VSWR คือ คือ อัตราส่วนของแรงดันสูงสุดและแรงดันต่ำสุดของรูปคลื่นนิ่งบนสายนำสัญญาณ VSWR (Voltage Standing wave Ratio) อัตราส่วนนี้เป็นค่าวัดปริมาณที่โหลดผิดไปจากสภาวะที่โหลดแมทช์มากน้อยเท่าไร ตัวอย่าง เช่น VSWR = 1 หมายความว่าคลื่นสม่ำเสมอตลอดสาย ซึ่งเป็นสภาวะที่โหลดที่แมทช์พอดี VSWR = อินพินิตี้ เมื่อโหลดเปิดวงจร หรือลัดวงจร
ถ้าโหลดที่ต่อมีค่าความต้านทานเท่ากับ RL และสายนำสัญญาณมีอิมพีแดนช์ของสายเท่ากับ Zo เราสามารถคำนวณค่า VSWR ได้จากสูตร
หรือ
แล้วแต่ว่าตัวใดค่ามากกว่า
ค่า VSWR จะต้องมากกว่าหรือเท่ากับหนึ่งเสมอไม่ว่า RL และ Zo จะมีค่าเท่าไรก็ตาม ฉะนั้นถ้า หรือ ก็จะได้ค่า VSWR = 2 ซึ่งเท่ากันทั้งสองกรณี ดังนั้นถ้าค่า VSWR ยิ่งมากขึ้นเท่าไรก็จะทำให้ไม่เกิดการแมทช์ขึ้นมากตามด้วย ซึ่ง VSWR เข้าใกล้ 1 การวัดค่า VSWR เครื่องมือที่ใช้วัด VSWR บางที่เราเรียกว่า SWR Meter หรือ Refectometer ซึ่งจะมีสเกลที่วัดได้อ่านค่าออกมาเป็น VSWR ได้เลย
การใช้ SWR Meter โดยต่ออนุกรมกับสายนำสัญญาณระหว่างเครื่องส่งกับสายอากาศ เริ่มแรกให้ปรับกำลังส่งของเครื่องส่งให้ออกมากที่สุดและปรับ Calibrate โดยปรับความไวของ SWR Meter ให้อ่านเต็มสเกลแล้วบิดสวิทช์อ่านค่า VSWR ได้เลย
Credit : http://kromchol.rid.go.th/cmd/knowledge/antenna_06.htm
-------------------------------------------------------------------------------------------------
VSWR : อัตราส่วนคลื่นนิ่ง
ในงานวิศวกรรมวิทยุและโทรคมนาคม อัตราส่วนคลื่นนิ่ง (อังกฤษ: Standing Wave Ratio (SWR)) เป็นตัวชี้วัดของการแมทชิงอิมพีแดนซ์ของโหลดกับอิมพีแดนซ์ที่เป็นลักษณะเฉพาะของสายส่งหรือท่อนำคลื่น การไม่แมทช์กันของอิมพีแดนซ์เกิดขึ้นในคลื่นนิ่งไปตามเส้นสายส่ง และ SWR ถูกกำหนดเป็นอัตราส่วนของขนาดคลื่นนิ่งบางส่วนที่ antinode (สูงสุด) กับขนาดที่อีกโหนดหนึ่ง (ต่ำสุด) ไปตามเส้นสายส่ง
