คู่มือเสาอากาศของนาวิกโยธินสหรัฐฯ (1999) [pdf]

 (marines.mil)
2 คะแนน โดย GN⁺ 2023-07-31 | 1 ความคิดเห็น | แชร์ทาง WhatsApp
  • เป็นคู่มือภาคสนามที่รวบรวมความรู้ที่จำเป็นสำหรับผู้ปฏิบัติงานวิทยุช่องเดี่ยว (SCR) ในการเลือกและใช้งานเสาอากาศเพื่อส่งสัญญาณที่แรงที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ไปยังสถานีรับ และเป็นองค์ประกอบพื้นฐานด้านการสื่อสารที่สนับสนุนการบังคับบัญชาและควบคุมของ MAGTF
  • ครอบคลุมกระบวนการทั้งหมดของการสื่อสารไร้สาย ตั้งแต่หลักการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและการแพร่กระจายคลื่น (propagation), คุณลักษณะของย่าน HF/VHF/UHF, สายส่ง, ประเภทเสาอากาศ, การซ่อมภาคสนาม, SATCOM ไปจนถึงฟาร์มเสาอากาศ
  • ปัจจัยสำคัญที่สุดสองประการในการจัดตั้งวงจรสื่อสารคือ การเลือกเสาอากาศให้ถูกต้อง และ การจับคู่เส้นทางการแพร่กระจายคลื่น โดยเส้นทางการแพร่กระจายที่ผิดพลาดเป็นจุดอ่อนที่สุดของวงจร
  • คุณภาพการรับขึ้นอยู่กับ อัตราส่วน S/N (สัญญาณต่อสัญญาณรบกวน) มากกว่าความแรงของสัญญาณเอง และเสาอากาศเป็นตัวแปรที่ผู้ปฏิบัติงานควบคุมได้โดยตรงที่สุด
  • เสาอากาศที่เหมาะสมเพียงหนึ่งต้นสามารถ เปลี่ยนวงจรที่อยู่บนขีดจำกัดให้เป็นวงจรที่เชื่อถือได้ และคู่มือนี้มุ่งเป้าไม่เพียงแต่เจ้าหน้าที่ CIS และผู้ปฏิบัติงานวิทยุเท่านั้น แต่รวมถึงกำลังพลทุกคนที่ต้องการเรียนรู้พื้นฐานเสาอากาศ

บทที่ 1 หลักการวิทยุ (Radio Principles)

  • การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า รวมถึงคลื่นวิทยุ ไมโครเวฟ อินฟราเรด แสงที่มองเห็นได้ อัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ และรังสีแกมมา ทั้งหมดเดินทางด้วยความเร็วแสง (ประมาณ 186,000 ไมล์/300 ล้าน m per second) และต่างกันเพียงความยาวคลื่น — ยิ่งความยาวคลื่นสั้น พลังงานยิ่งสูง
  • การใช้งานแบ่งตามย่านความถี่ โดย HF เหมาะกับระยะไกล ส่วน VHF·UHF เหมาะกับการสื่อสารระยะสั้นแบบ LOS (แนวสายตา)
    • สัญญาณ HF สะท้อนจาก ionosphere (ชั้นไอโอโนสเฟียร์) ซึ่งเป็นขอบนอกสุดของบรรยากาศ ทำให้ไปถึงระยะไกลได้
    • VHF จะถูกให้ความสำคัญเหนือ HF เสมอเมื่อมี LOS และ UHF สามารถสร้างเส้นทางที่แคบกว่า VHF ได้ด้วยเสาอากาศที่เหมาะสม
    • ระยะครอบคลุมและกำลังส่งที่ต้องใช้ภายใต้สภาวะปกติ: HF (คลื่นพื้นดิน 0–50 ไมล์, คลื่นฟ้า 100–8000 ไมล์, .5–5kW), VHF (คลื่นพื้นดิน 0–30 ไมล์, คลื่นฟ้า 50–150 ไมล์, ไม่เกิน .5kW), UHF (คลื่นพื้นดิน 0–50 ไมล์, ไม่เกิน .5kW)

  • อุปกรณ์ MAGTF SCR

    • HF: AN/PRC-104, AN/GRC-193, AN/MRC-138 (2–29.999 MHz, ระยะไกล)
    • VHF: AN/PRC-119, ตระกูล AN/VRC-88~92 (30–88 MHz), AN/PRC-113·AN/VRC-83 (116–150 MHz และ 225–400 MHz, LOS วิกฤตภาคพื้นดิน-อากาศ)
    • UHF: AN/PSC-3, AN/PSC-5 (SATCOM)

  • การจัดตั้งวงจรสื่อสารไร้สาย

    • ลิงก์วิทยุประกอบด้วย 7 องค์ประกอบ: เครื่องส่ง, แหล่งจ่ายไฟ, สายส่ง, เสาอากาศส่ง, เส้นทางการแพร่กระจายคลื่น, เสาอากาศรับ, เครื่องรับ
    • เป้าหมายของผู้ปฏิบัติงานคือการทำให้สถานีรับได้สัญญาณที่แรงที่สุด กล่าวคือให้ได้ อัตราส่วน S/N สูงสุด ที่เสาอากาศรับ
    • แม้เครื่องรับส่งและเสาอากาศประสิทธิภาพสูงสุดก็ไร้ประโยชน์ หากความถี่หรือเส้นทางการแพร่กระจายผิดพลาด — การเลือกเสาอากาศและการจับคู่เส้นทางการแพร่กระจายคือหัวใจสำคัญ

