Dipole 3 or 4 Stacks

   สายอากาศแบบไดโพลหรือโฟลเดดไดโพลเป็นสายอากาศที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในวงการวิทยุสมัครเล่นไทย เนื่องจากเป็นสายอากาศที่ให้อัตราขยายค่อนข้างสูง และสามารถนำมาต่อเรียงกันเพื่อเพิ่มอัตราขยาย(การทำสแต็ค)ได้ตามต้องการโดยใช้การสร้างในรูปแบบเดิม ไม่ยุ่งยากซับซ้อน มีวิธีการสร้างแพร่หลายหลายแบบ หลายสูตร หลายต้นตำรับ อันนี้ขึ้นอยู่กับเสียงลือเสียงเล่าอ้างที่บอกต่อๆ กันไป ในการสร้างไดโพลขนาด 4 สแต็คโดยทั่วไปจะเป็นการสร้างบนบูมขนาด 6 เมตร เพราะอะไรหรือครับ ?

   เพราะขนาดอะลูมิเนียมที่สามารถซื้อหากันได้ขนาดมาตรฐานจะอยู่ที่ความยาวเส้นละ 6 เมตร แต่ในทางทฤษฎีแล้วการสร้างไดโพล 4 สแต็คโดยจัดเรียงระยะห่างระหว่างไดโพลแต่ละตัวเพื่อให้ได้อัตราขยายที่สูงที่สุดต้องใช้บูมยาวประมาณ 7 เมตร ซึ่งการสร้างไดโพล 4 สแต็คบนบูมยาว 6 เมตรเป็นผลทำให้ระยะห่างระหว่างไดโพลแต่ละตัวชิดกันมากขึ้นไม่เป็นไปตามทฤษฎีที่จะได้อัตราขยายสูงสุด ต่อไปนี้เป็นผลการใช้โปรแกรมออกแบบสายอากาศเพื่อวิเคราะห์อัตราขยายของสายอากาศไดโพลบนบูมยาวเพียง 6 เมตรโดยเปรียบเทียบระหว่างการใช้ไดโพล 3 สแต็ค และไดโพล 4 สแต็ค
 

รูปที่ 1 รูปไดโพลแบบต่างๆ
 
    โปรแกรมที่ใช้ในการวิเคราะห์คือ โปรแกรม 4nec2 version 5.6.2 เป็นโปรแกรมที่ใช้คำนวณรูปแบบการแพร่กระจายคลื่น คำนวณค่า SWR ที่สำคัญไม่มีค่าลิขสิทธิ์การใช้งาน การออกแบบใช้บูมอะลูมิเนียมยาว 6 เมตร เส้นผ่าศูนย์กลาง 1.5 นิ้ว ตัวไดโพลขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 1/2 นิ้ว โดยปรับระยะห่างระหว่างบูม และระยะห่างระหว่างไดโพลแต่ละตัวให้ได้ค่า SWR ที่ต่ำที่สุด และได้ค่าอัตราขยายที่สูงที่สุด ผลการวิเคราะห์ได้ดังนี้
 
ไดโพล 4 สแต็คบนบูมยาว 6 เมตร
ความยาวไดโพล = 93.5 cm
ระยะห่างจากปลายบนของบูมกัยปลายบนของไดโพลตัวบนสุด = 20 cm
ระยะห่างระหว่างไดโพลแต่ละตัว = 150 cm
ระยะห่างระหว่างบูมกับไดโพล = 26 cm
 

รูปที่ 2 รูปแบบการพร่กระจายคลื่นมองจากด้านข้าง ไดโพล 4 สแต็ค
 

รูปที่ 3 รูปแบบการพร่กระจายคลื่นมองจากด้านบน ไดโพล 4 สแต็ค
 

รูปที่ 4 ค่า SWR ของไดโพล 4 สแต็ค
 

รูปที่ 5 รูปแสดงกระแสที่ไหลบนไดโพล 4 สแต็ค
 
 ไดโพล 3 สแต็คบนบูมยาว 6 เมตร
ความยาวไดโพล = 93.5 cm
ระยะห่างจากปลายบนของบูมกัยปลายบนของไดโพลตัวบนสุด = 20 cm
ระยะห่างระหว่างไดโพลแต่ละตัว = 200 cm
ระยะห่างระหว่างบูมกับไดโพล = 30 cm
 

