3 stacked Sleeve Folded Dipole

   หลังจากที่ได้ลองคำนวณอัตราขยายของไดโพล 3 ห่วงและ 4 ห่วงบนบูมยาว 6 เมตรไปแล้ว ประกอบกับได้สนทนากับเพื่อนสมาชิกในความถี่เกี่ยวกับโฟลเด็ดไดโพลแบบใส่ปลอก ก็ได้ทดลองคำนวณจากโปรแกรมพบว่าโฟลเด็ดไดโพลแบบใส่ปลอกให้อัตราขยายได้มากกว่าโฟลเด็ดไดโพลธรรมดาประมาณ 1.5 dB ที่ระยะห่วงห่างจากบูมเท่ากัน จึงเกิดความสนใจทดลองทำดูบ้าง

สร้างแบบจำลองในโปรแกรม 4NEC2

   เริ่มต้นคำนวณโดยสร้างแบบจำลองโฟลเด็ดไดโพลใส่ปลอกในโปรแกรม 4NEC2 โดยคำนวณเปรียบเทียบระหว่างมีปลอกและไม่มีปลอก


รูปจริงโฟลเด็ดไดโพลใส่ปลอกฝีมือ HS4OFI กาฬสินธุ์


รูปโครงสร้างโฟลเด็ดไดโพลใส่ปลอก บูมขนาด 1 นิ้วครึ่ง ยาว 6 เมตร


รูปก่อนใส่สายเฟสโฟลเด็ดไดโพล 3 ห่วงใส่ปลอก บนบูมยาว 6 เมตร

   โปรแกรม 4NEC2 มีความสามารถในการคำนวณเมื่อมีสายนำสัญญาณเป็นส่วนประกอบ ดังนั้นจึงเป็นความสะดวกที่เราไม่ต้องใช้วิธีลองผิดลองถูกตัดสายนำสัญญาณเพื่อให้เกิดภาวะแมตช์ เพียงเราทดลองเปลี่ยนความยาวสายนำสัญญาณในโปรแกรมและอ่านค่าอิมพิแดนซ์เมื่อได้ค่าที่เหมาะสมแล้วนำไปคูณกับค่าตัวคูณความเร็วตามประเภทสายนำสัญญาณที่เราใช้ (เพราะค่าในโปรแกรมเป็นความยาวทางไฟฟ้าที่ยังไม่ได้คิดค่าความสูญเสียในสายและตัวคูณความเร็ว) ก็จะได้ความยาวสายเฟสที่เหมาะสม วิธีนี้ช่วยให้ไม่ต้องเปลืองสายนำสัญญาณหากว่าทดลองตัดแล้วผิด หรือแมตช์ไม่ลง ในรูปต้นแบบแสดงความยาวของสายนำสัญญาณที่ใช้จริง

   ในต้นแบบนี้ใช้สายนำสัญญาณ RG-6/U เนื่องจากเห็นว่ามีราคาถูกประมาณเมตรละ 10 บาท เมื่อเทียบกับ RG-11 ที่นิยมใช้กันราคาถีบตัวไปถึงเกือบเมตรละ 60 บาทแล้ว ผู้เขียนสร้างสายอากาศต้นนี้โดยยึดหลักความประหยัดประกอบกับอยากทดลองว่า RG-6 จะสามารถนำมาเป็นสายเฟสได้หรือไม่ ? จะสามารถทนกำลังได้มากเพียงใด ? เมื่อคำนวณอัตราการสูญเสียเมื่อเทียบกับ RG-11 เห็นว่ามีความแตกต่างกันประมาณ 0.5 dB ถึงแม้หลายคนจะมองว่ามีความแตกต่างกัน  แน่นอนครับหากท่านยอมเสียเงินเพิ่มอีก 400-500 บาทเพื่อซื้ออัตราขยายที่เพิ่มขึ้นเพียงไม่ถึง 1 dB ก็สามารถทำได้โดยเปลี่ยนสายเฟสเป็น RG-11 และคำนวณความยาวที่เหมาะสมใหม่เท่านั้นเอง ในต้นแบบนี้ความยาวพื้นฐานทางไฟฟ้าของสายเฟสแต่ละเส้นคือ 153.6 องศา ลองคำนวณเองนะครับ…