  • หลักการแพร่กระจายคลื่น

    • บรรยากาศแบ่งเป็น troposphere (ประมาณ 10km, อุณหภูมิลดลงประมาณ -2.5°C ทุกความสูง 300m), stratosphere (10–50km, คงที่ราว -65°C) และ ionosphere (50–500km ขึ้นไป, มีการแตกตัวเป็นไอออน)
    • วิธีแพร่กระจายคลื่นแบ่งเป็น คลื่นพื้นดิน (ground wave) ที่ไปจากเครื่องส่งโดยตรง และ คลื่นฟ้า (sky wave) ที่หักเหจากชั้นไอโอโนสเฟียร์แล้วกลับลงมา
      • คลื่นพื้นดินประกอบด้วยคลื่นตรง คลื่นสะท้อนจากพื้นดิน และคลื่นผิว โดยคลื่นผิวได้รับผลจากสภาพนำไฟฟ้าและค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของพื้นดิน
      • สภาพนำไฟฟ้าของพื้นดิน: แหล่งน้ำจืดขนาดใหญ่ (ดีมาก), น้ำทะเล (ดี), ดินร่วน (ปานกลาง), ชั้นหิน·ทะเลทราย (แย่), ป่าดงดิบ (แย่มาก)
    • ชั้นไอโอโนสเฟียร์ประกอบด้วยชั้น D, E, F1, F2 โดยกลางวันมี 4 ชั้น กลางคืน F1·F2 รวมเป็นชั้น F เดียว และชั้น D·E หายไป
      • ชั้น D มีเฉพาะกลางวันและทำให้ HF อ่อนลงในพื้นที่ที่มีแสงแดด, ชั้น E เหมาะกับระยะกลางไม่เกิน 2,400km ในเวลากลางวัน, ชั้น F2 มีประโยชน์ที่สุดสำหรับการสื่อสารระยะไกล (เกิน 2,400km)
    • การเปลี่ยนแปลงของไอโอโนสเฟียร์แบ่งเป็นแบบสม่ำเสมอ (รายวัน·ฤดูกาล·รอบ 27 วัน·รอบจุดมืดดวงอาทิตย์ 1 ปี) และแบบไม่สม่ำเสมอ (กิจกรรมผิดปกติของดวงอาทิตย์ เช่น Sporadic E)

  • การเลี้ยวเบน·ผลของโทรโพสเฟียร์·สัญญาณรบกวน

    • ด้วย การเลี้ยวเบน (diffraction) คลื่นวิทยุบางส่วนส่งไปได้ไกลเกินขอบฟ้าวิทยุ แต่แค่โค้งลง 5 ฟุตที่สันเขาก็ทำให้อ่อนลง 30~40dB
    • การหักเหในโทรโพสเฟียร์, ducting และการกระเจิงทำให้การสื่อสาร VHF/UHF ระยะหลายร้อย km เป็นไปได้ โดยคลื่นกระเจิงมักจำกัดอยู่ต่ำกว่า 500km (ต้องใช้เครื่องส่งเกิน 1kW และเสาอากาศมากกว่า 10dB)
    • สัญญาณรบกวนแบ่งเป็นสัญญาณรบกวนธรรมชาติ (พายุฟ้าคะนอง=สัญญาณรบกวนบรรยากาศเด่นที่ 0–5MHz, ดวงดาว=สัญญาณรบกวนกาแล็กซีเด่นที่ความถี่สูง) และสัญญาณรบกวนที่มนุษย์สร้างขึ้น (แหล่งเกิดอาร์กไฟฟ้า) — อัตราส่วน S/N เป็นปริมาณที่สำคัญที่สุดในระบบรับ
      • สัญญาณรบกวนที่มนุษย์สร้างขึ้นมีแนวโน้มเป็นโพลาไรซ์แนวตั้งใกล้แหล่งกำเนิด ดังนั้น เสาอากาศรับโพลาไรซ์แนวนอนจึงรับสัญญาณรบกวนน้อยกว่า
      • ย่าน HF มีผู้ใช้หนาแน่น การรบกวนและสัญญาณรบกวนจึงเป็นสาเหตุหลักของการสื่อสารล้มเหลวมากกว่าความแรงสัญญาณ และเสาอากาศแถบแคบได้เปรียบในการตัดสัญญาณรบกวนแรงๆ

บทที่ 2 พื้นฐานเสาอากาศ (Antenna Fundamentals)

  • เสาอากาศ แปลงและแผ่ เอาต์พุต RF ของเครื่องส่งให้เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และในฝั่งรับจะแปลงสนามแม่เหล็กไฟฟ้า กลับเป็นพลังงาน RF แล้วส่งต่อให้เครื่องรับ

  • แนวคิดและคำศัพท์พื้นฐาน

    • เมื่อความยาวตัวนำเข้าใกล้ ประมาณ 1/2 ของความยาวคลื่น พลังงานส่วนใหญ่จะถูกปล่อยออกมาในรูปการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
    • เมื่อจ่ายกำลัง RF จะเกิด สนามเหนี่ยวนำ และ สนามแผ่รังสี ที่เชื่อมกับพลังงานสะสม และเมื่อพ้นระยะหนึ่งไป จะเหลือเพียงสนามแผ่รังสีที่องค์ประกอบไฟฟ้าและแม่เหล็กเรียงตั้งฉากกัน
    • รูปแบบการแผ่รังสีถูกกำหนดตามประเภทเสาอากาศ — เสาอากาศแนวตั้งเป็นแบบรอบทิศทาง (omnidirectional), เสาอากาศแนวนอนเป็นสองทิศทาง, เสาอากาศทิศทางเดียวส่งไปทิศทางหนึ่ง (แพตเทิร์นสามมิติรูปโดนัท)
    • โพลาไรซ์กำหนดตามทิศทางของเส้นแรงไฟฟ้า แบ่งเป็นโพลาไรซ์แนวตั้ง (ตั้งฉากกับพื้นผิวโลก), โพลาไรซ์แนวนอน (ขนานกับพื้นผิวโลก) และโพลาไรซ์วงรี
      • ดาวเทียมและสถานีปลายทางดาวเทียมใช้โพลาไรซ์วงกลม — คลื่นแนวตั้งและแนวนอนขนาดเท่ากันรวมกันโดยมีเฟสต่างกัน 90° และหมุน 360°

