ช่วงนี้ไทยกำลังฮิตทีวีดิจิตอลกัน ผมก็จำได้ว่าผมเคยวิจัยเสาอากาศาสำหรับ DTTV ไว้นี่หน่า เลยลองกลับไปค้นใน notebook ตัวเก่าดู ก็เลยได้โอกาสมาเขียนสรุปไว้ในนี้ละกัน เผื่อไว้อ่านเล่นในอนาคต

งานวิจัยชิ้นนี้ผมทำไว้ตั้งแต่ตอนฝึกงานปี 3 ที่มหาวิทยาลัยโตไก (Tokai University) ประเทศญี่ปุ่น โดยผมได้มีโอกาสเข้าไปฝึกงานใน Lab ที่ทำเกี่ยวกับเสาอากาศสำหรับอุปกรณ์สื่อสารแบบพกพา ซึ่งผมเองนั้นไม่ได้มีความรู้ทางด้านวิศวกรรมสื่อสารสักเท่าไหร่ เพราะว่าเรียนมาแต่ IT ก็แอบเกร็งๆบ้างว่าจะทำได้มั้ย ยังดีว่าลงคอร์ส Mobile Communication ไว้ เลยพอถูไถไปได้ ดังนั้น blog นี้มันจะแหว่งๆนะครับ คือผมไม่ได้เข้าใจทั้งหมด แค่เข้าใจเพียงบางส่วนเท่านั้น

ในช่วงที่ผมไปนั้น ญี่ปุ่นกำลังเปลี่ยนเข้าสู่ยุค Digital TV อย่างเต็มตัว (ยกเลิก analog) ส่วนไทยเรานั้นกำลังก้าวเข้าสู่ยุค Digital TV ในปีนี้นี่เอง การส่งสัญญาณ  Digital Terrestrial  TV (ภาคพื้นดิน) ของญี่ปุ่น นั้นใช้ย่านความถี่เริ่มตั้งแต่ 470 ไปจนถึง 770 MHZ ส่วนของไทยเรานั้นอ้างอิงตาม เอกสาร ของกสทช ระบุไว้ตั้งแต่ 510 ไปจนถึง 790 MHZ แต่เครื่องรับจะต้องรองรับตั้งแต่ 470 ไปจนถึง 862 MHZ ตามเอกสารนี้

จุดประสงค์ของงานวิจัยชินนี้คือ เพื่อศึกษาและวิจัยเสาอากาศแบบ Planar (ระนาบ) ทรงรี ซึ่งติดอยู่กับ ground plate มีจุดเชื่อมสัญญาณอยู่ตรงวงกลมสีขาว โดยเสาอากาศในลักษณะนี้นั้น มีราคาถูกและผลิตขึ้นได้ง่าย เหมาะกับการนำไปติดกับอุปกรณ์สื่อสารแบบพกพา ซึ่งจริงๆแล้วมีงานวิจัยอีกชิ้นหนึ่ง หรือ  thesis (ไม่แน่ใจ) ของ mentor ผม แต่เป็น elliptical แบบตัดครึ่ง เค้าก็ให้ผมมาอ่านทำความเข้าใจ แล้วก็ให้ทำเป็นของตัวเอง โดยในงานวิจัยชิ้นนี้ผมได้ใช้วิธีแบบ FDTD ไปลองอ่านดูได้นะครับว่ามันคืออะไร โดยเค้าจะมีโปรแกรมสำหรับการ simulate FDTD ไว้ให้ (เขียนด้วย FORTRAN) เราเพียงแค่ใส่ input และ submit job เข้าไปรันใน super computer แค่นั้นเอง ถ้าจำไม่ผิดน่าจะเป็น NEC SX-9 ผมก็เริมลองตั้งแต่แบบ monopole จากนั้นก็ลองทำ hexagon ซึ่งใช้เวลาไม่นานเพราะเราสามารถคำนวณโครงสร้างได้ง่าย

