Aumwaratt

คลื่นไมโครเวฟ

คลื่นไมโครเวฟเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีช่วงความถี่ 300 MHz ถึง 300 GHz เฮิร์ต ซึ่งมีบางช่วงความถี่คาบเกี่ยวกับคลื่นวิทยุ ช่วงคลื่นความถี่ของไมโครเวฟนี้จะมีความถี่ของคลื่นในระดับกิกะเฮร์ต ซึ่งมีความคลื่น 1 เมตร ถึง 1000 ไมโครเมตรซึ่งหน่วยของความยาวคลื่นนี้จะเป็นไมโครเมตร จึงเรียกกันว่า ไมโครเวฟ สำหรับการใช้งานในระบบสื่อสารนั้นจะนิยมนำช่วงความถี่ 0.3 GHz ถึง 45 GHz ไปใช้งานซึ่งย่านความถี่ไมโครเวฟที่นิยมนำไปใช้งานนั้นจะแบ่งออกเป็นย่าน ๆ ได้ดังนี้ ตารางย่านความถี่ไมโครเวฟ ชื่อย่าน ความถี่ (GHz) ชื่อเดิมที่เรียกกัน ชื่อใหม่ที่กำหนดขึ้น UHF C 0.3-1 L D 1-2 S E 2-3 S F 3-4 C G 4-6 C H 6-8 X I 8-10 X J 10-12.4 Ku J 12.4-18 K J 18-20 K K 20-26.5 Ka K 26.5-45

คลื่นไมโครเวฟเป็นคลื่นที่มีความถี่สูงมาก ลักษณะการเดินทางของคลื่นนี้จะเดินทางเป็นเส้นตรงดังนั้นเส้นทางการเดินทางของคลื่นนี้จึงต้องไม่มีสิ่งขวางต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นภูเขา ป่า ตึกและสิ่งปลูกสร้างเป็นต้น คลื่นนี้จะมีความเร็วในการเคลื่อนที่ 3 ×10 ยกกำลัง 8 เมตรต่อนาที

ประวัติความเป็นมาของคลื่นไมโครเวฟ เมื่อเฮิร์ตได้ค้นพบหลักการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นคลื่นวิทยุแล้ว ปี พ.ศ. 2343 ไมเคิล ฟาราเดย์ (Michael Faraday) และโจเซฟ เฮนรี่ (Joseph Henry) ได้เสนอหลักการเบื้องต้นของวิทยุไว้ว่า เมื่อมีกระแสไหลผ่านในเส้นลวดแล้วจะเกิดการเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสในเส้นลวดอีกเส้นที่อยู่ใกล้เคียง ปี พ.ศ. 2407 เจมส์ เคลิก แมกซ์เวล (Jame Clerk Maxwell) ได้เสนอหลักการเบื้องต้นไว้ว่าการรบกวนทางไฟฟ้าที่มีผลจากการเปลี่ยนแปลงความต่างศักย์และกระแสไฟฟ้า จะทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายในอวกาศและเดินทางด้วยความเร็วแสง ปี พ.ศ. 2423 ไฮน์ริช เฮิร์ต (Heinrich Hertz) ได้พิสูจน์ทฤษฎีของแมกซ์เวลจากวงจรออสซิลเตอร์เพื่อทำการรับและส่งวิทยุ ทำให้ทราบว่าคลื่นเดินทางด้วยความเร็วแสง ปี พ.ศ. 2437 เซอร์ โอลิเวอร์ ลอร์ด (Sir Oliver Lodge) เป็นผู้ที่สามารถบังคับทิศทางของคลื่นไมโครเวฟโดยใช้เวฟไกด์ (Wave Guide) ซึ่งเป็นท่อนำคลื่นไมโครเวฟได้สำเร็จ ซึ่งถือว่าเป็นก้าวแรกของการสื่อสารไมโครเวฟ ปี พ.ศ. 2463 จอร์จ เซาท์เวอร์ธ (George South worth) แห่งบริษัท Bell Telephone Laboratory และเซอร์ โรเบืร์ต วัตต์สัน (Sir Robert Watson-Watt) ได้คิดค้นการประดิษฐ์อุปกรณ์ที่ผลิตคลื่นไมโครเวฟได้ซึ่งก็คือหลอดแมกนีตรอน (Magnetron Tube) ต่อมาในช่วงทศวรรษที่ 60 เจ บี กันน์ (J.B. Gunn) ได้มีการประดิษฐ์อุปกรณ์ประเภทสารกึ่งตัวนำที่เรียกว่า กันน์ ไดโอด (Gunn Diode) ขึ้น ซึ่งสามารถผลิตคลื่นไมโครเวฟที่มีความถี่สูงกว่า 200 GHz และในทศวรรษที่ 70 ได้มี่การสร้างทรานซิสเตอร์เพื่อผลิตคลื่นไมโครเวฟขึ้นมา ซึ่อมีชื่อว่า MESFET (Metal EpitaxialSemiconductor Field Effect Transistor) ซึ่งสามารถผลิตคลื่นไมโครเวฟที่มีความถี่ประมาณ 20 GHz และได้มีการพัฒนารูปแบบการสื่อสารและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการสื่อสารไมโครเวฟขึ้นมาอย่างต่อเนื่องจนถึงปัจุบัน

ประโยชน์และการใช้งานคลื่นไมโครเวฟ คลื่นไมโครเวฟเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่กว้างมากทำให้สามารถนำไปใช้งานมากหลากหลายรูปแบบ ไม่ว่าจะเป็นการสื่อสาร การตรวจจับวัตถุเคลื่อนที่ และอุตสาหกรรม เป็นต้น การใช้งานคลื่นไมโครเวฟแบ่งออกได้ดังนี้