  • ข้อกำหนดโพลาไรซ์ตามความถี่

    • การส่งคลื่นพื้นดินในความถี่กลางและต่ำ ต้องใช้โพลาไรซ์แนวตั้ง (เส้นแรงไฟฟ้าแนวนอนจะลัดวงจรที่พื้นดิน)
    • คลื่นฟ้า HF มาถึงเป็นโพลาไรซ์วงรีหลังสะท้อนจากไอโอโนสเฟียร์ จึงใช้ได้ทั้งแนวตั้งและแนวนอน แต่ เสาอากาศแนวนอน ที่มีมุมแผ่รังสีสูงและมีทิศทางเป็นที่นิยมกว่า
    • VHF·UHF เป็นการแพร่กระจายโดยตรงและคงโพลาไรซ์เดิมไว้ ดังนั้นต้องจับคู่โพลาไรซ์ของเสาอากาศส่งและรับให้ตรงกัน
    • โพลาไรซ์แนวตั้งใช้งานสื่อสารรอบทิศทางได้ด้วยเสาอากาศ 1/2 คลื่น·1/4 คลื่นอย่างง่าย จึงเหมาะกับยานพาหนะเคลื่อนที่ แต่มีข้อเสียคือแผ่สัญญาณไปยังฝ่ายเดียวกันและฝ่ายข้าศึกเท่ากัน

  • กราวด์·ความยาว·ทิศทาง

    • ผลของกราวด์ขึ้นอยู่กับชนิดของกราวด์ เช่น counterpoise (โครงข่ายตัวนำแทนกราวด์), ground screen เป็นต้น
    • การคำนวณความยาวเสาอากาศและการตั้งทิศทางตามมุมแอซิมัท (azimuth) ช่วยปรับปรุงการสื่อสารที่อยู่บนขีดจำกัดและปรับการรับส่งสัญญาณแรง

บทที่ 3 สายส่ง (Transmission Lines)

  • อิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะ ของสายส่งนิยามเป็นอัตราส่วนแรงดันต่อกระแส ณ จุดหนึ่งของสาย
  • การจับคู่อิมพีแดนซ์ เป็นตัวกำหนดการสูญเสียพลังงาน — เมื่อเครื่องส่ง·สายส่ง·เสาอากาศมีอิมพีแดนซ์เดียวกันทั้งหมด จะได้การถ่ายโอนพลังงานสูงสุด (การสูญเสียระบบต่ำสุด)
    • หากอิมพีแดนซ์โหลดต่างจากสาย จะส่งผ่านได้เพียงบางส่วนและเกิดคลื่นนิ่ง หากเท่ากันพอดีจะมีเฉพาะคลื่นตกกระทบไหลผ่าน ทำให้สูญเสียน้อยที่สุด
    • อิมพีแดนซ์ภายในของวิทยุ USMC ส่วนใหญ่คือ 50 ohm และเมื่อไม่ตรงกัน เช่น ชุด 300-ohm twin-lead·50-ohm half-wave dipole·เครื่องรับส่ง 50-ohm จำเป็นต้องอาศัยคลื่นนิ่งและการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์ซ้ำๆ เพื่อจับคู่
  • การลดทอน (attenuation) คือการสูญเสียพลังงานที่ส่งผ่าน ซึ่งแตกต่างกันมากตามวัสดุฉนวน
    • Teflon มีการสูญเสียต่ำมาก ขณะที่ยางและไม้มีการสูญเสียสูง โดยเฉพาะการสูญเสียในสายโคแอกเซียลจะเด่นชัดที่ความถี่สูง
  • balun, คอนเน็กเตอร์สายเคเบิล และการเชื่อมต่อเสาอากาศแบบสมดุล ช่วยให้เครื่องรับส่งและเสาอากาศจับคู่กันได้เหมาะสมที่สุด

บทที่ 4 การเลือกเสาอากาศ HF

  • HF 3~30MHz เป็นย่านเดียวที่ สะท้อนจากไอโอโนสเฟียร์ได้อย่างคาดการณ์ได้ จึงสำคัญมากต่อการสื่อสาร และความสูงที่เหมาะสมเหนือกราวด์ไฟฟ้าคือประมาณ 0.4λ

  • ขั้นตอนการเลือกเสาอากาศ

    • การแพร่กระจายคลื่นพื้นดินต้องใช้มุม take-off ต่ำและเสาอากาศโพลาไรซ์แนวตั้ง — whip ที่รวมอยู่กับชุดวิทยุทุกชุดเหมาะกับคลื่นพื้นดินรอบทิศทาง
    • การเปลี่ยนเฉพาะเสาอากาศในวงจรเดียวกันก็ให้ gain ได้มาก
      • เมื่อใช้ whip 32 ฟุตของ AN/MRC-138 กับวงจร 200 ไมล์ กำลังแผ่รังสีคือ 300 วัตต์ แต่เมื่อเปลี่ยนเป็น half-wave dipole แนวนอน 35 ฟุต จะเพิ่มเป็น 5,000 วัตต์ หรือมากกว่า 16 เท่า
    • สำหรับคลื่นฟ้า ต้องกำหนดมุม take-off จากระยะของวงจรก่อน — วงจร 966km (600 ไมล์) ต้องการ ประมาณ 25° ในเวลากลางวัน และประมาณ 40° ในเวลากลางคืน
    • สถานีเคลื่อนที่และวงจรหลายทิศทางให้เลือกเสาอากาศรอบทิศทาง ส่วนวงจรจุดต่อจุดให้เลือกเสาอากาศสองทิศทางหรือแบบมีทิศทาง