SWR มักจะหมายความในแง่ของจุดสูงสุดและจุดต่ำสุดของแรงดันไฟฟ้า AC ไปตามเส้นสายส่ง มันจึงถูกเรียกว่า อัตราส่วนคลื่นนิ่งแรงดัน (อังกฤษ: voltage standing wave ratio) หรือ VSWR (บางครั้งออกเสียงว่า "vizwar"[1][2]) ตัวอย่างเช่นค่า VSWR = 1.2:1 หมายถึงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเนื่องจากคลื่นนิ่งไปตามเส้นสายส่งขึ้นสูงถึงค่าสูงสุดเป็น 1.2 เท่าของแรงดันไฟฟ้า AC ต่ำสุดไปตามแนวสายส่งนั้น ค่า SWR ก็สามารถกำหนดได้เช่นกันว่าเป็นอัตราส่วนของแอมพลิจูดสูงสุดต่อแอมพลิจูดต่ำสุดของกระแสในสายส่ง เรียกว่าความแรงของสนามไฟฟ้า (อังกฤษ: electric field strength) หรือความแรงของสนามแม่เหล็ก (อังกฤษ: magnetic field strength) ถ้าไม่สนใจการสูญเสียในสายส่ง, อัตราส่วนสองตัวนี้เหมือนกัน
อัตราส่วนคลื่นนี่งกำลังงาน (อังกฤษ: power standing wave ratio) (PSWR) ถูกกำหนดให้เป็นกำลังสองของ VSWR[3] อย่างไรก็ตามคำศัพท์นี้ไม่มีความสัมพันธ์ทางกายภาพกับกำลังงานจริงที่เกี่ยวข้องในการส่ง
ค่า SWR สามารถวัดได้ด้วยเครื่องมือที่เรียกว่ามิเตอร์ SWR. เนื่องจาก SWR ถูกกำหนดให้สัมพันธ์กับอิมพีแดนซ์ที่เป็นลักษณะเฉพาะของสายส่ง, มิเตอร์ SWR ต้องถูกสร้างสำหรับอิมพีแดนซ์นั้น นั่นคือในทางปฏิบัติสายส่งส่วนใหญ่ที่ใช้ในงานเหล่านี้จะเป็นสาย coaxial ที่มีค่าอิมพีแดนซ์เท่ากับ 50 หรือ 75 โอห์ม การตรวจสอบ SWR เป็นขั้นตอนมาตรฐานในสถานีวิทยุ(ตัวอย่าง)เพื่อตรวจสอบการแมทชิงอิมพีแดนซ์ของสายอากาศกับสายส่ง (และเครื่องส่งสัญญาณ). ไม่เหมือนกับการเชื่อมต่อเครื่องวิเคราะห์อิมพีแดนซ์ (หรือ "สะพานอิมพีแดนซ์") โดยตรงเข้ากับสายอากาศ (หรือโหลดอื่น ๆ) SWR มิเตอร์ไม่ได้วัดอิมพีแดนซ์จริงของโหลด แต่ทำการประเมินขนาดของอิมพีแดนซ์ที่ไม่แมทช์กันเพียงแแค่ดำเนินการวัดในด้านเครื่องส่งสัญญาณของสายส่ง
---------------------------------------------------------------------------------
ค่า VSWR ที่เราใช้กันในงานโทรคมฯ ต้องน้อยกว่า 1.2 ถ้ามากกว่า 1.2 ขึ้นไปค่าจะไม่ดี (ยิ่งค่าน้อยยิ่งดี)
ในตารางนี้เป็นการเทียบ VSWR กับ RL (Reurun Loss) ซึ่ง 2ค่านี้เป็นส่วนกลับกัน
หัวข้อ : ค่า SWR สำคัญไฉนในระบบส่งความถี่ย่าน RF
มาศึกษาหาความจริงกับค่า SWR ว่ามันมีความสำคัญมากแค่ไหน อย่างไร ? ในระบบส่งสัญญาณออกอากาศและมันคือตัวกำหนดประสิทธิภาพจริงหรือ?
