อินเตอร์มอดูเลชัน (Intermodulation) คือปรากฏการณ์การรวมตัวขององค์ประกอบความถี่ที่ไม่ต้องการภายในระบบที่ทำงานอยู่หรือจากแหล่งภายนอก การรวมกันของสัญญาณตั้งแต่สองสัญญาณขึ้นไปจะสร้างสัญญาณใหม่ซึ่งอาจตกไปอยู่ในย่านความถี่อื่นของระบบและก่อให้เกิดการรบกวนต่อระบบ ความเพี้ยนจากอินเตอร์มอดูเลชันเกิดขึ้นได้อย่างไร สาเหตุคืออะไร และจะป้องกันได้อย่างไร

ในระบบส่งสัญญาณไร้สายใดๆ ประสิทธิภาพของตัวรับสัญญาณมีความสำคัญอย่างยิ่ง และสัญญาณรบกวนใดๆ ที่รับสัญญาณได้อาจทำให้บริการหยุดชะงักได้ นักพัฒนาและวิศวกรเครือข่ายต้องมั่นใจว่าระบบได้รับการออกแบบ ทดสอบ และนำไปใช้งานตามข้อกำหนดทางเทคนิค เพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เนื่องจากระบบนิเวศไร้สายของเราต้องรองรับลูกค้าและบริการจำนวนมหาศาล จำนวนสถานีและอุปกรณ์ส่งสัญญาณจึงเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ อุปกรณ์ทั้งหมดเหล่านี้แลกเปลี่ยนข้อมูลในรูปแบบของการปล่อยคลื่นความถี่วิทยุอย่างต่อเนื่อง

จำนวนย่านความถี่ก็เพิ่มขึ้นเช่นกันในทศวรรษนี้หลังจากการเปิดตัวเครือข่าย 3G และ LTE เพื่อให้สามารถทำงานร่วมกับมาตรฐานไร้สายอื่นๆ ได้ ระบบส่งสัญญาณไร้สายใดๆ ควรอยู่ภายใต้ข้อกำหนดควบคุมความเพี้ยนของสัญญาณอินเตอร์โมดูเลชัน

อินเตอร์โมดูเลชั่นมีอยู่ 2 ประเภทหลักๆ คือ อินเตอร์โมดูเลชั่นแบบพาสซีฟ และอินเตอร์โมดูเลชั่นแบบแอ็กทีฟ

การบิดเบือนแบบอินเตอร์โมดูเลชั่นแบบพาสซีฟ

การมอดูเลตแบบพาสซีฟจะเกิดขึ้นเมื่อสัญญาณหลายสัญญาณรวมกันในอุปกรณ์พาสซีฟที่ไม่เป็นเชิงเส้น เช่น ตัวต่อทิศทาง ตัวแบ่งกำลัง ตัวแยกกำลัง ตัวแยก RF ตัวหมุนเวียน RF ตัวลดทอน อะแดปเตอร์ ฯลฯ

การบิดเบือนอินเตอร์โมดูเลชั่นแบบแอคทีฟ

อินเตอร์โมดูเลชันแบบแอคทีฟเกิดขึ้นในระบบอิเล็กทรอนิกส์แบบแอคทีฟ ซึ่งสัญญาณตั้งแต่สองสัญญาณขึ้นไปภายในระบบหรือจากแหล่งภายนอกมารวมกันและสร้างผลคูณความถี่และผลคูณความถี่ สัญญาณเหล่านี้มักจะมีกำลังต่ำ แต่ในบางกรณีอาจมีกำลังมากพอที่จะบิดเบือนสัญญาณรับอื่นได้

อินเตอร์โมดูเลชันแบบแอคทีฟสามารถเกิดขึ้นได้ในอุปกรณ์ส่งสัญญาณไร้สายสมัยใหม่ทั้งหมด หากไม่ได้รับการออกแบบให้ทำงานตามข้อกำหนด ผู้ผลิตอุปกรณ์จะต้องปฏิบัติตามแนวทางปฏิบัติอย่างเคร่งครัดเกี่ยวกับความถี่ในการทำงาน กำลังขับ ข้อกำหนดอินเตอร์โมดูเลชัน ฯลฯ

