เรามาเริ่มที่ตอนแรก เลยครับ
ภาค ที่ 1 จานดาวเทียมแบบต่าง ๆ
เพื่อเป็นประโยชน์ เรามาเรียนรู้กับ แบบต่างๆของจานดาวเทียม กันด้วยดีกว่าครับ
เราสามารถแบ่งจานดาวเทียมได้ตามโครงสร้าง เช่น จานดาวเทียมแบบที่มีจานสะท้อนอันเดียว
( single reflector antenna) และ แบบทีมี จานสะท้อนแบบ 2 อัน ( dual reflector antenna)
และ ในแต่ละแบบ ยังแบ่งได้เป็นโครงสร้างแบบ สมมาตร ( Symmetrical type ) และ แบบ ไม่สมมาตร
( Asymmetrical type )
1. จานดาวเทียมแบบ พาราโบล่าร์ ( paraboloid antenna )
โครงสร้างจานแบบนี้ เป็นแบบ สมมาตร และเป็นที่นิยมอย่างแพร่หลาย เพราะมีโครงสร้างที่ง่าย
และ มี อัตราการขยายสูง
จากลักษณะของส่วนโค้ง จะทำให้สัญญาณทั้งหมดที่ตกลงมากระทบส่วนโค้งแล้วสะท้อนไปยังจุดโฟกัส
เหนือจานรับสัญญาณ หากส่วนโค้งของจานมีความแน่นอนถูกต้อง ความแรงสัญญาณก็จะมีมากขึ้น
2. จานดาวเทียม แบบ ออฟเซ็ท พาราโบลอยด์ ( Offset paraboloid )
จานแบบนี้ กล่าวง่ายๆ ก็คือ จานสะท้อนเป็นส่วนหนึ่งของพาราโบลอยด์ และ LNB จะวางอยู่ที่จุด
โฟกัสของพาราโบลอยด์ ลักษณะเฉพาะ ของจานแบบนี้ คือ ตัว Lnb และ ฟีดซัพพอร์ต จะไม่อยู่ตรงกลางจาน และ ส่วนใหญ่ จะอยู่นอกบริเวณของทางผ่านคลื่น
จานแบบนี้ มีข้อดี ที่มีพื้นที่ประสิทธิผลค่อนข้างสูง เพราะไม่มีส่วนหนึ่งส่วนใด บังเส้นทาง
ผ่านของคลื่น แต่ก็มีข้อเสีย ตรงที่ โครงสร้างแบบไม่สมมาตร จะทำให้มี cross polarization ในทิศทาง
ที่ไม่ใช่ด้านหน้ามีค่อนข้างสูง
3. จานดาวเทียม แบบ ( Cassegrain antenna )
เป็นจานดาวเทียมที่มี ตัวสะท้อน 2 อัน ( dual reflector ) โดยที่มีตัวสะท้อนหลัก ( Main reflector )
เป็นรูป พาราโบลอยด์ และ จานสะท้อนรอง ( sub reflector ) เป็นรูปไฮเปอร์โบลอยด์ แต่ จานสะท้อนทั้ง
สอง จะมีจุดโฟกัส ร่วมกัน
จาน แคสเซ็กเกรน เป็นจานแบบ สมมาตร โดยทั่วไป จะมี cross polarization ต่ำ จานแบบนี้มีใช้ในงาน
สถานีภาคพื้นดิน ( Earth station antenna )
ตารางเปรียบเทียบ ลักษณะของจานดาวเทียม ทั้ง 3 แบบ
จานดาวเทียมแบบ cassegrain จะให้อัตราขยายสูงสุด ส่วนประสิทธิภาพจะมีประมาณ 80 % เมื่อเทียบ
กับจานแบบ พาราโบล่าร์ center focus จึงมักใช้งาน ในจานที่มีเส้นผ่าศูนย์กลาง มากกว่า 2 เมตร ขึ้นไป
( D > 75 ) สำหรับจานที่มีขนาดเล็กกว่า 2 เมตร จะไม่ใช้จานดาวเทียมแบบ cassegrain เพราะการ