  • ประเภทเสาอากาศ

    • Vertical Whip (2~30MHz): เป็นส่วนประกอบของชุดวิทยุทุกชุด เหมาะกับคลื่นพื้นดินรอบทิศทาง แต่ไม่เหมาะที่สุดสำหรับวงจรคลื่นฟ้า
      • คำนวณความยาวด้วยสูตร 234/ความถี่ (MHz) (WD-1/TT ใช้ 225.50/ความถี่) สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพด้วย reflector (ยาวกว่า whip) ที่อยู่หลัง 1/4 ความยาวคลื่น และหากสั้นกว่าจะทำงานเป็น director
      • เพิ่มการแผ่รังสีได้ด้วยแท่งกราวด์และ ground radial (รูปซี่ล้อ)
    • Half-Wave Dipole (doublet): เป็นเสาอากาศลวดชั่วคราวภาคสนามที่ใช้มากที่สุด เพราะออกแบบและสร้างง่ายสำหรับคลื่นฟ้าระยะสั้นถึงกลาง (ถึงประมาณ 1,200 ไมล์)
      • ที่ความสูง 1/2 ความยาวคลื่นเหนือพื้นดินจะเป็นสองทิศทาง และที่ความสูง 1/4 ความยาวคลื่นจะให้มุม take-off สูง ครอบคลุมแทบรอบทิศทาง
    • มีการรวมประเภทต่างๆ เช่น AS-2259/GR, Inverted Vee, Long Wire, Inverted L, Sloping Vee, Sloping Wire, Vertical Half-Rhombic

  • การสื่อสาร NVIS

    • NVIS เป็นวิธีหลักของการแพร่กระจาย HF ระยะใกล้ และคลื่นพื้นดิน·คลื่นตรง (LOS) ก็มีประโยชน์ในระยะสั้นเช่นกัน
    • คำเตือน: สาย NVIS นำพาพลังงาน RF สูงพอให้เกิดการบาดเจ็บสาหัสระหว่างส่งสัญญาณ จึงต้องกันไม่ให้บุคลากรเข้าใกล้

บทที่ 5 การเลือกเสาอากาศ VHF·UHF

  • VHF (30~300MHz)·UHF (300~3,000MHz, 3GHz) มีประโยชน์มากสำหรับการสื่อสารระยะสั้นต่ำกว่า 50km และ ความยาวคลื่นสั้นทำให้เสาอากาศมีขนาดเล็กกว่ามาก
    • ด้วยขนาดที่เล็ก จึงสามารถจัด array (อาร์เรย์) ด้วยองค์ประกอบแผ่รังสีหลายตัวเพื่อให้ได้ gain ในทิศทางเฉพาะ
    • ย่านย่อย: 118~136MHz (การบิน VHF), 225~400MHz (การบิน UHF), 148~174·450~470MHz (เคลื่อนที่·ตำรวจ·อุตุนิยมวิทยา ฯลฯ)

  • โพลาไรซ์

    • การกระจายเสียง FM·TV ใช้โพลาไรซ์แนวนอนเพื่อลดสัญญาณรบกวนจากการจุดระเบิด ส่วนการสื่อสารเคลื่อนที่ใช้โพลาไรซ์แนวตั้งเพื่อรักษาข้อจำกัดทางกายภาพและความเป็นรอบทิศทาง
    • เมื่อความสูงเสาอากาศ ต่ำกว่าประมาณ 10m หรือต้องการรับส่งรอบทิศทาง ให้ใช้เฉพาะโพลาไรซ์แนวตั้ง

  • Gain·ทิศทาง

    • ยิ่งความถี่สูง สัญญาณรับยิ่งอ่อนลงและการสูญเสียในสายส่งเพิ่มขึ้น — ที่ 450MHz กับสายโคแอกเซียล 30m การสูญเสีย 10~20dB ก็พบได้ทั่วไป
    • สัญญาณแถบกว้างทำให้สัญญาณรบกวนของระบบสูงขึ้น จึงต้องการ gain เสาอากาศเพิ่มเติม และทิศทางช่วยลดการแผ่รังสีไปยังทิศทางที่ไม่จำเป็น ซึ่งช่วยด้านความปลอดภัย

  • ประเภทเสาอากาศ

    • ครอบคลุม Vertical Whip, OE-254, เสาอากาศภายในยานพาหนะ, เสาอากาศใช้ร่วมกับ HF, เสาอากาศสองหน้าที่
    • Yagi เป็นเสาอากาศที่นิยมสำหรับ HF ด้วยเช่นกัน และใน VHF·UHF จะใช้องค์ประกอบมากกว่า (ใน HF แทบไม่พบมากกว่า 3~4 ชิ้น)

บทที่ 6 การซ่อมภาคสนามและการประดิษฐ์ชั่วคราว (Field Repair and Expedients)

  • whip ที่เสียหายสามารถซ่อมชั่วคราวได้ และเสาอากาศลวด·สายส่ง·สายยึด (guy)·เสาก็เป็นรายการที่ซ่อมหรือเปลี่ยนได้
    • รวมถึงการใช้ฉนวนชั่วคราว เช่น พลาสติก การซ่อมสายยึดที่ขาดด้วยลวด และตัวอย่างการซ่อมฉุกเฉินสายยึด·เสาด้วยช้อน
  • สิ่งสำคัญในการทำเสาอากาศชั่วคราวคือทำให้มี ความยาวเท่าเดิม และมีข้อพิจารณาสำหรับเสาอากาศ VHF ชั่วคราวภาคสนามเมื่อใช้โหมดกระโดดความถี่ของวิทยุ SINCGARS