ในหมู่นักวิทยุสมัครเล่นและผู้สนใจในด้านการสื่อสาร ส่วนใหญ่มักจะมีความเข้าใจคลาดเคลื่อนในเรื่อง SWR ของสายอากาศ ซึ่งมักจะเข้าใจว่าลักษณะของสายอากาศที่ดีนั้นควรมีอัตราส่วนคลื่นนิ่ง หรือค่า SWR ประมาณ 1:1 แต่จริงๆแล้วในทางปฏิบัติจะเป็นเช่นนั้นได้หรือไม่อัตราส่วนดังกล่าวเป็นอัตราส่วนในทางอุดมคติที่เกิดขึ้นได้ในกรณีที่โหลดเป็นตัวต้านทานดัมมี่โหลด (resistive dummy load) เท่านั้น ซึ่งในทางปฏิบัติทำได้ค่อนข้างยาก
เพื่อทำความเข้าใจในเรื่อง SWR คงต้องย้อนกลับไปศึกษาทฤษฎีพื้นฐานของสายอากาศกันบ้าง ซึ่งในที่นี้จะไม่ขอกล่าวถึงการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ที่ยุ่งยากซับซ้อน แต่จะอาศัยหลักความจริงเป็นพื้นฐาน
ประการแรก โหลดสำหรับสายส่ง (Transmission line) ซึ่งอาจเป็นสายที่เปิดปลายสายไว้หรือสายโคแอกเชียล หรืออุปกรณ์อื่นๆ ที่สามารถแพร่กระจายพลังงานความถี่วิทยุ (RF) ได้ โหลดเหล่านี้เป็นปัจจัยสำคัญในการคำนวณหาอัตราส่วนคลื่นนิ่งหรือ SWR ที่ปรากฎในสาย เช่นในกรณีที่สายมีอิมพีแดนซ์ประจำตัวของสาย (characteristic impedance) 50 โอห์ม และโหลดมีความต้านทาน 50 โอห์มเท่ากัน ในกรณีนี้จะไม่ทำให้เกิดคลื่นนิ่งแต่ถ้าในกรณีที่โหลดมีค่าความต้านทานไม่เท่ากับอิมพีแดนซ์ประจำตัวของสาย ก็จำทำให้เกิดคลื่นนิ่งขึ้นมา
ประการที่สอง เราไม่สามารถเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนคลื่นนิ่งที่เกิดขึ้นในส่วนต่างๆ ของสายส่งได้ ไม่ว่าจะเพิ่มหรือลดความยาวของสายส่งหรือกระทำใดๆ ที่ภาคเครื่องส่งก็ตาม
หลังจากทราบหลักพื้นฐานความเป็นจริงไปแล้ว มาทำความรู้จักกับคลื่นนิ่งให้กระจ่างแจ้งกันอีกสักนิด
คลื่นนิ่ง
โดยพื้นฐานแล้วคลื่นนิ่ง (Standing wave) คือการกระจายของแรงดันและกระแสของสายส่งซึ่งเป็นผลลัพธ์ของคลื่นเดินหน้าหรือคลื่นที่ส่งออกไป และคลื่นสะท้อนกลับระหว่างแหล่งจ่ายกำลังกับโหลด คลื่นเดินหน้ากับคลื่นสะท้อนนั้นจะเสริมกันหรือหักล้างกันแล้วแต่ความแตกต่างเฟสของคลื่นทั้งสอง ผลลัพธ์ทั้งสองจะปรากฎเป็นคลื่นนิ่ง
ปกติแล้วเมื่อกล่าวถึงคลื่นนิ่งมักจะอ้างถึง VSWR (voltage standing wave radio) เพราะว่าการทดสอบสนามไฟฟ้าในสายส่งนั้นทำได้ง่ายกว่าการทดสอบสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในสายส่ง ซึ่งต้องใช้การทดสอบแบบชีลด์ลูป (shielded loop) รูปแบบการแพร่กระจายคลื่นแรงดันและกระแสจะมีรูปร่างที่เหมือนกัน แต่การเปลี่ยนแปลงของคลื่นนิ่งทั้งแรงดันและกระแสจะมีความแตกต่างกัน โดยอยู่ห่างกันประมาณ 1 /4 ของความยาวคลื่น อย่างไรก็ตามการเคลื่อนที่ของคลื่นนิ่งทั้งสองจะมีความสัมพันธ์กันดังแสดงในรูปที่ 1