ติดตั้งตำแหน่ง sub reflector ทำได้ยาก จึงนิยมใช้จานแบบ พาราโบล่าร์ center focus มากกว่า
ส่วนจานที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางต่ำกว่า D > 10 (ประมาณ 75 ซม. ) มักจะใช้จาน
ดาวเทียมแบบ ออฟเซ็ท พาราโบลอยด์ ซึ่งจะทำให้อัตราขยายดีที่สุด และ side lobes ต่ำมาก
มีสิ่งที่สมควรทราบ เกี่ยวกับจานแบบ offset นะครับ สังเกต ฟีดฮอร์น ที่ใช้กับจาน
แบบนี้ จะมีช่องของฟีดฮอร์น แตกต่างจากจานแบบ center focus โดยช่องของ ฟีดฮอร์น ค่อนข้าง
จะบานออก เพื่อลด บีมวิดท์ของลำคลื่นให้เล็กลง ซึ่งจำเป็นอย่างมาก เนื่องจากจาน มีขนาดเล็ก
(เมื่อเทียบกับพื้นผิวทั้งหมดของจาน พาราโบล่าร์ ) หากนำเอา ฟีดฮอร์น แบบธรรมดามาใช้
ก็จะทำให้ มีการขยายสัญญาณรบกวนจากภาคพื้นดินไปด้วย
เสริม เพิ่มเติมให้อีก ครับ เพราะ มีจานดาวเทียม อีก 2 แบบ ที่ บ้านเราไม่ค่อยได้เห็นกัน
แต่ถ้า เราเห็น เราจะได้เข้าใจกับการทำงานของมัน
จานดาวเทียมแบบ สเฟียริคอล
ลักษณะจานแบบนี้ มักเป็นแบบรูปสี่เหลี่ยมเสมอ แต่จะมีส่วนโค้งเช่นเดียวกับ พาราโบลิก ซึ่งถ้าเรา
ขยายผิวจานออกไปเรื่อยๆ และเท่าๆกัน ออกไปทุกด้านของสี่เหลี่ยม ก็จะกลายเป็นรูปปริมาตรของทรงกลมพอดี สิ่งที่เป็นลักษณะเด่น ที่แตกต่างออกไป ก็คือ สามารถ มีจุดโฟกัสได้หลายจุดบนจานเดียวกัน
ทำให้รับสัญญาณดาวเทียมได้พร้อมกันครั้งละ หลายดวง เราเรียกการรับแบบนี้ ว่า จาน multi sat
จานดาวเทียม ที่ใหญ่ที่สุดในโลก อยู่ที่ Aracibo ที่ประเทศ เปอโตริโก้ ก็เป็น จานแบบ สเฟียริคอล
ที่มี รีเฟล็คเตอร์ เป็นแบบ พาราโบล่าร มีขนาด 305 เมตร หรือ 1000 ฟุต เพื่อรับสัญญาณวิทยุ ที่มาจากนอกโลก
สร้างเมื่อ ปี 1968 โดย มหาวิทยลัย คอร์แนล สหรัฐอเมริกา
และ ยังมีจานดาวเทียม อีกแบบ หนึ่ง ที่น่าสนใจ มากกครับ ไม่ต้องมี ฟีด ซัพพอร์ต ยื่นออกมาให้
เกะกะ เป็นจานแบบ สี่เหลี่ยม เรียบๆ เลยครับ เราเรียกจานดาวเทียม แบบแผ่นเรียบ นี้ว่า
Phased Array
จานดาวเทียม แบบ Phased Array จะประกอบไปด้วย สายอากาศแผ่นเล็กๆ มากกว่า 200 ชิ้น
มาต่อร่วมกัน เราเรียกว่า มาทำ phased array ให้อยู่ในฟอร์ม รูป สี่เหลี่ยม เมื่อสัญญาณดาวเทียมตกลง
มาตกกระทบแผ่นผิวของจานแบบ flat plate ก็จะรับสัญญาณ ที่มีเฟสเดียวกัน มารวมกัน
