เสาอากาศแบบเรียงเฟส

เสาอากาศแบบเรียงเฟส คือเสาอากาศแบบเรียงเฟสที่สามารถเปลี่ยนรูปร่างและทิศทางของรูปแบบการแผ่รังสีได้โดยไม่ต้องเคลื่อนย้ายเสาอากาศ องค์ประกอบต่างๆ ในเสาอากาศแบบเรียงเฟสจะถูกจัดวางในลักษณะที่สัญญาณที่ส่งโดยเสาอากาศแต่ละต้นรวมกันและให้ค่าเกน ทิศทาง และประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง

ทำได้โดยการส่งสัญญาณที่มีความถี่เท่ากันจากองค์ประกอบแต่ละองค์ประกอบในอาร์เรย์ แต่มีค่าเฟสต่างกัน/การเลื่อนระหว่างองค์ประกอบเสาอากาศแต่ละองค์ประกอบในอาร์เรย์ การเลื่อนเฟสได้รับการคำนวณเพื่อให้เกิดการรบกวนเชิงสร้างสรรค์ในทิศทางที่ต้องการ ในขณะที่การรบกวนเชิงทำลายอาจเกิดขึ้นในทิศทางอื่น

การกำหนดเฟสชิฟต์ตามทิศทางที่ต้องการของการสร้างลำแสงนั้นเกี่ยวข้องกับการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนและดำเนินการโดยระบบคอมพิวเตอร์

ระบบอาร์เรย์ควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์แบบพาสซีฟ (PESA)

สัญญาณจากเครื่องส่งสัญญาณจะถูกส่งไปยังเสาอากาศผ่านตัวเลื่อนเฟส ซึ่งควบคุมโดยระบบคอมพิวเตอร์ (ตัวควบคุมเฟส) ที่จะเปลี่ยนเฟสด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ จึงควบคุมทิศทางของรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศได้

เสาอากาศแบบ Phased Array ประกอบด้วยเสาอากาศขนาดเล็กหลายเสาซึ่งจำนวนอาจมีตั้งแต่ไม่กี่เสาไปจนถึงหลายร้อยหรือหลายพันเสา

หากต้องการลดขนาดโดยรวม ควรใช้ Phased Array สำหรับการใช้งานความถี่สูง เนื่องจากขนาดของเสาอากาศจะแปรผกผันกับความถี่ในการทำงาน ดังนั้น ยิ่งความถี่สูง เสาอากาศก็จะเล็กลง ซึ่งทำให้เสาอากาศ Phased Array เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งาน 5G คลื่นมิลลิเมตรและการใช้งานความถี่สูงอื่นๆ

เสาอากาศแบบ Phased Array บน PCB

ประเภทของเสาอากาศแบบ Phased Array

เสาอากาศแบบ Phased Array มีหลายประเภท แต่โดยทั่วไปแล้วจะมี 4 ประเภทดังนี้:

1. ระบบอาร์เรย์ควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์แบบพาสซีฟ (PESA)
2. ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าแบบแอคทีฟ (AESA)
3. การสร้างลำแสงดิจิทัล (DBF)
4. การขึ้นรูปคานไฮบริด (HBF)

ระบบอาร์เรย์ควบคุมด้วยอิเล็กทรอนิกส์แบบพาสซีฟ (PESA)

PESA เป็นเสาอากาศแบบ Phased Array ชนิดหนึ่งที่ใช้เครื่องส่งสัญญาณเพียงเครื่องเดียวสำหรับเสาอากาศทั้งหมดที่มีอยู่ ดังที่แสดงในภาพด้านล่าง ในการตั้งค่านี้ เสาอากาศแต่ละชิ้นจะมีตัวเลื่อนเฟสซึ่งจะเลื่อนเฟสสัญญาณตามที่เสาอากาศต้องการเพื่อควบคุมลำแสงของเสาอากาศ เสาอากาศแบบ Passive Electronically Steered Antenna Arrays ถือเป็นเสาอากาศแบบ Phased Array รุ่นแรก และถูกนำไปใช้ในแอปพลิเคชันทางการทหารและเชิงพาณิชย์ต่างๆ

อาร์เรย์เฟสอิเล็กทรอนิกส์แบบแอ็คทีฟ

เสา อากาศ แบบ Active Electronically Steered Array (AESA) คือเสาอากาศแบบ Phased Array รุ่นที่สอง ซึ่งจะมีเครื่องส่งสัญญาณแยกกันสำหรับแต่ละองค์ประกอบของเสาอากาศ โดยทั้งหมดควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ การตั้งค่านี้ล้ำหน้ากว่า PESA และสามารถส่งคลื่นวิทยุหลายคลื่นที่มีความถี่ต่างกันไปในทิศทางต่างๆ ได้พร้อมกัน

แผนผังพื้นฐานของ AESA

การสร้างลำแสงดิจิตอล

อาร์เรย์เฟสที่ใช้การสร้างลำแสงดิจิทัล (DFB) มีตัวรับดิจิทัลที่เชื่อมต่อกับองค์ประกอบเสาอากาศแต่ละองค์ประกอบ เมื่อสัญญาณถูกแปลงเป็นดิจิทัลที่องค์ประกอบเสาอากาศแต่ละองค์ประกอบโดยตัวรับ ลำแสงเสาอากาศจึงสามารถสร้างได้แบบดิจิทัลใน Field Programmable Gate Array (FPGA)

การขึ้นรูปคานไฮบริด

อาร์เรย์เฟสที่ใช้การสร้างลำแสงไฮบริด (HBF) สามารถคิดได้ว่าเป็นการรวมกันของ PESA และ AESA HBF ใช้ซับอาร์เรย์ขององค์ประกอบเสาอากาศซึ่งเชื่อมต่อกับเครื่องส่งสัญญาณแยกกัน อาร์เรย์เต็มจะถูกสร้างขึ้นโดยการรวมซับอาร์เรย์เหล่านี้เข้าด้วยกัน เนื่องจากมีซับอาร์เรย์หลายตัว จึงสามารถสร้างคลัสเตอร์ของลำแสงพร้อมกันได้โดยใช้ HBF

PESA ติดตั้งบนปลายของเครื่องบินขับไล่

เสาอากาศแบบ Phased Array ถูกนำมาใช้ในด้านการทหารมาหลายปีแล้ว จริงๆ แล้ว เสาอากาศแบบ Phased Array ถูกสร้างขึ้นเพื่อใช้ในระบบเรดาร์ แต่การใช้งานของเสาอากาศแบบ Phased Array ก็มีมากขึ้นเรื่อยๆ ตลอดหลายปีที่ผ่านมา เสาอากาศแบบ Phased Array ถูกนำมาใช้ในการออกอากาศ การสื่อสารด้วยยานสำรวจอวกาศ การวิจัยสภาพอากาศ อุปกรณ์ออปติก อินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร เป็นต้น นอกจากนี้ เสาอากาศแบบ Phased Array ยังถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยีไร้สายเชิงพาณิชย์ใหม่ๆ เช่น 5G และ Wi-Fi 6 ใหม่

‍