   ในส่วนของ Twelfth-wave Transformer ใช้เพื่อแปลงอิมพิแดนซ์จากประมาณ 34 Ω จากการรวมกันของทั้ง 3 ห่วง ให้ขึ้นมาเป็น 50 Ω จากหลักการของ Twelfth-wave transformer ต้องการสายนำสัญญาณที่มีอิมพิแดนซ์ใกล้เคียงกับ 34 Ω เราจึงใช้สายนำสัญญาณ 75 Ω 2 เส้นขนานกันจะได้อิมพิแดนซ์ประมาณ 37 Ω ซึ่งจากการทดลองพบว่าสามารถทำงานได้ดีแม้ว่าจะมีความแตกต่างอยู่บ้าง

รูปแบบการแพร่กระจายคลื่น

      
รูปการแพร่กระจายคลื่นใน Free Space ของโฟลเด็ดไดโพล 3 ห่วงใส่ปลอก

   
รูปการแพร่กระจายคลื่นใน Free Space ของโฟลเด็ดไดโพล 3 ห่วงธรรมดาไม่มีปลอก

   
รูปการแพร่กระจายคลื่นใน Free Space ของโฟลเด็ดไดโพล 4 ห่วงธรรมดา บนบูมยาว 6 เมตร

   จากรูปจะเห็นความแตกต่างระหว่างโฟลเด็ดไดโพลที่มีปลอกขนาด 1 นิ้วสวมไว้ที่ขาซีกบนด้านหน้าของห่วง ทำให้มีอัตราขยายเพิ่มขึ้นประมาณ 1.7 dB โดยที่ยังมีรูปแบบการแพร่กระจายคลื่นเหมือนเดิมทุกประการ สิ่งที่เปลี่ยนแปลงไปก็คือค่าอิมพิแดนซ์เมื่อใส่ปลอกจะลดลงทำให้ต้องคำนวณความยาวของสายเฟสใหม่ ซึ่งแต่เดิมเรามักจะจัดระยะให้โฟลเด็ดไดโพลมีอิมพิแดนซ์ใกล้เคียง 100 Ω แต่เมื่อใส่ปลอกอิมพิแดนซ์จะลดลงเหลือประมาณ 80 Ω ลองคิดๆ ดูแล้วก็ยังไม่ทราบว่าทำไมมันจึงมีอัตราขยายเพิ่มขึ้นมาได้ ตอนแรกตั้งสมมติฐานว่าอัตราขยายที่เพิ่มขึ้นจะได้มาจากคลื่นด้านหลัง แต่ดูจากรูปข้างบนแล้ว คลื่นด้านหลัง ด้านข้างก็ยังเท่าเดิม แล้วอัตราขยายมันเพิ่มขึ้นมาได้ไง…..งง งง งง ?

   เมื่อเปรียบเทียบกับโฟลเด็ดไดโพล 4 ห่วงบนบูมยาว 6 เมตรจะพบว่าอัตราขยายพอๆ กัน อาจจะดีกว่าด้วยซ้ำ เพราะระยะห่างระหว่างห่วงมากกว่าสามารถทำอัตราขยายได้เต็มที่กว่าแบบที่วางห่วงให้ชิดๆ กัน อัตราขยายด้านหลังค่อนข้างบอดคือน้อยกว่าด้านหน้าเกือบ 5dB และมีความกว้างลำคลื่นเมื่อคิดที่ 3 dB ประมาณ 200 องศา คือด้านหน้า และข้างซ้าย-ขวา จะไม่ค่อยแตกต่าง สรุปเป็นตัวเลขอัตราขยายโดยประมาณ ด้านหน้า 9.15 dBd ด้านข้าง 6.15 dBd และด้านหลัง 4.31 dBd แต่ถ้าสร้างโดยใช้บูมขนาด 1 นิ้ว 6 หุน จะได้อัตราขยายด้านหน้าเพิ่มขึ้นอีก และด้านหลังก็จะยิ่งบอดกว่านี้

