม วงกลม สี่เหลี่ยม หกเหลี่ยม หรือสามเหลี่ยม ขึ้นอยู่กับความสะดวกของนักออกแบบ กระแสไฟฟ้าทั่วทั้งเสาอากาศนี้จะอยู่ภายในเฟส และสนามแม่เหล็กจะตั้งฉากกับวงรอบที่สมบูรณ์ที่นำพากระแสไฟฟ้า

โดยปกติแล้วเสาอากาศเหล่านี้จะทำงานตาม การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า หลักการซึ่งหมายความว่าเมื่อใดก็ตามที่พลังงาน RF ปรากฏ มันจะสร้างสนามแม่เหล็กสลับ ซึ่งจะเหนี่ยวนำกระแสภายในลูป ดังนั้นจึงทำให้สามารถส่ง (หรือ) รับสัญญาณได้ กระแสไฟฟ้าภายในวงจะสร้างสนามไฟฟ้าที่ปล่อยพลังงานออกมาเหมือนกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยปล่อยให้มีการสื่อสารทางวิทยุ ที่ ความถี่เสาอากาศแบบวนซ้ำ ช่วงความถี่ตั้งแต่ 300MHz – 3GHz ประสิทธิภาพของเสาอากาศนี้สามารถปรับปรุงได้ด้วยมาตรการต่างๆ มากมาย เช่น การปรับปรุงรูปร่างของเสาอากาศและวัสดุก่อสร้างของลูป

ลักษณะของเสาอากาศแบบวนซ้ำจะเหมือนกับโมโนโพลและไดโพลตรงที่มีต้นทุนต่ำและง่ายต่อการสร้าง เสาอากาศเหล่านี้มีจำหน่ายในรูปทรงที่แตกต่างกัน แม้ว่าลักษณะพื้นฐานของรูปแบบการแผ่รังสีส่วนใหญ่จะเป็นอิสระจากรูปร่างของวงแหวนก็ตาม เช่นเดียวกับความยาวไฟฟ้าของโมโนโพลและไดโพลที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของเสาอากาศ ขนาดทางไฟฟ้าของลูปจะกำหนดประสิทธิภาพของเสาอากาศ

ประเภทของเสาอากาศแบบวนซ้ำ

เสาอากาศแบบวงแหวนมีหลายประเภทขึ้นอยู่กับปัจจัยที่แตกต่างกัน เช่น ขนาดของลูป การกำหนดค่า และการวางแนว ซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง

เสาอากาศแบบวงเล็ก

ชนิดเล็กหรือแบบแม่เหล็ก

มีเส้นรอบวงเล็กกว่าคือ < 1/10 ของความยาวคลื่นความถี่การทำงาน เหล่านี้ ประเภทของเสาอากาศ มีขนาดกะทัดรัดมาก ดังนั้นจึงใช้ในการใช้งานแบบพกพาและการติดตั้งที่มีพื้นที่จำกัด เสาอากาศเหล่านี้สามารถให้ประสิทธิภาพที่ดีแม้จะมีขนาดเล็กก็ตาม อัตราขยายและประสิทธิภาพการแผ่รังสี และโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อปรับผ่านตัวเก็บประจุ

สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่จะใช้เป็นเสาอากาศรับ แม้ว่าบางครั้งสิ่งเหล่านี้จะใช้สำหรับการส่งสัญญาณน้อยมาก แม้ว่าประสิทธิภาพจะลดลงและวงรอบเส้นรอบวงจะเล็กลงก็ตาม ตัวอย่างที่ดีที่สุดของเสาอากาศแบบลูปขนาดเล็กคือเสาอากาศเฟอร์ไรต์หรือเสาอากาศแบบแท่งซึ่งใช้เกือบในวิทยุกระจายเสียง AM รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศเหล่านี้จะสูงที่สุดในทิศทางในระนาบลูป ดังนั้นจึงตั้งฉากกับลูปขนาดใหญ่สูงสุด

เสาอากาศแบบห่วงขนาดใหญ่

เสาอากาศเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าเสาอากาศแบบลูปเต็มคลื่นหรือเสาอากาศแบบลูปสะท้อนตัวเอง โดยที่เสาอากาศเหล่านี้มีเส้นรอบวง >1/10 ของความถี่ในการทำงาน ความยาวคลื่น - เสาอากาศเหล่านี้มีประสิทธิภาพมากเมื่อเปรียบเทียบกับเสาอากาศประเภทอื่นทั้งในแง่ของการส่งและรับสัญญาณ เสาอากาศเหล่านี้มีอัตราขยายที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเสาอากาศแบบวงเล็ก

จึงสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย เช่น การค้นหาทิศทางวิทยุ ดาราศาสตร์วิทยุ และการสื่อสารทางไกล รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศนี้คือรูปแบบการแผ่รังสีแบบสองกลีบที่ช่องเปิด โดยมีจุดสูงสุดทั้งสองทิศทาง และการสั่นพ้องแบบเต็มคลื่นจะตั้งฉากกับระนาบของลูป