  • เสาอากาศทิศทางชั่วคราวภาคสนาม

    • ให้แนวทางการทำ เสาอากาศ end-fed half-wave (แพตเทิร์นรูปโดนัท) และ center-fed doublet จากวัสดุที่หาได้
    • vertical half-rhombic, long wire, Yagi, Vee, Sloping Vee เป็นต้น สามารถใช้เป็นเสาอากาศทิศทางชั่วคราวภาคสนาม

บทที่ 7 เสาอากาศสื่อสารผ่านดาวเทียม (Satellite Communications Antennas)

  • AN/PSC-5 ชุดวิทยุ LOS·SATCOM หลักของ Marine Corps ให้การสื่อสารข้อมูลและเสียง และแทนที่วิทยุ UHF SATCOM แบบพกพาและติดตั้งยานพาหนะทั้งหมด
    • รองรับการสื่อสาร LOS ด้วย AS-3566 และ SATCOM ระยะไกลด้วย AS-3567·AS-3568

  • การเลือกตำแหน่งเสาอากาศ SATCOM

    • สำหรับอุปกรณ์ LOS สิ่งสำคัญที่สุดคือ มุมเงยของเสาอากาศเทียบกับภูมิประเทศในเส้นทาง และควรใช้ที่สูงตามธรรมชาติ
    • ระบบ beyond-the-horizon (เกินขอบฟ้า) ให้ความสำคัญกับ มุมแนวราบ (มุมบัง) โดยยิ่งมุมแนวราบใหญ่ การสูญเสียในการส่งยิ่งเพิ่ม — ควรเลือกตำแหน่งที่มีมุมเป็นลบมากที่สุดก่อน
    • มุมแนวราบวัดด้วย transit และนิยามเป็นมุมระหว่างเส้นสัมผัส ณ ตำแหน่งเสาอากาศที่แม่นยำกับ LOS ของเส้นขอบฟ้า (มุมขอบฟ้าวิทยุต่างจากมุมขอบฟ้าทางสายตาเล็กน้อย)

บทที่ 8 ฟาร์มเสาอากาศ (Antenna Farms)

  • ฟาร์มเสาอากาศ (radio hill·antenna park) คือพื้นที่ที่เกิดการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าส่วนใหญ่

  • ศูนย์บัญชาการ (CP) และการเลือกตำแหน่ง

    • ผู้บังคับบัญชาดำเนินการบังคับบัญชาและควบคุมผ่าน CP และกองบัญชาการแบ่งเป็น tactical (ยุทธวิธี)·main·rear อย่างชัดเจน
    • ระยะห่างระหว่างฟาร์มเสาอากาศกับ CP กำหนดจากข้อพิจารณา doctrinal·tactical·technical (สะท้อนสถานการณ์ด้านการสื่อสาร·EW·ยุทธวิธี ฯลฯ)

  • การจัดวางภายในและการรบกวน

    • ย่านความถี่ การเลือก·จัดวางเสาอากาศ และการประเมิน cosite interference เป็นหัวใจของการจัดวางภายใน
    • เพื่อป้องกัน cosite interference ให้เว้นระยะเสาอากาศตามความถี่และกำลังส่ง (เกณฑ์แยก 10%·5%·2.5%) และเพื่อบรรเทาการคัปปลิง ให้เว้นระยะอย่างน้อยเท่ากับความยาวคลื่นของความถี่ต่ำสุด
    • โพลาไรซ์ที่เกี่ยวข้องกับพืชพรรณขึ้นอยู่กับชนิดป่า และในป่าผลัดใบโพลาไรซ์แนวนอนจะได้เปรียบ
    • ควรจัดสายไฟและสายสัญญาณไม่ให้ตัดกัน และหากหลีกเลี่ยงไม่ได้ให้ตัดกันเป็นมุมฉาก

ภาคผนวก

  • ภาคผนวก A: มีอภิธานศัพท์ (Glossary), ภาคผนวก B: เอกสารอ้างอิงและสิ่งพิมพ์ที่เกี่ยวข้อง (References and Related Publications)

บทความที่เกี่ยวข้อง

1 ความคิดเห็น

 
GN⁺ 2023-07-31
ความคิดเห็นจาก Hacker News

  • US Navy Electricity and Electronics Training Series(NEETS) ก็ควรค่าแก่การกล่าวถึงเช่นกัน
    สามารถหาเอกสารน่าสนใจอื่น ๆ ได้จากเมนูด้านบนของที่นี่
    https://maritime.org/doc/#neets

    • NEETS เป็น ขุมทรัพย์ ของความรู้เชิงปฏิบัติ

  • ถ้ามีพื้นฐานคณิตศาสตร์ระดับปริญญาตรี ก็น่าลองดู Antenna Theory: Analysis and Design ของ Constantine Balanis ซึ่งเป็นหนังสือมาตรฐานในสาขาเสาอากาศ
    https://www.amazon.com/Antenna-Theory-Analysis-Constantine-B...