แหล่งกำเนิดสัญญาณอินเทอร์มอดูเลตแบบพาสซีฟ (PIM)

• ส่วนประกอบแบบพาสซีฟที่ไม่เป็นเชิงเส้นใดๆ ก็สามารถทำให้เกิดการบิดเบือนได้เนื่องมาจากคุณสมบัติของคลื่นความถี่วิทยุ
• สายเคเบิล RF ที่ไม่มีการป้องกันที่เหมาะสมอาจทำให้เกิด PIM ในระบบได้
• ขั้วต่อ RF อะแดปเตอร์ และจุดเชื่อมต่อสัญญาณที่เปิดออกที่เป็นสนิม
• การสัมผัสที่หลวมในขั้วต่อ สายเคเบิล และการส่งสัญญาณ ทำให้เกิดการอินเตอร์โมดูเลชั่น
• คุณสมบัติที่ไม่เป็นเชิงเส้นของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกอาจทำให้เกิด PIM ได้อันเนื่องมาจากปรากฏการณ์ฮิสเทรีซิสทางแม่เหล็ก
• กรอบโลหะขนาดใหญ่และสายป้อนอาจทำให้เกิด PIM ได้ในระดับหนึ่ง
• การปล่อยประกายไฟในขั้วต่อจะทำให้เกิดออกซิเดชันและทำให้สัญญาณผิดเพี้ยน
• การสัมผัสที่ไม่ดีในสวิตช์เชิงกลทำให้เกิด PIM

แหล่งที่มาของอินเตอร์โมดูเลชั่นแบบแอคทีฟ

• ส่วนประกอบที่ทำงานแบบไม่เชิงเส้นในระบบใดๆ ก็ตามจะทำให้เกิดการมอดูเลตแบบอินเตอร์โมดูเลชั่น
• การออกแบบ/เค้าโครงที่ไม่ดีภายในส่วนประกอบที่ทำงานอยู่ เช่น โมดูล RF อาจทำให้เกิดการอินเตอร์โมดูเลชั่นในอุปกรณ์ได้
• สิ่งเจือปนขนาดเล็กในชั้นสารตั้งต้นของสารกึ่งตัวนำ
• การใช้เสาอากาศเดียวกันหลายแหล่งภายในระบบจะทำให้เกิดการมอดูเลตแบบอินเตอร์โมดูเลต ตัวอย่างเช่น ตัวรับสัญญาณแบบดูเพล็กซ์ที่ใช้ในย่านความถี่ LTE จะใช้เสาอากาศร่วมกันในการส่งและรับ
• เส้นสัญญาณที่วิ่งใกล้กันในแผงวงจรอาจทำให้เกิดสัญญาณรบกวนและการรบกวนแบบอินเตอร์โมดูเลชั่น
• เครื่องขยายเสียงแบบไม่เชิงเส้นตกเป็นเหยื่อของความผิดเพี้ยนจากการมอดูเลตแบบอินเตอร์โมดูเลชั่นอันเนื่องมาจากความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกและการมอดูเลตแบบอินเตอร์โมดูเลชั่นลำดับที่สอง
• ในเครื่องรับส่งสัญญาณไร้สาย ผลิตภัณฑ์ฮาร์มอนิกของแหล่งสัญญาณหนึ่งจะรวมเข้ากับแบนด์ความถี่อื่นของสัญญาณเครื่องส่งหรือเครื่องรับเดียวกัน และเกิดสัญญาณรบกวนในแบนด์รับสัญญาณ
• ความไม่ตรงกันของเสาอากาศส่งสัญญาณที่จัดการความถี่หลายความถี่จะทำให้เกิดการสะท้อนของสัญญาณที่ผสมกับย่านความถี่อื่นและส่งผลให้เกิดการอินเตอร์โมดูเลต
• ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ชำรุดและส่วนประกอบคุณภาพต่ำในวงจรจะทำให้เกิด IMD
• เสาอากาศแบบแอคทีฟจะขยายระดับสัญญาณและมักส่งผลต่อ IMD