eplanar

การสร้าง input ไฟล์นั้น ไม่ใช่เรื่องง่ายสำหรับรูปร่างแบบรี โดยก่อนหน้านี้เค้าใช้ excel ในการสร้างรูปและ plot ตำแหน่ง xyz ผมนั้นพอได้ยินแล้วก็กุมขมับ ไม่ไหวแน่ๆ excel วันนึงคงทดลองได้ 1 input (การสร้างเสาอากาศ ไม่สามารถคำนวณรูปร่างได้ ต้อง simulate เพื่อหาค่าเอาเท่านั้น – ได้แค่กะๆ เช่น lambda/2 lambda/4) ผมก็เลยเขียนโปรแกรมด้วย java ธรรมดานี่แหละ ใช้สูตรจาก wikipedia ละมั้งถ้าจำไม่ผิด (ตอนนี้คงทำไม่ได้แล้ว ความฉลาดถดถอย) ให้มัน plot ตำแหน่งของ polygon ออกมาให้ โดยการสร้าง model ทั้งหมดจะเกิดจากการเอา สี่เหลี่ยมมาต่อๆกัน ให้เป็นรูปคล้ายกับวงรี

snapshot2

จบไปกับปัญหาการสร้างรูปวงรี ปัญหาถัดมา account นักศึกษามัน run job ได้แค่ 1 หรือ 3 job ต่อครั้งหรือยังไงนี่แหละ แล้วในการ simulate 1 ครั้งก็ต้องใช้เวลาประมาณ 2 ชั่วโมงขึ้นไป ทำให้ใน 1 วันผมอาจจะทำการทดลองได้แค่ 2-3 ครั้งเท่านั้น เพราะต้องเอามาประมวลผลอีก แต่ด้วยเวลาที่มีเพียง สองอาทิตย์ก็เลยต้องยืม account เพื่อนอีกสองคนมาช่วยกันรัน โดยรันไปประมาณ 30 กว่าแบบได้มั้ง จนสุดท้ายออกมาได้แบบนี้

returnlossกราฟนี้แสดงค่า Return Loss ในย่านความถี่ตั้งแต่ 0 – 1000 MHZ โดยในตารางจะแสดงกราฟทั้งหมด 3 เส้น โดยแต่ละเส้นคือตัวแทนของเสาอากาศ 1 แบบ ที่มีความยาว สูง เท่ากันทั้งหมด ความแตกต่างคือ แต่ละเสานั้นจะมีค่าความรี (eccentricity) ไม่เท่ากัน (ความกว้าง) โดยมีค่าตามลำดับต่อไปนี้ 0.89 0.841 และ 0.929 ยิ่งมีค่าใกล้ 1 เท่าไหร่ แปลว่ายิ่งกลมขึ้นเท่านั้น ตามหลัก เสาอากาศที่ดีจะต้องมีค่าใช้งานที่ดีกว่า -10dB ในช่วงย่านความถี่ที่สนใจ จากกราฟจะเห็นได้ว่าเสาแรกนั้นดีที่สุด (58.5mm) โดยมีช่วง return loss ที่เกิน -10dB (90% Power) ในช่วงตั้งแต่ 0.4 – 0.8 มากกว่าเสาแบบที่  2 และ 3 การปรับเปลี่ยนความยาวของเสาอากาศเพียงนิดเดียวก็ทำให้ผลการทดลองเปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิง มันยากจริงๆครับ

radiationpat

 

กราฟด้านบนแสดง radiation pattern ของเสาอากาศแบบที่ 1 ส่วนดูยังไงนี่ ลองไปศึกษากันเองนะครับ ผมจำไม่ได้ละ อารมณ์ว่ามันเป็นแนว 3 มิติ แต่ละเส้นแสดงถึงค่า return loss ของแต่ละมิติ

จากงานวิจัยนี้สรุปได้ง่ายๆว่า การทำเสาอากาศขนาดเล็กสำหรับคลื่นความถี่ช่วงยาวนั้น ไม่ง่าย จะทำให้ได้ดีต้องผ่านการทดสอบแล้ว ทดสอบอีก ดังนั้นใครจะไปซื้อเสาอากาศดิจิตอลทีวีก็ต้องดูให้ดีละ เล็กหรือสั้นเกินไป อาจจะใช้งานได้ไม่ดี

เป็นอีกประสบการณ์หนึ่งที่ผมได้เรียนรู้อะไรหลายๆอย่าง อาจจะเป็นจุดริเริ่มที่ทำให้ผมชื่นชอบในการ automate สิ่งต่างๆในชีวิตประจำวัน (ในการทำงาน) ก็เป็นไปได้