  • ARRL Antenna Book ก็คุ้มค่าที่จะใช้เวลาอ่าน: https://www.arrl.org/arrl-antenna-book

  • จะว่าอย่างไรกับลัทธิทหารนิยมของสหรัฐฯ ก็แล้วแต่ แต่เหล่าทัพต่าง ๆ ส่วนใหญ่ผลิต เอกสารฝึกอบรมที่ละเอียด ชัดเจน และใช้ได้จริงมาก ออกมา
    โดยส่วนตัวแล้ว ผมว่า FAA ก็เป็นแบบเดียวกัน

  • สมัยที่ทำงานด้าน การสื่อสารไร้สายและงานข่าวกรอง ในกองทัพเรือ ผมรู้ได้อย่างรวดเร็วว่าการเรียนรู้และนำความรู้เชิงปฏิบัติจากคู่มือแบบนี้ไปใช้ สำคัญกว่าการเชี่ยวชาญสมการของ Maxwell, ทฤษฎีสารสนเทศ และอนุกรม Fourier มาก
    สำหรับคนที่พูดคุยเรื่องสายส่ง ผมมองว่า สมการโทรเลข เป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์

  • เมื่อก่อนผมชอบลองเล่นกับ เสาอากาศ longwire (หัวข้อ 4-22)
    ยิ่งยาวก็ยิ่งมีทิศทางชัดขึ้น ทำให้ทดลองสนุก และนั่นเป็นสมัยที่ copperweld ยังราคาถูก
    ต่อมาผมได้ไปอยู่ในบ้านไร่หลายปี แต่ไม่มีทั้งเวลาและต้นไม้รอบ ๆ พอจะทดลองลวดยาวจริง ๆ ได้

    • ในวันที่อากาศแห้ง รั้วลวดหนาม ก็ใช้งานได้ค่อนข้างดีเช่นกัน
      คงกำหนดทิศทางตามใจไม่ได้ แต่ถ้ามีรั้วอยู่ใกล้ ๆ การต่อเข้ากับเครื่องรับที่ไวมาก ๆ แล้วลองดูว่าจะจับอะไรได้บ้างก็ไม่เสียหาย

  • เขียนได้ดีจริง ๆ และเข้าถึงง่ายอย่างน่าประหลาดใจ
    ทั้งที่ผมไม่รู้อะไรเกี่ยวกับระบบสื่อสารเลย ก็ยังอ่านได้ค่อนข้างง่าย

    • ก็เพราะเป็นเอกสารสำหรับนาวิกโยธินนั่นแหละ
      เพราะงั้นแม้จะเข้าเล่มและตัดขอบแล้ว ก็ยังเหลือขอบกระดาษกว้างพอให้จดด้วยสีเทียนที่กินเหลือครึ่งแท่งได้
      ล้อเล่นไว้แค่นี้ เอาจริง ๆ คู่มือทางทหาร จำนวนมากมีลักษณะร่วมกันคือแนะนำหัวข้อได้ดี ทำให้ผู้ใช้อย่างน้อยมีพื้นฐานค่อนข้างแน่นว่า ‘อะไร’ ‘ทำไม’ และ ‘อย่างไร’
      ตามอุดมคติ เรื่องเหล่านี้ควรถูกครอบคลุมในการฝึกอบรม แต่ดูเหมือนผู้เขียนคู่มือไม่ได้สมมติว่าผู้อ่านต้องเคยผ่านการฝึกมาแล้ว
      ผลก็คือ ไม่ว่าจะครอบคลุมหัวข้อใด มันก็มักกลายเป็นแหล่งข้อมูลที่มีประโยชน์อย่างยิ่ง
      พูดตรง ๆ ผมยังนึกแบบอย่างที่แย่กว่านี้สำหรับ เอกสารทางเทคนิค ที่พวกเราวิศวกรซอฟต์แวร์ทำขึ้นมาได้อีกมาก
    • เอกสารฝึกอบรมทางทหารต้องเข้าถึงง่าย
      ก่อนที่ Frank Wilczek จะไปสอนที่ Princeton เพื่อนและเมนเทอร์ของเขา Sam Treiman เรียกเขาเข้าไปที่ห้องทำงานเพื่อให้คำแนะนำ
      Sam หยิบคู่มือปกอ่อนเก่า ๆ ออกมาแล้วพูดว่า “ในสงครามโลกครั้งที่สอง กองทัพเรือต้องเร่งฝึกทหารใหม่ให้ติดตั้งและใช้งานการสื่อสารไร้สายได้อย่างเร่งด่วน หลายคนในนั้นเพิ่งมาจากไร่นาโดยตรง การยกระดับความรู้ของพวกเขาจึงเป็นความท้าทายใหญ่ ด้วยหนังสือยอดเยี่ยมเล่มนี้ กองทัพเรือทำสำเร็จ มันเป็นผลงานชั้นยอดด้านการสอน โดยเฉพาะบทแรก ลองดูสิ”
      ชื่อบทแรกของหนังสือคือ Ohm's Three Laws และกฎของโอห์มที่คุ้นเคย V = IR ถูกระบุเป็นกฎข้อแรก
      ด้วยความอยากรู้ พอดูกฎอีกสองข้อ ก็พบว่าข้อที่สองคือ I = V/R และข้อที่สามก็เป็นอย่างที่คาดไว้คือ R = V/I
    • อนึ่ง เสาอากาศ และ ระบบสื่อสาร เป็นสาขาที่ค่อนข้างต่างกัน
      ทั้งสองมักถูกผูกเข้าด้วยกันในระบบที่ใหญ่กว่า จึงมีคนที่ทำทั้งสองด้านอยู่บ้าง แต่ยกเว้นความรู้พื้นฐานอย่างแคลคูลัสแล้ว ความสามารถในด้านหนึ่งไม่ได้ทำให้เข้าใจอีกด้านได้ง่ายขึ้นเป็นพิเศษ

  • มีข้อสังเกตสองอย่าง อย่างหนึ่งเป็นเรื่องเล็กน้อย อีกอย่างจริงจังกว่า
    เรื่องเล็กน้อยคือ แม้แต่ในหนังสืออ้างอิงด้านวิทยุ/แม่เหล็กไฟฟ้า ก็ไม่รู้ทำไมผู้คนเหมือนอดไม่ได้ที่จะวาด ครึ่งวงกลม แทนรูปทรงฟังก์ชันที่ถูกต้องในกราฟฟังก์ชันไซน์ ดู Figure 1-2 ได้เลย
    เรื่องที่จริงจังกว่าคือ ผมคิดว่าตำราการศึกษาทางทหารที่มีประโยชน์ส่วนใหญ่ดูเหมือนจะมาจาก ก่อนทศวรรษ 1990 ซึ่งเป็นช่วงที่กองทัพยังมีความสามารถในฐานะหน่วยงานวิจัยและพัฒนา การศึกษา และการจัดจ้างด้วย
    ตอนนี้ความสามารถส่วนใหญ่เหล่านั้นถูกจ้างเหมาช่วงไปยังบริษัทอุตสาหกรรมป้องกันประเทศแล้ว และผมคิดว่าคนที่เขียนตำราแบบนี้ได้ หรือออกแบบอากาศยานได้อย่างถูกต้องภายในกองทัพเอง ได้จากไปนานแล้ว