วิธีป้องกันอินเตอร์โมดูเลชั่น

• ใช้ส่วนประกอบคุณภาพสูงและหลีกเลี่ยงส่วนประกอบที่ทำงานแบบไม่เชิงเส้นในการออกแบบอุปกรณ์
• ใช้งานเครื่องขยายสัญญาณกำลังในช่วงเชิงเส้นเพื่อหลีกเลี่ยงส่วนประกอบแบบอินเตอร์โมดูเลชั่น
• หลีกเลี่ยงสวิตช์กลไกคุณภาพต่ำและอะแดปเตอร์สัญญาณสัมผัสที่ไม่ดี
• ใช้ชุดสายเคเบิลและข้อต่อสัญญาณคุณภาพสูง
• การป้องกันวงจรที่เหมาะสมในอุปกรณ์ส่งสัญญาณสามารถป้องกันการบิดเบือนจากแหล่งภายนอกได้
• การจับคู่ค่าอิมพีแดนซ์ที่ดีของเครื่องขยายสัญญาณและเสาอากาศจะช่วยขจัดการสะท้อนของสัญญาณและปรับปรุงระดับ IMD
• การเชื่อมต่อที่มั่นคงระหว่างสายเคเบิล ตัวเชื่อมต่อทิศทาง ตัวแยกไฟ ตัวลดทอน ตัวแยกสัญญาณ และส่วนประกอบระบบทั้งหมด จะช่วยลดโอกาสเกิดการบิดเบือน
• ลดจำนวนส่วนประกอบในระบบเพื่อปรับปรุงคุณภาพ
• ใช้เครื่องมือและส่วนประกอบทั้งหมดในช่วงการทำงานที่แนะนำเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพสูงสุด
• หากเป็นไปได้ ควรเว้นระยะห่างระหว่างเสาอากาศส่งและเสาอากาศรับ
• วัสดุคุณภาพสูงในการออกแบบแผงวงจรจะช่วยปรับปรุงการบิดเบือน

ความสำคัญของการบิดเบือนแบบอินเตอร์โมดูเลชั่น

จำนวนอุปกรณ์ส่งสัญญาณไร้สายที่เพิ่มขึ้นสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย ส่งผลให้สัญญาณเกิดการบิดเบือนที่ไม่พึงประสงค์ในระดับที่สูงขึ้น การบิดเบือนในระดับที่สูงขึ้นจะก่อให้เกิดการรบกวนต่ออุปกรณ์สื่อสารไร้สายใดๆ

การสื่อสารโทรคมนาคมสมัยใหม่ใช้สเปกตรัมความถี่ที่หลากหลายสำหรับการส่งสัญญาณไร้สาย ซึ่งก่อให้เกิดความท้าทายมากมายสำหรับวิศวกรเครือข่าย เช่น การบิดเบือนอันเนื่องมาจากการมอดูเลตแบบอินเตอร์โมดูเลตและการอยู่ร่วมกันของไร้สาย

IMD เป็นหนึ่งในข้อกำหนดสำคัญในเครื่องขยายเสียงที่กำหนดให้เครื่องขยายเสียงเหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะ ในระบบเสียงคุณภาพสูง ควรติดตามและกำจัดสาเหตุของการอินเตอร์โมดูเลชันเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด

บทสรุป

ความเพี้ยนจากอินเตอร์โมดูเลชันสามารถควบคุมได้ในระดับหนึ่งโดยการปรับปรุงการออกแบบและการใช้ส่วนประกอบคุณภาพสูงในระบบ อย่างไรก็ตาม การกำจัดความเพี้ยนของสัญญาณที่ไม่พึงประสงค์เหล่านี้ให้หมดสิ้นเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในกรณีส่วนใหญ่ เนื่องจากข้อจำกัดของส่วนประกอบและเพาเวอร์แอมป์ ฯลฯ เพื่อให้ระบบมีประสิทธิภาพ วิศวกรต้องมั่นใจว่าขั้นตอนการออกแบบ ส่วนประกอบที่มีคุณภาพ และการใช้งานที่เหมาะสมที่สุดได้รับการทดสอบอย่างแม่นยำ เพื่อติดตามความเพี้ยนที่ไม่พึงประสงค์