SWR

   จะขอเล่าถึงขั้นตอนการทดลองตั้งแต่แรกเรี่มว่าได้ทดลองอะไรมาบ้าง เพราะตัวเลขที่เห็นสวยหรูนี่มิได้เกิดจากความพยายามเพียงแค่วันเดียว แต่เกิดจากลองผิดลองถูกพยายามที่จะปรับสิ่งที่อยู่ในโปรแกรมให้มีผลที่ตรงกับความเป็นจริงให้มากที่สุด

1. เมื่อได้ห่วงได้โพล โดยการสั่งดัดโดยฝีมือ HS4OFI มาครบแล้ว จึงทดลองติดตั้งและต่อสายเฟสเพียง 2 ห่วง โดยใช้สาย RG-6/U ด้วยความอนุเคราะห์จาก HS4FFD มาทดลอง ในตอนแรกที่ต่อสายเสร็จ SWR ไปลงที่ความถี่ย่าน 150 MHz ส่วนที่ความถี่ 145 MHz SWR มีค่า 1:1.4 โดยประมาณ ตอนนั้นก็คิดหนักว่าทำไมผลการคำนวณไม่ตรงกับทดลองจริง

2. ได้ทดลองย้อนกลับจากการทดลอง โดยใช้ความยาวสายและค่า SWR ที่ 150 MHz เป็นหลัก โดยตั้งสมมติฐานว่าที่ 150 MHz อยู่ในภาวะแมตช์ ดังนั้นปลายสายแต่ละเส้น ต้องมีอิมพิแดนซ์เป็น 100 Ω จากนั้นนำตัวเลขที่ได้ไปปรับแก้แบบจำลองในโปรแกรมจนได้ค่าอิมพิแดนซ์ประจำตัวของแต่ละห่วง และทดลองปรับความยาวของสายเฟสในโปรแกรมใหม่เพื่อให้ลงที่ความถี่ที่ต้องการ

3. จากการคำนวณพบว่าต้องตัดสายเฟสออกประมาณ 20 cm จึงได้ทดลองตัดสายเฟสตามความยาวที่คำนวณได้เพียงแค่ครั้งเดียว ปรากฏว่า SWR ลงเป็น 1:1.0 ที่ความถี่ 145 MHz ดั่งใจปรารถนา Bandwidth ก็กว้างมาก SWR ขึ้นไม่เกิน 1:1.4 ที่แถบความถี่ประมาณ 12 MHz แต่จะลงดีค่อนไปทางความถี่สูงนิดหน่อย ถึงตรงนี้รู้สึกดีใจมากๆ ที่ตัดเพียงครั้งเดียวแล้วทำได้ขนาดนี้ ฟลุ๊กหรือป่าว !!! คงใช่ แต่ไม่หมดสายนำสัญญาณเป็นม้วนแค่นี้ก็ปลื้มใจแล้ว 

 ค่า SWR 2 ห่วงเมื่อติดตั้งบนระเบียนบ้านชั้น 2 สูงจากพื้นดินประมาณ 5 เมตร ใช้สาย RG-8 ยาวประมาณ 8 เมตร

ความถี่ (MHz)