ดังนั้นถ้าทำให้ค่า VSWR มีค่าต่ำที่สุดที่สามารถทำได้ นั่นหมายถึงโหลดที่ต่อกับสายส่งจะมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับตัวต้านทานบริสุทธิ์ (purely resistor) และย่อมหมายความว่าโหลดเกิดเรโซแนนซ์ที่ความถี่ใช้งาน
การแมตช์
จากทฤษฎีพื้นฐาน อิมพีแดนซ์ของสายอากาศไดโพลชนิดฮาล์ฟเวฟจะมีอิมพีแดนซ์ประมาณ 70 โอห์ม และสายอากาศแบบโฟลด์ไดโพลจะมีอิมพีแดนซ์มากกว่าเป็น 4 เท่าหรือประมาณ 280 โอห์ม จากความสัมพันธ์ดังกล่าวทำให้สามารถออกแบบและเลือกใช้ระบบสายส่งที่เหมาะสมกับอิมพีแดนซ์ประจำตัวของสายอากาศได้ทันที และไม่ยากเท่าใดนัก
ที่ความถี่ย่าน VHF และ UHF การแมตช์อาจทำได้ค่อนข้างยากมากขึ้นอีก ซึ่งทฤษฎีกล่าวไว้ว่าอิมพีแดนซ์ประจำตัวของควอเตอร์เวฟกราวน์เพลนมีค่าเป็น 20 โอห์ม ซึ่งจะแมตช์ได้ลำบากมากถ้าใช้สายส่งแบบโคแอกเชียลที่มีอิมพีแดนซ์ 50 โอห์ม ที่นักวิทยุสมัครเล่นส่วนใหญ่ใช้กัน อย่างไรก็ตามสายอากาศแบบควอเตอร์เวฟกราวน์เพลนมีอัตราการขยาย (gain) ที่ดี และสามารถใช้งานในการแพร่กระจายคลื่นมุมต่ำๆ ได้ค่อนข้างดี
ดังนั้นการใช้สายโคแอกเชียล 50 โอห์ม มาทำการแมตช์กับสายอากาศชนิดนี้อาจจะไม่ค่อยดีนักเพราะว่าคุณสมบัติของสายโคแอกเชียลเมื่อพิจารณาแล้วน่าจะเหมาะสมที่เป็นตัวแพร่กระจายคลื่นมากกว่า
จากทฤษฎีได้กล่าวไว้ว่า เพื่อกำจัดการเกิดคลื่นนิ่งต้องพยายามแมตช์อิมพีแดนซ์ของสายอากาศและสายส่งให้มีประสิทธิภาพมากที่สุด การแมตช์อาจทำได้โดยใช้ควอเตอร์เวฟทรานสฟอร์เมอร์หรือ อาจใช้วงจรแมตชิ่งที่ประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติและความจำเป็นของปัญหานี้สามารถมองข้ามไปได้ ถ้ามีความรู้เกี่ยวกับค่า SWR มากพอ เพื่อเลือกค่าที่ดีที่สุดแต่ไม่เทียบเท่าค่าในทางอุดมคติคือ SWR เท่ากับ 1:1
ในทางปฏิบัติแล้วภาคเอาต์พุตของเครื่องส่งส่วนใหญ่ จะถูกออกแบบให้อิมพีแดนซ์ของแหล่งกำเนิดสัญญาณมีค่าต่ำมากๆ และที่ต้องทำอย่างนี้ก็เพื่อต้องการลดการสูญเสียพลังงานในภาคเอาต์พุตเนื่องจากตัวมันเอง เมื่อเกิดการไม่แมตช์เกิดขึ้นระหว่างเครื่องส่งและสายส่ง เพราะว่าเมื่อเกิดการไม่แมตช์กัน แน่นอนจะต้องมีคลื่นส่วนหนึ่งสะท้อนกลับมายังเครื่องส่งและในกรณีนี้เครื่องส่งก็ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ ดังนั้นการออกแบบจึงต้องมีการป้องกันไว้ก่อน
