มาค้นพบร่วมกันว่า ระหว่างการเลือกเสาอากาศแบบแอ็คทีฟและแบบพาสซีฟ เปลี่ยนแปลงการออกแบบระบบกำหนดทิศทางของคุณให้มีประสิทธิภาพที่เหมาะสมได้อย่างไร
สายอากาศเป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบสื่อสารไร้สาย ทำหน้าที่แปลงสัญญาณ ไฟฟ้าเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การเลือกใช้สายอากาศแบบแอ็กทีฟและแบบพาสซีฟส่งผลกระทบ ต่อประสิทธิภาพ ต้นทุน และความซับซ้อนของระบบเป็นอย่างมาก สายอากาศแบบกำหนดทิศทาง ถูกใช้อย่างแพร่หลายในแอปพลิเคชันที่ต้องการอัตราขยายสูงและการป้องกันการรบกวน
บทความนี้จะกล่าวถึงความแตกต่างระหว่างสายอากาศแบบกำหนดทิศทาง 2 รูปแบบได้แก่ แบบแอ็กทีฟและแบบพาสซีฟ หลักการออกแบบ และความท้าทายในการผสานรวมเข้าด้วยกัน การทำความเข้าใจปัจจัยเหล่านี้ ผู้ที่สนใจจะสามารถปรับการเลือกใช้สายอากาศให้เหมาะสมกับการใช้งาน ที่หลากหลาย ตั้งแต่เครือข่าย 5G ไปจนถึงระบบเรดาร์ได้อีกด้วย
สายอากาศคืออะไร
สายอากาศคือ ตัวแปลงสัญญาณที่แผ่หรือรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยประสิทธิภาพจะขึ้นอยู่ กับปัจจัยด้านต่างๆ เช่น ความถี่ อัตราขยาย โพลาไรเซชัน และรูปแบบการแผ่คลื่น
- เกน คือ การวัดประสิทธิภาพทิศทาง (dBi)
- แบนด์วิดท์ คือ ช่วงความถี่ที่สายอากาศทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
- ไดเรกทิวิตี้ คือ ความเข้มข้นของคลื่นในทิศทางที่กำหนด
- การแมทชิ่ง อิมพีแดนซ์ คือ วิธีการการถ่ายโอนพลังงานให้ได้สูงสุดผ่านการแมทชิ่ง อิมพีแดนซ์ (โดยทั่วไปคือ 50Ω)
สายอากาศแบบพาสซีฟทำงานอย่างไร
สายอากาศแบบพาสซีฟอาศัยโครงสร้างทางกายภาพเพียงอย่างเดียวในการส่งและรับสัญญาณ ไม่มีเครื่องขยายสัญญาณหรือระบบประมวลผลสัญญาณในตัว
ประเภทสายอากาศแบบพาสซีฟกำหนดทิศทาง
ข้อดีและข้อจำกัด
✔ ข้อดี: การออกแบบเรียบง่าย ต้นทุนต่ำ ใช้พลังงานไม่มาก
✖ ข้อเสีย: อัตราขยายจำกัด ไวต่อสัญญาณรบกวน รูปแบบการแผ่รังสีแบบ fix
สายอากาศแบบแอคทีฟทำงานอย่างไร
สายอากาศแบบแอคทีฟจะรวมเครื่องขยายสัญญาณ (LNA, PA) หรือตัวประมวลผลสัญญาณ เข้าด้วยกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน มักใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณอ่อน
ประเภทสายอากาศแบบแอคทีฟกำหนดทิศทาง
ข้อดีและข้อจำกัด
✔ ข้อดี: เกนสูง ลดสัญญาณรบกวน และรูปแบบที่กำหนดค่าใหม่ได้
✖ ข้อเสีย: ต้นทุนสูงขึ้น พลังงานที่ใช้สูงขึ้น และความซับซ้อนมากขึ้น
ตัวชี้วัดประสิทธิภาพ
พารามิเตอร์ สายอากาศแบบพาสซีฟ สายอากาศแบบแอคทีฟ
อัตราขยาย ปานกลาง สูง
ค่าสัญญาณรบกวน สูง ต่ำ (เมื่อใช้ LNA)
ความยืดหยุ่น รูปแบบคงที่ ปรับได้
ต้นทุนและความซับซ้อน สายอากาศแบบพาสซีฟมีราคาถูกกว่าแต่ขาดความยืดหยุ่น ส่วนสายอากาศแบบแอคทีฟให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าในราคาที่สูงกว่า
ความต้องการพลังงาน
สายอากาศแบบแอคทีฟต้องการพลังงานจากภายนอก ในขณะที่สายอากาศแบบพาสซีฟ ไม่ต้องการพลังงานจากภายนอก
- ข้อกำหนดแบนด์วิดท์แคบเทียบกับแบนด์วิดท์กว้าง
- การทำงานแบบหลายแบนด์วิดท์เทียบกับแบนด์วิดท์เดียว
2. อัตราขยายและทิศทางแสง
- การเลือกข้อดีข้อเสียระหว่างความกว้างของบีมและอัตราขยาย
- การใช้ reflectors หรือ phased arrays
3. รูปสัญญาณรบกวนและเชิงเส้น
- LNA ช่วยเพิ่มความไวแต่ทำให้เกิดสัญญาณรบกวน
- ความไม่เชิงเส้นในส่วนประกอบที่ทำงานอยู่ส่งผลต่อความสมบูรณ์ของสัญญาณ
4. ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม
- ความทนทานต่อสภาพอากาศ (สำหรับการใช้งานกลางแจ้ง)
- สัญญาณรบกวนจากเครื่องส่งสัญญาณใกล้เคียง
- การจับคู่อิมพีแดนซ์ การใช้ baluns และ matching networks.
- ข้อกำหนดการประมวลผลสัญญาณสำหรับการสร้างบีมในอาร์เรย์แบบแอคทีฟ
- การจัดการความร้อน การกระจายความร้อนในสายอากาศแบบแอคทีฟที่มีกำลังสูง
การเลือกใช้สายอากาศแบบกำหนดทิศทางแบบแอ็กทีฟและแบบพาสซีฟขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการใช้งาน งบประมาณ และประสิทธิภาพ สายอากาศแบบพาสซีฟเหมาะสำหรับการใช้งานแบบคงที่ ในขณะที่สายอากาศแบบแอคทีฟจะโดดเด่นในระบบแบบไดนามิกประสิทธิภาพสูง ความก้าวหน้าในอนาคตจะทำให้เส้นแบ่งระหว่างเทคโนโลยีเหล่านี้เลือนลางลง ส่งผลให้ระบบไร้สายมีความชาญฉลาดและมีประสิทธิภาพมากขึ้น