 SWR

143

1:1.2

144

1:1.1

145

1:1.0

146

1:1.1

147

1:1.1

148

1:1.3

4. เกิดความมั่นใจไปซื้อสาย RG-6/U มาเพื่อทำเป็น 3 ห่วง(ทนหายห่วง) ทดลองตัดครั้งแรกสายเฟสยาว 241 cm แต่ SWR ไปลง 1:1 ที่ความถี่ 147 MHz และที่ 144 MHz ขึ้นไปค่อนข้างสูงคือ 1:1.45 ยังไม่พอใจเท่าไหร่จึงทดลองตัดสายเฟสออก 5 cm เพื่อหวังจะปรับความถี่กลางให้ต่ำลงมา ปรากฏว่าได้ SWR ที่ความถี่ 144 MHz ลงมาเท่ากับ 1:1.3 แต่ความถี่ 147 MHz กลับไม่ลงดีเหมือนเดิมคือสูงขึ้นมาเป็น 1:1.1 แต่ก็พอใจที่ความถี่ 144 MHz มีค่าดีขึ้น แต่การตัดต่อสายครั้งที่ 2 นี้ ทำได้ไม่ดีเท่าครั้งแรกเนื่องจากครั้งแรกเราตัดต่อสายบนโต๊ะซึ่งสามารถทำงานได้อย่างปราณีตกว่า แต่ครั้งที่สองนี้สายเฟสได้ถูกติดตั้งบนเสาไปแล้วเวลาตัดต่อสายทำได้ลำบากกว่า

ค่า SWR 3 ห่วงเมื่อติดตั้งบนระเบียนบ้านชั้น 2 สูงจากพื้นดินประมาณ 5 เมตร ใช้สาย RG-8 ยาวประมาณ 8 เมตร

ความถี่ (MHz)

 SWR

143

1:1.4

144

1:1.3

145

1:1.1

146

1:1.1

147

1:1.1

148

1:1.2

 

   ต้องลองทดสอบค่า SWR อีกครั้งหลังจากติดตั้งเสาให้สูงจากพื้นดินให้สูงกว่านี้และให้พ้นสิ่งกีดขวาง ซึ่งคิดว่าคงทำให้ค่า SWR ลงต่ำกว่านี้ได้อีกนิดหน่อย จากการวิเคราะห์แล้วพบว่าที่ไม่สามารถทำให้แมตช์ได้ที่ความถี่กลางที่ต้องการนั้นคงเนื่องจากความยาวห่วงสั้นเกินไปเนื่องจากตอนดัดห่วงวัดความยาวจากขอบถึงขอบห่วง แต่ตอนคำนวณในโปรแกรมนั้นคิดจากกึ่งกลางขอบห่วง

   หลังจากติดตั้งจริงที่ความสูงวัดจากห่วงล่างสุดประมาณ 10 เมตร ใช้สายนำสัญญาณ RG-8 ยาวประมาณ 18 เมตร ได้ค่า SWR ดังตารางข้างล่าง ซึ่งค่า SWR ต่ำลงเนื่องจากความสูญเสียของสายนำสัญญาณเพราะค่า SWR ที่อ่านได้เป็นค่า SWR เสมือนที่ reflect power ถูกลดทอนด้วยสายนำสัญญาณ และพอจะสรุปได้ว่าน่าจะได้ค่าใกล้เคียงกับตอนที่ตั้งอยู่บนระเบียงชั้น 2 ต่างจากที่เคยทำสายอากาศประเภทรอบตัวที่ตอนทดสอบอยู่ข้างล่างได้ SWR ค่าหนึ่งแต่พอยกขึ้นไปติดตั้งจริงเป็นอีกค่าหนึ่งซึ่งต่างกันพอสมควร

ความถี่ (MHz)