    • อย่างน้อยในด้านอากาศยาน ดูเหมือนคุณจะมองผ่าน แว่นสีแคมป์ อยู่เล็กน้อย
      อากาศยาน ยานพาหนะ เรือ และอุปกรณ์ต่าง ๆ ถูกพัฒนาโดยอุตสาหกรรมพลเรือนมาโดยตลอด และแน่นอนว่ามักทำงานร่วมกับกองทัพอย่างใกล้ชิดมาก
      ขีดความสามารถในการผลิตที่รัฐบาลสหรัฐฯ เป็นเจ้าของโดยตรงนั้นมีความเฉพาะทางสูงมากเสมอ ลองนึกถึง Los Alamos หรือ Oak Ridge เมื่อเทียบกับ Boeing ก็ได้

  • นึกถึงบทความที่ผมเคยเห็นเมื่อไม่นานมานี้เกี่ยวกับเครื่องบินทหารที่ใช้ เสาอากาศยาว 5 ไมล์เพื่อสื่อสารกับเรือดำน้ำ
    https://www.thedrive.com/the-war-zone/31477/heres-why-an-e-6...

  • คู่มือแบบนี้มักยกตัวอย่างลูปสายไฟที่สร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เลยรู้สึกเสียดายนิดหน่อย
    จากประสบการณ์ในชีวิตประจำวันกับกระแสตรงและตัวนำ ก็พอจินตนาการได้อยู่บ้าง แต่พอมาดู เสาอากาศโมโนโพล ทั่วไป คำอธิบายนั้นก็พังลง ปลายด้านหนึ่งลอยอยู่กลางอากาศ แล้วตัวนำมันนำกระแสได้อย่างไรไม่รู้ คงเป็นเวทมนตร์ของกระแสสลับละมั้ง
    ในทำนองเดียวกัน รายละเอียดว่าเกิดอะไรขึ้นกันแน่ตอนที่สนามแม่เหล็กไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นก็ยังไม่พอ
    ดูเหมือนว่ามันประกอบด้วยโฟตอน แต่ก็สงสัยว่าโฟตอนเหล่านั้นมาจากไหนกันแน่ และในบางกรณีมันถูกสร้างขึ้นได้อย่างไรด้วยกำลังไฟเพียงระดับมิลลิวัตต์