รูปที่ 6 รูปแบบการพร่กระจายคลื่นมองจากด้านข้าง ไดโพล 3 สแต็ค
 

รูปที่ 7 รูปแบบการพร่กระจายคลื่นมองจากด้านบน ไดโพล 3 สแต็ค
 

รูปที่ 8 ค่า SWR ของไดโพล 3 สแต็ค
 

รูปที่ 9 รูปแสดงกระแสที่ไหลบนไดโพล 3 สแต็ค
 

รูปที่ 10 รูป 3 มิติแสดงการพร่กระจายคลื่นมองจากด้านบน ไดโพล 3 สแต็ค
 

รูปที่ 11 รูป 3 มิติแสดงการพร่กระจายคลื่นมองจากด้านข้าง ไดโพล 3 สแต็ค
 
   จะเห็นว่าอัตราขยายของไดโพล 4 สแต็คคือ 10.1 dBi หรือ 7.95 dBd และอัตราขยายของไดโพล 3 สแต็คคือ 9.91 dBi หรือ 7.76 dBd ซึ่งต่างกันอยู่ 0.19 dB !!! ถือว่าน้อยมากๆ แทบไม่แตกต่างเพราะสัญญาณที่ต่างกัน 1 dB คือสัญญาณที่มีความแรงในระดับที่มนุษย์ทั่วไปเพิ่งจะสังเกตความแตกต่างได้ คราวนี้ในการสแต็คไดโพลเข้าหากันต้องใช้สายเฟสซิ่งสำหรับไดโพล 4 สแต็คจะมีจุดต่อสายนำสัญญาณระหว่างไดโพลคู่บน 1 จุด และคู่ล่างอีก 1 จุด จากนั้นก็จะมีจุดต่อระหว่างสายนำสัญญาณที่มาจากคู่บนและคู่ล่างต่อกับสายนำสัญญาณเพื่อเข้าเครื่องอีก 1 จุด รวมทั้งหมดมีจุดต่อ 3 จุด สำหรับไดโพล 3 สแต็คจะมีจุดต่อสายนำสัญญาณเพียง 1 จุด คือรวมสายนำสัญญาณจากไดโพลทุกตัวมาเข้าสายนำสัญญาณที่จะต่อเข้าเครื่องเป็นการต่อสาย 4 เส้นเข้าด้วยกัน

   ทำไมต้องพูดถึงเรื่องจุดเชื่อมต่อ ก็เพราะในการเชื่อมต่อในแต่ละจุดต้องเกิดการสูญเสียสัญญาณไม่มากก็น้อย สมมติว่าในการเชื่อมต่อมีการสูญเสียสัญญาณจุดต่อละ 0.3 dB ดังนั้นไดโพล 4 สแต็คจะมีสูญเสียรวม 3 X 0.3 = 0.9 dB แต่ไดโพล 3 สแต็คมีจุดต่อเดียวก็ประมาณ 0.3 dB เมื่อนำไปบวกลบกับอัตราขยายของสายอากาศแต่ละอันจะเห็นว่าไดโพล 3 สแต็คมีอัตรายายโดยรวมสูงกว่านิดหน่อย แถมยังใช้วัสดุในการทำน้อยกว่าด้วย พูดถึงตรงนี้อาจมีบางคนยังไม่เชื่อว่ามันจะเป็นไปได้อย่างไร 3 สแต็คจะสู้ 4 สแต็คได้ยังไง เป็นไปไม่ด๊ายยยยย !!! ก็เพราะระยะห่างระหว่างไดโพลแต่ละตัวของไดโพล 4 สแต็คบนบูมยาว 6 เมตรห่างกันน้อยไปนั่นเอง

จากการทดลองนี้ผมใช้ไดโพลไม่ใช่โฟลเดดไดโพลเพื่อลดความยุ่งยากในการสร้างแบบจำลอง ดังนั้นรูปแบบการแพร่กระจายคลื่นจึงไม่เป็นรอบตัว จากรูปจะพบว่าอัตราขยายด้านหลังน้อยกว่าด้านหน้าถึง 6 dB หรือประมาณ 4 เท่าถือว่าเยอะพอสมควรพูดง่ายๆ ก็คือด้านหลังก็หูตึงไปเลย อันเนื่องมาจากระยะห่างระหว่างบูมกับไดโพลและที่ต้องวางห่างเช่นนี้ก็เพราะมีต้องการให้ค่าอิมพีแดนซ์ของสายอากาศใกล้เคียง 50 โอห์มนั่นเอง เพื่อนๆ สมาชิกที่เคยสร้างโฟลเดดไดโพลอาจรู้สึกว่าที่เคยทำระยะห่างระหว่างบูมกับโฟลเดดไดโพลไม่ห่างขนาดนี้นี่นา…มันห่างแค่ 10-12 cm เองไม่ใช่หรือ ??? ใช่ครับ สำหรับโฟลเดดไดโพลจำเป็นต้องวางห่างแค่นั้นเพื่อผลต่อค่าอิมพีแดนซ์ซึ่งก็มีผลกระทบต่ออัตราขยายและรูปแบบการแพร่กระจายคลื่นแน่นอน โอกาสต่อไปผมจะลองเอารูปแบบการแพร่กระจายคลื่นมาให้ดูกันนะครับ โปรดติดตาม…..ตอนต่อไปนะครับ