 SWR

143

1:1.3

144

1:1.2

145

1:1.0

146

1:1.0

147

1:1.0

148

1:1.1

เทคนิคการสร้างฉบับ HS4LUP

   ออกตัวก่อนว่าเป็นคนที่ไม่มีทักษะเชิงช่างมากเท่าไหร่คือพอทำได้บ้างแต่ไม่สวยงามนัก อยากขอแนะนำการเข้าสาย RG-6/U หรือสายประเภทอื่นที่ชีลด์ไม่สามารถบัดกรีติดได้เนื่องจากสายรุ่นใหม่ๆ ราคาถูกจะไม่ใช่ชีลด์ทองแดง แต่จะทำจากอะลูมิเนียมผสมแมกนีเซียมซึ่งไม่สามารถบัดกรีติด ผมใช้วิธีใช้ลวดสายไฟทองแดงพันรอบชีลด์บิดให้แน่นแต่อย่ามากไปจนทำให้อินเนอร์โฟมเสียรูป แล้วบัดกรีกันคลายตัวแล้วจึงต่อกับหางปลา (รูปไม่ชัดเพราะถ่ายจากมือถือ)


รูปการเข้าสาย RG-6/U


รูปการเชื่อมต่อสาย Twelfth-wave Transformer

 วิธีเก็บสายเฟสให้เก็บไว้หลังบูมด้านตรงข้ามกับห่วงผมใช้เข็มขัดรัดสายไฟฟ้าบ้าน หรือที่เรียกว่ากิ๊ปรัดสายเบอร์ 4 ต่อกัน 2 อันรัดแล้วแน่นหนาดี ราคาถูกด้วย ใครจะใช้แผ่นอะลูมิเนียมรัดตามแบบฉบับก็ได้ไม่ว่ากัน ซึ่งผมก็ใช้เป็นบางจุดที่ต้องการความแน่นหนาคือช่วงที่เป็นสาย RG-11 และ RG-8

สรุปผลการทดลอง 

1. ค่าอิมพิแดนซ์จากโปรแกรมกับที่สร้างจริงมีค่าแตกต่างกัน ต้องศึกษาวิธีการสร้างโมเดลให้มีผลที่ถูกต้องกับของจริงให้มากขึ้น 

2. ความยาวห่วงสั้นเกินไปทำให้ไปแมตช์ลงที่ความถี่ค่อนข้างสูง การใช้สายเฟสช่วยแมตช์จะทำได้ดีเมื่อเป็น 2 ห่วง แต่เมื่อเป็น 3 ห่วงแล้วทำให้แมตช์ยากขึ้น จากการทดลองทำ 2 ห่วงพบว่าสามารถที่จะสร้าง 4 ห่วงโดยใช้พื้นฐานจาก 2 ห่วงได้โดยง่าย ความยาวห่วงที่เหมาะสมควรจะยาวประมาณ 94 cm

3. การเก็บสายนำสัญญาณควรเก็บให้แนบหลังบูมอย่าให้สายหักงอ เพราะหากเก็บสายไม่ดีจะทำให้ SWR สูงขึ้นมาได้ 

4. หากไม่อยากใช้ Twelfth-wave tranformer เพื่อแมตช์ สามารถทำได้โดยจัดให้ห่วงแต่ละห่วงมีอิมพิแดนซ์ประมาณ 150 Ω โดยเพิ่มระยะแขนให้มากขึ้น เมื่อรวมกัน 3 ห่วงจะสามารถแมตซ์ได้ง่ายขึ้นแต่จะทำให้สูญเสียอัตราขยายด้านหลังไป

   ก็หวังว่าคงเป็นประโยชน์กับเพื่อนสมาชิกที่มีความสนใจทดลองสายอากาศบ้างนะครับ กับการทดลองทำแบบสายอากาศแปลกๆ ที่ไม่ค่อยพบเห็นกันบ่อยนัก การแมตช์แบบแปลกๆ การสร้างโดยใช้วัสดุที่เรียบง่ายอย่างพอเพียง และการใช้คอมพิวเตอร์ช่วยคำนวณ ท่านใดทดลองแล้วได้ผลอย่างไรก็กลับมาแบ่งปันกันบ้างนะครับ QRU 73 ครับ