       1.	ระบบการส่งสัญญาณ

ระบบนี้จะเป็นการใช่งานในด้านการสื่อสารระหว่างจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งดังรูป 4-1 การสื่อสารในลักษณะนี้จะนิยมใช้ในการสื่อสารทางโทรศัพท์ และการถ่ายทอดโทรทัศน์ ทั้งนี้การสื่อสารทางโทรศัพท์จะส่งผ่านสัญญาโทรศัพท์จากจุดหนึ่งทวนสัญญาอีกจุดหนึ่งและส่งผ่านไปเรื่อยๆ จนถึงสถานีปลายทาง ส่วนการสื่อสารทางโทรทัศน์ก็เช่นเดียวกันคือ จะทำการถ่ายทอดสัญญาโทรทัศน์จากห้องส่งหรือรถถ่ายทอดไปยังเครื่องส่งไมโครเวฟและเครื่องส่งจะส่งสัญญาไปยังปลายทางที่มีสายอากาศรับคลื่น การสื่อสารข้อมูลด้วยคลื่นไมโครเวฟจะเป็นการส่งสัญญาข้อมูลแบบรับช่วงต่อๆ กันเป็นระยะๆ จากสถานีส่งสัญญาแต่ละสถานีและส่งต่อไปยังสถานีรับปลายทาง เหตุที่ไม่สามารถรับส่งข้อมูลไปมาระหว่างสถานีรับและสถานีส่งได้โดนตรงนั้น ก็เพราะสัญญาจะเดินทางเป็นเส้นตรงและผิวโลกมีความโค้ง ทำให้สัญญาสามารถรับได้ไกลสุดเพียง 30-80 กิโลเมตรบนพื้นผิวโลก ระยะห่างของสถานีทวนสัญญาแต่ละสถานีขึ้นอยู่กับความถี่ไมโครเวฟที่ใช่งาน ถ้าความถี่สูงขึ้นระยะห่างของสถานีทวนสัญญาก็จะห่างน้อยลง ซึ่งระยะห่างของแต่ละสถานีและความถี่จะปรากฏดังตารางที่ 4-2 ตารางที่ 4-2 ระยะห่างของสถานีแต่ละสถานีและความถี่ในการสื่อสารไมโครเวฟ

       ความถี่ไมโครเวฟ	ระยะห่างระหว่างสถานี
        2 GHz	80 km±20%
        4 GHz	50 km±20%
        6 GHz	50km±20%
       11 GHz	30km หรือน้อยกว่า

       2.ระบบเหนือขอบฟ้า (Over the Horizon System)

ระบบนี้จะใช่ชั้นบรรยากาศชั้นโทรโพสเฟียร์ (Troposphere) ช่วยในการสะท้อนและหักเหคลื่นจากสถานีส่งไปยังสถานีรับ จะทำให้ส่งสัญญาณได้ไกลขึ้นหลายร้อยกิโลเมตร การสื่อสารระบบนี้จะไม่นิยมมากนัก เนื่องจากสัญญาณไมโครเวฟที่สะท้อนกลับมายังสถานีรับปลายทางนั้นจะมีการกระจัดกระจายทำให้สถานีนั้นรับสัญญาณได้ไม่เต็มที่

       3. ระบบเครื่องมือในอุตสาหกรรม(Satellites System)

ระบบนี้นิยมใช่คลื่นไมโครเวฟในการส่งผ่านเข้าไปในพื้นที่แคบๆ ที่ทำด้วยโลหะ ซึ้งคลื่นที่ส่งไปนี้จะสะท้อนผนังโลหะ เกินเป็นคลื่นไมโครเวฟกระจายอยู่ในพื้นที่แคบๆ จึงทำให้สามารถอุ่นและหุงต้มอาหารได้ระบบนี้จะใช่คลื่นที่มีความถี่ 2.4 GHz

       4. ระบบดาวเทียม (Satellites System)

ระบบนี้จะใช่สัญญาณลอยอยู่มากอากาศซึ่งลอยอยู่สูงเหนือพื้นดินอย่างน้อย 30.000 กิโลเมตรซึ่งสถานีทวนสัญญาณนี้จะติดตั้งอยู่ภายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่า ดาวเทียม ทำให้สถานีส่งสัญญาณและสถานีรับสัญญาณสามารถติดต่อกันได้ไกลมากๆ ปัจจุบันการสื่อสารระบบนี้เป็นที่นิยมมาก

       5. ระบบเรดาร์ (Radar System)

ระบบนี้จะใช้หลักการของเรดาร์ (RADAR : Radio Detection And Ranging) ซึ่งเป็นการใช้เคลื่อนความถี่ไมโครเวฟในการตรวจจับและวัดระยะทางของวัตถุที่อยู่ห่างไกล ซึ่งคลื่นไมโครเวฟจากสายอากาศจะส่งออกไปกระทบวัตถุที่ต้องการตรวจจับหรือวัดระยะ แล้วคลื่นไมโครเวฟจะสะท้อนกลับเข้ามายังสายอากาศอีกครั้งหลังจากนั้นก็นำสัญญาณที่ส่งออกไปและสัญญาณที่สะท้อนกลับมาประมวลผลข้อมูล

อ้างอิง จากหนังสือเรียนรู้ไฟฟ้าสื่อสาร บทที่4 หน้า57-62