นักวิทยุสมัครเล่นบางท่านมักจะเข้าใจผิดว่า ในขณะที่ระบบสายอากาศและสายส่งไม่แมตช์กัน พลังงานจะสูญเสียไปเนื่องจากความร้อนที่เกิดขึ้นในสาย ความจริงแล้วพลังงานจะถูกสะท้อนกลับลงมาตามสายส่งและกลับไปยังเครื่องส่งอีกครั้ง หลังจากนั้นคลื่นก็จะถูกสะท้อนกลับอีกครั้งโดยภาคเอาต์พุตของเครื่องส่งกลับไปตามสายส่งเช่นเดิม และจะปรากฎที่สายอากาศซึ่งเป็นตัวแพร่กระจายคลื่นอีกครั้งและจะเป็นอย่างนี้เรื่อยไป
ในทางปฏิบัติตราบเท่าที่เครื่องส่งยังไม่เสียหายและผลเนื่องจากเครื่องส่งร้อนเกินไป เนื่องจากเกิดการไม่แมตช์ของระบบสายอากาศและสายส่ง ผลของ VSWR มีค่าสูงจะไม่มีผลต่อกำลังของการส่งแพร่กระจายคลื่นของระบบสายอากาศความจริงแล้วผลกระทบเพียงอย่างเดียวที่นำมาพิจารณาคือการหน่วงเวลาของการแพร่กระจายคลื่น ระหว่างคลื่นเดินหน้าหรือคลื่นที่แพร่กระจายออกไป และคลื่นสะท้อนกลับ
การวัดค่า VSWR
เมื่อต้องการวัดค่า VSWR วิธีที่เที่ยงตรงที่สุดคือการวัดกำลังของสัญญาณที่ส่งออกไป และกำลังของสัญญาณที่ส่งออกไป และกำลังของสัญญาณที่สะท้อนกลับมา โดยใช้วัตต์มิเตอร์ชนิดอินเซอร์ต (insertion type wattmeter) และคำนวณค่า VSWR จากตารางในรูปที่ 2 (ก) และ 2 (ข) ตำแหน่งการวัดเพื่อจะให้ค่าออกมาถูกต้องเที่ยงตรงที่สุดนั้น ก็มีทฤษฎีอีกหลายทฤษฎีที่กล่าวถึง
แต่ตำแหน่งที่สะดวกที่สุดเพื่อวัดคลื่นที่ส่งออกไปและคลื่นที่สะท้อนกลับคือติดตั้งที่ตำแหน่งของเครื่องส่ง อย่างไรก็ตามวิธีวัดค่า VSWR ที่เครื่องส่งนี้ บางท่านอาจแย้งว่าการสูญเสียในสายจะทำให้ค่ากำลังที่สะท้อนกลับที่วัดได้มีค่าต่ำกว่าค่าที่เป็นจริง ดังนั้นถ้าต้องการให้ถูกต้องและเที่ยงตรงมากที่สุดในการวัดควรพยายามใช้สายส่งให้สั้นที่สุด และในทางปฏิบัติควรติดตั้งเครื่องส่งและสายอากาศให้อยู่ในตำแหน่งที่ใกล้กันมากที่สุดด้วย
ดังนั้นค่า VSWR จึงเป็นตัวบ่งบอกว่าเครื่องส่งกับสายอากาศที่เลือกใช้ในระบบนั้นดีที่สุดแล้วหรือยัง ซึ่งค่า VSWR นี้เป็นปัจจัยที่สำคัญเพื่อใช้ในการพิจารณาแต่ถ้าจะกล่าวถึงระบบสายอากาศค่า VSWR นี้จะไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของสายอากาศแต่อย่างใด การออกแบบระบบสายอากาศเป็นอีกเรื่องหนึ่งไม่เกี่ยวกัน
ณ ตรงนี้ คงทำให้หลายท่านมีความเข้าใจมากขึ้นและชัดเจน บางท่านอาจจะไม่เคยให้ความสนใจ แต่เพื่อความสมบูรณ์ทดลองวัดดูสิครับ บางครั้งคุณอาจคิดว่าระบบที่คุณต่อใช้งานอยู่นั้นดีแล้ว แต่แท้ที่จริงมีพลังงานมากมายที่ต้องสูญเสียไปโดยไร้ประโยชน์
Credit : http://www.108ham.com/?id=70&Amateur_radio.html
ขอบคุณมาก ๆ สำหรับบทความนี้ครับ
ตอบลบ