ผ่านโครงข่ายของสาย ฟีด ที่เชื่อมต่อกัน กับ สายอากาศแผ่นเล็กๆ และ เชื่อมต่อไปยัง Lnb ต่อไป
อัตราขยายของจานดาวเทียม คือ การวัดความสามารถในการรับสัญญาณของจานดาวเทียม
เรามาดูปัจจัยที่มีผลกระทบต่ออัตราการขยายของจานดาวเทียมได้แก่
1. พื้นที่หน้าตัดของจานดาวเทียม (พื้นที่ช่องเปิด ไม่ใช่พื้นที่ผิวของจาน )
2. ช่องเปิด ของ LNB
3. ผิวของจานรับสัญญาณ
4. ความโค้งของจานที่ไม่เป็นไปตามลักษณะ ของพาราโบลิก
หากเกิดความผิดปกติหรือข้อผิดพลาด จะเป็นสาเหตุทำให้อัตราการขยายลดลง
ผู้ออกแบบ สามารถ คำนวณ อัตราขยายกำลังของจานดาวเทียมได้โดยใช้สูตร
จานดาวเทียมที่ดี ไม่เพียงแต่ขยายสัญญาณจากจานดาวเทียมที่อยู่ด้านหน้าและจุดศูนย์กลางจาน เท่านั้น
ในขณะเดียวกัน จะต้องสามารถกำจัดสัญญาณ ที่มาจากทิศทางอื่นๆ ออกไปได้ทั้งหมด
เมื่อผู้ผลิต ระบุอัตราขยายของจานดาวเทียมออกมา จะระบุที่ลำคลื่นหลัก ( main lobes )
แต่อย่างไรก็ตาม มันย่อมจะมี side lobes ออกมาได้ทั้งนั้น และมีคุณสมบัติในการขยายสัญญาณ
ที่แตกต่างได้เช่นกัน
อัตราขยายของ side lobes ที่เกิดขึ้นทั้ง 2 ด้านนี้ จะต้องควบคุมให้น้อยที่สุด ที่ -15dB
จาก main lobes หากไม่เป็นเช่นนี้แล้ว สัญญาณจากดาวเทียมดวงอื่น ก็อาจจะมารบกวนสัญญาณ
ที่เราต้องการรับก็ได้
ระยะห่างระหว่างดาวเทียม ที่ลอยอยู่ในตำแหน่ง ห่างกันประมาณ 3 องศา จะมีผลต่อ
การรับสัญญาณมาก จานดาวเทียม ที่มีขนาดเล็ก จะมี side lobes ชุดแรก ในตำแหน่ง 3 องศา
จาก main lobes พอดี ซึ่งตรงกับตำแหน่งดาวเทียมดวงต่อไปที่ติดกันอยู่
ดังนั้น ผู้ผลิต จึงจำเป็นต้องลดเกน ของ side lobes ของจานดาวเทียม ขนาดเล็ก
ให้ลดลงมากที่สุด ถ้าให้แน่นอนที่สุด จะต้องลดลง ต่างจาก main lobes ที่ -18 dB
ตัวอย่าง side lobes มาดูรูป ของท่าน DG จะเห็น ว่ามีทั้ง main lobes และ side lobes ทั้ง 2 ด้าน
ดังนั้น ในการปรับจานดาวเทียม ให้ได้ดีที่สุด ต้องรับด้านที่เป็น main lobes
ข้อดี ของจานแบบ ออฟเซ็ท พาราโบลอยด์ จะมี side lobes ต่ำ แต่มี main lobes ที่มีแอมปลิจูดสูง
แต่ มีบีมวิดท์ ที่แคบ ดังนั้น สังเกต มั้ยครับว่า เวลาเราปรับจานแบบ ออฟเซ็ทรับ สัญญาณ Ku band
เช่น ทรู วิชั่นส์ หรือ DTV หรือ สามารถ DTH แม้ความแรงสัญญาณสูงกว่า C band มาก
แต่เนื่องจาก บีมวิดท์ ที่แคบ ทำให้เราต้องปรับละเอียด จึงจะเจอสัญญาณ
ภาคที่ 2 ครับ ใครที่อยากออกแบบ จานดาวเทียมแบบ พาราโบล่าร์
