สายอากาศจากสะท้อนเดี่ยวดัดรูปสำหรับพื้นที่ครอบคลุมซับซ้อน

Abstract

ในการติดต่อสื่อสารผ่านดาวเทียม อุปกรณ์ที่สำคัญสำหรับการส่งและรับสัญญาณในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือสายอากาศจานสะท้อน ลำคลื่นที่ออกจากสายอากาศดาวเทียมต้องครอบคลุมพื้นที่ที่ต้องการ ลดการรบกวนของสัญญาฌและลดการสูญเสียของกำลังคลื่นในบริเวณพื้นที่ที่ไม่ต้องการ จึงไต้มีการออกแบบให้สายอากาศคาวเทียมสามารถจัดรูปลำคลื่นได้งานวิจัยนี้เลือกใช้สายอากาศจานสะท้อนเดี่ยวดัดรูปและสายอากาศป้อนกำลังคลื่นแบบเดี่ยว ซึ่งมีข้อดีคือโครงสร้างของสายอากาศไม่ซับช้อน น้ำหนักเบา การลดทอนของกำลังสัญญาณน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการใช้สายอากาศจานสะท้อนเดี่ยวพาราโบลิกกับสายอากาศแถวลำดับจัดรูปลำคลื่น เนื่องจากสัญญาณไม่ต้องผ่านโครงข่ายสร้างลำคลื่น งานวิจัยนี้นำเสนอกรรมวิธีสังเคราะห์สายอากาศจานสะท้อนเดี่ยวดัดรูปโดยใช้ทัศนศาสตร์กายภาพเนื่องจากสะดวกในการสังเคราะห์ ส่วนการวิเคราะห์แบบรูปการแผ่พลังงานไต้ใช้ทฤษฎีการเลี้ยวเบนเชิงกายภาพเพื่อให้ได้แบบรูปการแผ่พลังงานที่ถูกต้องยิ่งขึ้น พื้นผิวจานสะท้อนที่สังเคราะห์เป็นพื้นผิวที่เกิดจากการประมาณพื้นผิวด้วยสมการพหุนามอันดับสามรวมกับฮาร์มอนิกฟูริเยร์ รูปร่างพื้นผิวขึ้นอยู่กับการหาค่าเหมาะสมที่สุดของสัมประสิทธิ์แต่ละพจน์ของสมการนี้เพื่อให้ได้แบบรูปการแผ่พลังงานที่ต้องการ ผลการสังเคราะห์พบว่าสายอากาศจานสะท้อนเดี่ยวดัดรูปสามารถจัดรูปลำคลื่นให้มีรูปร่างทางเรขาคณิตอย่างง่ายได้ ได้แก่รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า รูปสามเหลี่ยม สำหรับพื้นที่ครอบคลุมซับช้อนได้ยกตัวอย่างพื้นที่ประเทศไทย ผลการสังเคราะห์พบว่าสายอากาศจานสะท้อนเดี่ยวดัดรูปสามารถจัดรูปลำคลื่นครอบคลุมประเทศไทย สามารถลดการสูญเสียของลำคลื่นในบริเวณอ่าวไทยและลดการรบกวนของลำคลื่นในบริเวณใกล้เคียง นอกจากการหาค่าเหมาะสมที่สุดของสัมประสิทธิ์สมการพื้นผิวจานสะท้อนแล้ว การนำค่าปัจจัยอื่นๆ ของระบบสายอากาศสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการจัดรูปลำคลื่นได้ ได้แก่ ขนาดทางกายภาพของสายอากาศป้อนกำลังคลื่น มุมเล็งของสายอากาศป้อนกำลังคลื่น เป็นต้น รูปร่างประเทศไทยรวมทั้งอ่าวไทยใกล้เคียงกับรูปร่างวงรี ดังนั้นการใช้สายอากาศจานสะท้อนเดี่ยวรูปพาราโบลิกที่มีช่องเปิดเป็นรูปวงรีและ การสังเคราะห์พื้นผิวจานสะท้อนโดยช่องเปิดเป็นรูปวงรี สามารถใช้จัดรูปลำคลื่นครอบคลุมพื้นที่ประเทศไทยได้ สายอากาศสร้างขึ้นมาจากการกัดผิวไม้แดงเพื่อให้ได้พื้นผิวที่ต้องการโดยเครื่องจักร CNC แล้วจึงนำมาเคลือบผิวจานสะท้อนด้วยแผ่นอะลูมิเนียมบางเพื่อให้ผิวสามารถสะท้อนคลื่นได้ การทดสอบสายอากาศใช้ย่านทดสอบสายอากาศชนิดสนามใกล้เชิงระนาบ เนื่องจากมีความสะดวกในการทดสอบสายอากาศโดยไม่ต้องใช้เนื้อที่สำหรับการทดสอบมาก ผลการทดสอบพบว่า แบบรูปการแผ่พลังงานที่ได้จากการวัดใกล้เคียงกับแบบรูปการแผ่พลังงานที่ได้จากการคำนวณโดยทฤษฎีการเลี้ยวเบนเชิงกายภาพ ส่วนความผิดพลาดของแบบรูปการแผ่พลังงานที่ได้จากวัดมีสาเหตุจากความผิดพลาดของตำแหน่งสายอากาศ ความผิดพลาดจากแบบรูปการแผ่พลังงานของสายอากาศป้อนกำลังคลื่น ความผิดพลาดจากสภาพแวดล้อมภายในห้องทดสอบ ความผิดพลาดจากการไม่เข้าคู่ระหว่างสายส่งกับสายอากาศจานสะท้อน และความสูญเสียต่างๆที่เกิดขึ้นในระบบสายอากาศ