เสาอากาศแบบ Multi-turn Loop

เสาอากาศเหล่านี้มีลวด (หรือ) วัสดุนำไฟฟ้าอื่น ๆ หมุนหลายรอบซึ่งจะเพิ่มขอบเขตประสิทธิภาพของลูป เสาอากาศเหล่านี้ได้รับการปรับปรุงและต้านทานการแผ่รังสีที่สูงขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับลูปแบบเลี้ยวเดียว เสาอากาศเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการใช้งานที่แตกต่างกันเช่น การค้นหาทิศทางวิทยุ การสื่อสารความถี่ต่ำ และการตรวจจับสนามแม่เหล็ก

เสาอากาศวนแนวนอน

เสาอากาศแบบวนรอบซึ่งวางในแนวนอนเรียกว่าเสาอากาศแบบวนรอบแนวนอน เสาอากาศประเภทนี้เรียกอีกอย่างว่าเสาอากาศคลื่นสกายซึ่งมักใช้สำหรับการสื่อสารระยะไกลเนื่องจากความสามารถในการจับสัญญาณที่สะท้อนจากชั้นบรรยากาศรอบนอก

เสาอากาศวนแนวตั้ง

เสาอากาศแบบวงแหวนที่วางในแนวตั้งเรียกว่าเสาอากาศแบบวงแหวนแนวตั้ง เสาอากาศเหล่านี้มีประสิทธิภาพมากในขณะที่จับสัญญาณคลื่นภาคพื้นดิน เสาอากาศประเภทนี้มักใช้สำหรับการค้นหาทิศทางและการสื่อสารระยะสั้น

รูปแบบการแผ่รังสี

ที่ รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศแบบวนรอบ แสดงไว้ด้านล่าง รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศนี้คล้ายกับแนวนอนสั้นๆ เสาอากาศไดโพล - ในรูปต่อไปนี้ รูปแบบการแผ่รังสีสำหรับมุมวนลูปต่างๆ แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนมาก เส้นสัมผัสที่ 0 องศาชี้ให้เห็นโพลาไรเซชันในแนวตั้ง ในขณะที่เส้นที่ 90° ชี้ให้เห็นโพลาไรซ์ในแนวนอน

ที่ โพลาไรซ์ของเสาอากาศแบบวนรอบ มีโพลาไรซ์ในแนวนอนหรือแนวตั้งตามตำแหน่งของตัวป้อน โพลาไรเซชันแนวนอนจะถูกระบุที่กึ่งกลางของด้านแนวนอน ในขณะที่โพลาไรเซชันในแนวตั้งจะถูกระบุที่ตรงกลางของด้านแนวตั้งตามรูปร่างของเสาอากาศ โดยทั่วไป เสาอากาศแบบวงเล็กจะเป็นแบบโพลาไรซ์เชิงเส้น ดังนั้นเมื่อใดก็ตามที่เสาอากาศนี้วางอยู่ด้านบนของเครื่องรับแบบเคลื่อนย้ายได้ โดยที่ o/p ของเครื่องรับเชื่อมต่อโดยตรงกับมิเตอร์ เสาอากาศจะกลายเป็นเครื่องค้นหาทิศทางขนาดใหญ่

ข้อดีและข้อเสีย

ที่ ข้อดีของเสาอากาศแบบห่วง รวมสิ่งต่อไปนี้

• ขนาดของเสาอากาศแบบห่วงมีขนาดกะทัดรัดและออกแบบง่าย ซึ่งช่วยให้วางตำแหน่งได้อย่างยืดหยุ่นและพกพาได้
• สิ่งเหล่านี้มีต้นทุนต่ำ และไม่ใช่แค่การปรับตามการเคลื่อนไหวของมือเท่านั้น
• สิ่งเหล่านี้สามารถทำงานใกล้กับเสาอากาศประเภทอื่นโดยไม่มีการรบกวนใดๆ
• เสาอากาศเหล่านี้มีน้ำหนักเบา
• เหมาะสำหรับการใช้งานแบบพกพา เช่น การค้นหาทิศทาง ฯลฯ
• เสาอากาศเหล่านี้มีจำหน่ายหลายแบบเช่น เสาอากาศ Adcock, เสาอากาศ cloverleaf, Alford loop, เสาอากาศ Bellini-Tosi และอีกมากมาย
• เสาอากาศเหล่านี้มีลูปขนาดเล็กเป็นพิเศษซึ่งให้ประโยชน์หลักหลายประการในการสื่อสารทางวิทยุ เนื่องจากมีสัญญาณรบกวนจากสนามไฟฟ้าต่ำ และทำให้โดดเด่นในการใช้งานในตำแหน่งที่มีการรบกวนสูง
• เสาอากาศเหล่านี้แสดงรูปแบบการแผ่รังสีแบบทิศทางและมีประโยชน์มากในบางสถานการณ์
• ปกติแล้ววงเล็ก ๆ ของเสาอากาศนี้จะใช้เป็นไดโพลแม่เหล็ก
• เสาอากาศนี้มีคุณสมบัติทิศทาง
• ในเสาอากาศนี้ EMF เหนี่ยวนำรอบวงแหวนของเสาอากาศจะต้องเทียบเท่ากับการเปลี่ยนแปลงระหว่างใบหน้าแนวตั้งทั้งสองเท่านั้น
• รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศนี้ไม่ขึ้นอยู่กับรูปร่างของวงแหวน
• กระแสน้ำมีเฟสและขนาดใกล้เคียงกันตลอดห่วงของเสาอากาศ