    • จริง ๆ แล้วไม่ได้ “สร้าง” สนามขึ้นมา
      สนามแม่เหล็กไฟฟ้า มีอยู่ตลอดเวลาและแผ่ซึมไปทั่วทั้งจักรวาล
      อิเล็กตรอนที่มีความเร่งจะ รบกวน สนามแม่เหล็กไฟฟ้า ใส่พลังงานและโมเมนตัมลงไปในนั้น และความรบกวนนี้จะแพร่ผ่านสนามด้วยความเร็วแสง
      ที่ระดับพลังงานสูงพอ ความรบกวนนั้นจะถูกจำกัดตำแหน่งในอวกาศได้ดีและมีพฤติกรรมเหมือนอนุภาค ซึ่งเราเรียกว่าโฟตอน
      แม้ที่พลังงานต่ำจะเรียกว่าโฟตอนก็ได้ แต่อาจทำให้เข้าใจผิดอยู่บ้าง ที่ระดับพลังงานต่ำมากแบบคลื่นวิทยุที่พูดถึงนี้ มันกระจายกว้างในเชิงพื้นที่และมีความยาวคลื่นระดับเมตร จึงมีพฤติกรรมเหมือนคลื่นมากกว่าอนุภาค
      ในกระแสสลับ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปมาระยะสั้น ๆ และในภาพที่ทำให้ง่ายขึ้นแต่ยังมีประโยชน์ ก็ให้ผลแบบเดียวกัน
      คล้ายกับการขยับมือขึ้นลงในน้ำแล้วทำให้เกิดคลื่น
    • ใช่แล้ว กระแสสลับคือเวทมนตร์
      ให้นึกถึงท่อยาวที่ปลายด้านหนึ่งเปิด อีกด้านหนึ่งปิด ถ้าใช้ปากอุดปลายแล้วเป่า ความดันจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
      แต่ถ้าติดลำโพงแบบปิดผนึกเข้าไปแล้วกวาดความถี่ จะเห็นว่าความดังเปลี่ยนไปเมื่อเข้าใกล้ ความถี่เรโซแนนซ์ ของท่อ
      อิเล็กตรอนในเสาอากาศโมโนโพลมีความสัมพันธ์แบบยืดหยุ่นต่อกัน และอิทธิพลนั้นแพร่กระจายด้วยความเร็วแสง ไม่ใช่ความเร็วเสียง
      อีกทั้งยังเคลื่อนที่ได้ค่อนข้างอิสระภายในตัวนำ เหมือนโมเลกุลของก๊าซในท่อ
      ถ้าป้อน “เสียง” 150MHz เข้าไปในเสาอากาศยาว 2 เมตร ด้วยอุปกรณ์ที่เทียบได้กับลำโพง ท่อของอิเล็กตรอนก็จะเกิดเรโซแนนซ์
      เช่นเดียวกับที่โพรงเรโซแนนซ์ความถี่เดียวกันสามารถคัปปลิงกันผ่านอากาศ เสาอากาศก็ถูกคัปปลิงผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้าให้เรโซแนนซ์ที่ความถี่เดียวกัน
      ด้วยเหตุนี้ พลังงานที่ปลาย “ท่อ” จึงได้ gain ระดับหนึ่ง เมื่อเทียบกับความถี่อื่นที่ไม่เกิดเรโซแนนซ์ และหูหรือแอมป์ก็จะรับบางสิ่งที่แยกออกจากสัญญาณรบกวนได้
      ทีนี้ลองจินตนาการว่าเอาหูแนบกับท่ออีกท่อที่เหมือนกับท่อลำโพงทุกอย่าง และปิดหูอีกข้างไว้ คุณจะได้ยินเสียงรอบข้าง แต่ส่วนใหญ่จะฟังเหมือนฮาร์มอนิกของความถี่เรโซแนนซ์นั้น
      ถ้าเพื่อนพูดว่า “ได้ยินฉันไหม?” ก็จะฟังเป็นเสียงก้อง ๆ ว่า “mwaa mwoo mwee mwee?”
      แต่ถ้าเพื่อนเปิดท่อลำโพงจากอีกฝั่งของห้อง เสียงนั้นจะเด่นออกมาท่ามกลางเสียงอื่น ๆ
      แล้วถ้าเขายื่นม้วนกระดาษให้และบอกให้วาดขึ้นลงตามความดัง ขณะที่เพื่อนหมุนปุ่มโวลุ่ม รูปที่วาดบนกระดาษนั้นก็จะดูเหมือนคลื่นเสียง
      ถึงตรงนี้ก็เรียกได้ว่าคุณรู้แล้วว่า AM radio ทำงานอย่างไร
    • ผมเองก็เคยติดปัญหาแบบนี้เหมือนกัน
      มากกว่าจะเรียกว่า “เวทมนตร์กระแสสลับ” ผมอยากเรียกว่า เวทมนตร์ RF
      การจะเข้าใจวงจรแบบนี้ต้องใช้ mental model อีกแบบหนึ่ง
      ในกระแสตรงและกระแสสลับความถี่ต่ำ การคิดว่าแรงดันและกระแสปรากฏขึ้นในตัวนำทันทีนั้นก็เพียงพอ แต่เป็นแค่การทำให้ง่ายที่มีประโยชน์เท่านั้น
      กล่าวคร่าว ๆ คือ พลังงานที่จ่ายจากแหล่งจ่ายไฟต้องใช้เวลาในการแพร่ไปตามสาย [0]
      ถ้าดู GIF แอนิเมชันในหน้านี้โดยคำนึงถึงเรื่องนี้ จะเข้าใจมากขึ้น: https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna
      mental model นี้ยังช่วยให้เข้าใจด้วยว่าทำไมลูปแม่เหล็กจึงไม่ใช่แค่สายไฟลัดวงจรธรรมดา ในวงจรกระแสตรงหรือกระแสสลับความถี่ต่ำ มันเป็นลัดวงจรจริง ๆ แต่ในวงจร RF ไม่ใช่ [1]
      [0] https://en.wikipedia.org/wiki/Velocity_factor
      [1] mental model นี้อย่างเดียวไม่ได้ทำให้เข้าใจเสาอากาศทุกชนิดได้ครบถ้วน การออกแบบจำนวนมากยังอาศัยปรากฏการณ์อื่น ๆ เช่น ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างองค์ประกอบ หรือปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมรอบข้างด้วย แต่ถ้ามีโมเดลนี้ไว้ ก็จะช่วยให้ค้นคว้าลึกขึ้นได้เมื่อเกิดความสนใจ
    • ใช่แล้ว กระแสสลับคือเวทมนตร์
      ไม่ใช่แค่เสาอากาศเท่านั้น ลองดูคอมพิวเตอร์ ที่ 3GHz (DDR4+ RAM) ความยาวคลื่นอยู่ที่ประมาณ 10 ซม. ดังนั้นต่อให้ดูแค่ไซน์เวฟเดี่ยว ๆ ที่ CPU จะเป็น 1.8V จุดที่ห่างจาก CPU 2.5 ซม. เป็น 0V, 5 ซม. เป็น -1.8V, 7.5 ซม. เป็น 0V และ 10 ซม. กลับมาเป็น 1.8V อีกครั้ง
      ยังต้องคิดถึงระยะห่างระหว่าง CPU กับ RAM, ความถี่อื่น ๆ ที่มากับคลื่นสี่เหลี่ยม และคณิตศาสตร์ทั้งหมดที่ทำให้การอ่าน/เขียน RAM พื้นฐานทำงานได้
      แม้แต่สายไฟหรือสายเคเบิลธรรมดา ๆ ในอิเล็กทรอนิกส์กระแสตรงก็เป็นเพียงเส้นลวดที่เรียบง่ายที่สุดและแทบไม่ทำอะไร แต่ที่นี่มันเปลี่ยนทุกอย่าง
      เมื่อใส่สัญญาณแรงดันเข้าไป “สัญญาณ” (สนาม) นั้นต้องมีกระแสไหลด้วยความเร็วสักอย่างหนึ่ง ก่อนที่มันจะไปถึงอีกฝั่งของสายเคเบิลและ “เห็น” ว่าปลายเปิดอยู่ ถูกบัดกรีไว้ หรือมีตัวต้านทานต่ออยู่
    • แม้จะเก่าไปหน่อย แต่คิดว่าน่าจะอ่าน Signalling Through Space Without Wires ของ Oliver Lodge ได้อย่างสนุก
      [0] https://catalog.hathitrust.org/Record/001617948