1. การหาประสิทธิภาพของช่องเปิด ( Aperture efficiency)
อัตราขยายของจานพาราโบล่าร์ มักเขียนในรูป
ขณะที่ S เป็น พื้นที่จริงของช่องเปิดของจานดาวเทียม
D เป็นเส้นผ่าศูนย์กลางของจานดาวเทียม
และ n เป็น ประสิทธิภาพของช่องเปิด การออกแบบที่ดี ต้องพยายามทำให้ n มีค่าสูง
2. ผลจากความไม่สม่ำเสมอ ของสนามแม่เหล็กบนช่องเปิด
3. ผลจากการล้นจาน ( spill over ) คือ สัญญาณบางส่วนที่ไม่ได้ถูกสะท้อนซึ่งขึ้นกับฟีดฮอร์นและมุมเงยของช่องเปิด
4. ผลจากการ บังคลื่น ( blocking ) เกิดจากการที่มี ฟีดฮอร์น อยู่ด้านหน้าของจาน
5. ผลจากการกระจัดกระจาย ( scattering ) ของคลื่น ซึ่งเกิดจาก ฟีดซัพพอร์ต หรือ ความไม่เรียบของผิวจานดาวเทียม
จานดาวเทียม พาราโบล่าร์ เนื่องจาก Lnbf มีขนาดไม่ใหญ่และ ก้านฟีด ( feed support ) มีไม่มาก
ดังนั้น ผลของการบังคลื่น และ การกระจัดกระจาย มีไม่มากนัก อย่างไรก็ตาม ค่านี้มีไม่มากนัก
ประมาณ -0.1..... -1.0 dB ขึ้นอยู่กับลักษณะการยึด และความเรียบของผิวสะท้อน
ในกรณี ที่ใช้รับ สัญญาณดาวเทียมที่มีโพลาร์ไรซ์ แบบ เส้นตรง ( linear polarization )
ก้านยึด ( feed support ) ที่ทำมุม ตั้งฉากกับโพลาร์ไรซ์ของคลื่น จะทำให้ เกิดผลจาการกระจัดกระจายน้อยกว่า
ขอเพิ่มเติม เกี่ยวกับ Polarization กันอีกหน่อย นะครับ
เนื่องจาก ปัจจุบัน การสื่อสารผ่านดาวเทียม มีการใช้งานกันอย่างมาก แต่ ช่วงความถี่การใช้งาน
มีจำกัด ดังนั้น ในการส่ง จำนวนทรานสปอนเดอร์ มากๆ ต้องมีการใช้ เทคนิค frequency reuse
โดย การใช้ การส่ง polarized ที่แตกต่างกัน อย่างที่เรา ทราบแล้ว มีทั้ง แบบ Horizontal ,Vertical
Left hand circular [ LHC ] และ Right hand circular [ RHC ]
2 แบบ แรก เราเรียกว่า Linear polarization ส่วน อีก 2 แบบ หลัง เรียกว่า Circular polarization
ในการรับสัญญาณ ใน polarized ใด ๆ ต้องไม่มี สัญญาณ จาก polarized อื่นๆ มาปรากฏด้วย
ถ้ามีเกิด ขึ้น เราเรียกว่า Cross polarization
ปกติแล้ว จานดาวเทียม ทั่วไป จะกำหนด ให้ มีค่า cross polarization isolater
มากกว่า 30 dB ( สำหรับ Linear polarization ) และ มากกว่า 20 dB ( สำหรับ Circular polarization )
โดยที่ค่า cross polarization ที่ดี เกิดจากการปรับแต่ง ฟีดฮอร์น ที่ตัว Lnb และ การออกแบบจานดาวเทียม ที่ดี