ที่ ข้อเสียของเสาอากาศแบบวนรอบ  รวมสิ่งต่อไปนี้

• ประสิทธิภาพการส่งสัญญาณของวงเสาอากาศแย่มาก
• เสาอากาศนี้ไม่เหมาะสำหรับความถี่สูง
• ค่าว่างสองค่าของรูปแบบเสาอากาศนี้อาจส่งผลให้เกิดความคลุมเครือได้ 180 องศา
• เสาอากาศเหล่านี้มีอัตราขยายต่ำ ปรับแต่งยาก และมีแถบความถี่แคบมาก
• พวกเขามีความคล่องตัวลดลง
• เสาอากาศแบบวงแหวนซึ่งเป็นเครื่องค้นหาทิศทางไม่สามารถแยกความแตกต่างระหว่างแบริ่งเครื่องส่งสัญญาณที่อยู่ห่างไกลและทิศทางร่วมกันได้
• ประสิทธิภาพของเสาอากาศที่มีลูปขนาดเล็กนั้นไม่ดี ดังนั้นจึงถูกใช้ที่ความถี่ต่ำกว่าเป็นเสาอากาศรับ
• เสาอากาศที่มีลูปขนาดเล็กมีค่าความต้านทานการแผ่รังสีต่ำมาก จึงมีการสูญเสียพลังงานในรูปของความร้อนเนื่องจากมีกระแสไหลในระดับสูง

การใช้งาน/การใช้งาน

การใช้หรือการประยุกต์ใช้เสาอากาศแบบวนรอบมีดังต่อไปนี้

• เสาอากาศเหล่านี้ใช้ในแบบไร้สาย ระบบการสื่อสาร ชอบ เครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สาย (WSN) การถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สาย (WPT) ระบบ & อาร์เอฟไอดี ระบบ
• เสาอากาศเหล่านี้ใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย
• สิ่งเหล่านี้ใช้ในระบบรับสัญญาณกระจายเสียงและสำหรับวิทยุ AM พวกมันทำหน้าที่เป็นเสาอากาศในตัว
• เสาอากาศแบบวงขนาดใหญ่ถูกใช้ในอุปกรณ์ค้นหาทิศทางในเครื่องรับเครื่องบินและระบบ RFID ความถี่ต่ำ
• สิ่งเหล่านี้ใช้ในเครื่องรับ HF, MF และคลื่นสั้น
• เสาอากาศเหล่านี้ใช้ภายในเครื่องส่งสัญญาณ UHF
• เสาอากาศเหล่านี้ใช้เพื่อรับคลื่นความถี่สูงภายในเครื่องรับวิทยุ
• ใช้สำหรับการรับสัญญาณออกอากาศภายในแถบคลื่นยาวและคลื่นกลาง
• เสาอากาศเหล่านี้ได้รับความนิยมอย่างมากในชุมชนวิทยุสมัครเล่นสำหรับการใช้งานในย่านความถี่สูง
• เสาอากาศเหล่านี้ใช้ในอุปกรณ์ไร้สายระยะสั้นและระบบ RFID พร้อมการสื่อสารไร้สายที่เพิ่มขึ้น & อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (ไอโอที)

อย่างนี้นี่เอง ภาพรวมของเสาอากาศแบบวนรอบ การทำงาน ประเภท ข้อดี ข้อเสีย และการนำไปใช้งาน เสาอากาศเหล่านี้เป็นอุปกรณ์สื่อสารทางวิทยุที่มีความยืดหยุ่น ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในด้านคุณสมบัติการกำหนดทิศทาง ความคล่องตัว ความต้านทานต่อการรบกวนทางไฟฟ้า และขนาดกะทัดรัด เสาอากาศเหล่านี้ทำงานโดยใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและใช้ในระบบสื่อสารสมัยใหม่ การสื่อสารทางวิทยุ การค้นหาการตรวจจับด้วยคลื่นวิทยุ การรับวิทยุคลื่นสั้น ฯลฯ ต่อไปนี้เป็นคำถามสำหรับคุณ เสาอากาศไดโพลคืออะไร