ประเด็นสำคัญ

• รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศแสดงถึงคุณสมบัติการแผ่รังสีของเสาอากาศ
• กราฟแสดงการแผ่รังสีจากเสาอากาศโดยเทียบกับระยะทางรัศมีและตำแหน่งเชิงมุมจากเสาอากาศ
• ในมุมมองสามมิติ รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศแบบรอบทิศทางจะมีลักษณะคล้ายโดนัท

เสาอากาศเป็นองค์ประกอบตัวกลางระหว่างระบบส่งและระบบรับ โดยจะแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกไปสู่พื้นที่ว่าง (เสาอากาศส่ง) หรือรับสัญญาณจากพื้นที่ว่างไปยังอุปกรณ์นำทาง (เสาอากาศรับ) การแผ่รังสีจากเสาอากาศสามารถวัดได้โดยใช้พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ความแรงของสนามรังสี ทิศทาง อัตราขยาย เฟส และประสิทธิภาพการแผ่รังสี ซึ่งทั้งหมดนี้มีผลต่อประสิทธิภาพของเสาอากาศในการใช้งานเฉพาะด้าน

ประสิทธิภาพของเสาอากาศสามารถปรับปรุงได้โดยการปรับพารามิเตอร์ของเสาอากาศ วิศวกรสามารถทราบได้ว่าควรเริ่มต้นด้วยพารามิเตอร์ใดบ้างโดยดูจากรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศ ซึ่งเป็นภาพแสดงถึงการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ออกมาจากเสาอากาศ

การแผ่รังสีในเสาอากาศ

ความสามารถในการแผ่และรับรังสีเป็นคุณสมบัติสำคัญของเสาอากาศ ในบางกรณี ในระบบส่งและรับสัญญาณ เสาอากาศเดียวกันอาจทำหน้าที่หลายอย่าง ทั้งส่งและรับสัญญาณ

ในกรณีของเสาอากาศส่งสัญญาณ จะมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่มีความถี่ที่กำหนดเข้าไป แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายและกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านเสาอากาศจะสร้างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กขึ้น สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะแผ่กระจายออกไปสู่พื้นที่ว่างเปล่า

ในเสาอากาศรับสัญญาณ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ทำปฏิกิริยากับเสาอากาศจะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในส่วนประกอบของเสาอากาศ เสาอากาศรับสัญญาณทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดสัญญาณสำหรับอุปกรณ์นำทางที่เชื่อมต่ออยู่

รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศ

ในทั้งเสาอากาศส่งและเสาอากาศรับ พลังงานการแผ่รังสีจะมีรูปร่างที่แตกต่างกัน ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่า รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศ รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศคือการแสดงทางคณิตศาสตร์ของการกระจายพลังงานการแผ่รังสีโดยสัมพันธ์กับพิกัดทิศทางของการแผ่รังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศช่วยให้วิศวกรเข้าใจพฤติกรรมและประสิทธิภาพของเสาอากาศ รูปแบบเหล่านี้เป็นสิ่งจำเป็นพื้นฐานในการใช้งานเสาอากาศทุกประเภทเนื่องจากรูปแบบเหล่านี้ให้ข้อมูลเกี่ยวกับการกระจายตัวของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าในพื้นที่ ซึ่งช่วยในการระบุประเภทของเสาอากาศและให้ความชัดเจนเกี่ยวกับทิศทางการชี้เสาอากาศ ด้วยรูปแบบเหล่านี้ เราสามารถชี้เสาอากาศไปในทิศทางใดก็ได้และดูว่าเสาอากาศทำงานอย่างไรในทิศทางนั้น รูปแบบนี้เป็นคุณสมบัติหลักของเสาอากาศที่พิจารณาเมื่อกำหนดความถี่ในการทำงาน

รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศแสดงถึงคุณสมบัติการแผ่รังสีของเสาอากาศ ซึ่งรวมถึง:

• ความเข้มของการแผ่รังสี -ความเข้มของการแผ่รังสีมีความสำคัญในการออกแบบเสาอากาศ เนื่องจากเป็นตัวกำหนดกำลังที่แผ่รังสีต่อหน่วยมุมตัน
• ความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงาน -โดยการตรวจสอบรูปแบบการแผ่รังสี วิศวกรสามารถระบุทิศทางที่ความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงานสูงสุด และสามารถปรับทิศทางเสาอากาศไปยังทิศทางนั้นได้
• ทิศทางการแผ่รังสี -หากไม่ได้ระบุทิศทางของเสาอากาศไว้อย่างชัดเจน ทิศทางที่มีทิศทางการแผ่รังสีสูงสุดจะถูกนำมาพิจารณาในการหันเสาอากาศ ค่าพารามิเตอร์ทิศทางการแผ่รังสีนี้อธิบายถึงอัตราส่วนของความเข้มของการแผ่รังสีของเสาอากาศในทิศทางที่กำหนดต่อความเข้มของการแผ่รังสีของเสาอากาศในทุกทิศทาง
• แบนด์วิดท์ -การเปรียบเทียบรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศที่วัดได้ที่ความถี่ต่างๆ สามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับแบนด์วิดท์ที่เสาอากาศทำงานได้อย่างถูกต้อง
• ความแรงสนาม -ความแรงสนามของรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศในทิศทางต่างๆ ที่ระยะห่างคงที่ สามารถหาได้จากรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศ โดยใช้ข้อมูลความแรงสนามนี้ในการเปรียบเทียบระยะการส่งสัญญาณของเสาอากาศต่างๆ ที่ระยะห่างที่กำหนด
• การโพลาไรเซชัน -เพื่อให้การส่งกำลังสูงสุด การโพลาไรเซชันของเสาอากาศส่งและเสาอากาศรับต้องเหมือนกันการไม่ตรงกันของโพลาไรเซชันสามารถสังเกตได้ง่ายจากรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศส่งและเสาอากาศรับ
• เฟส -เฟสของการส่งผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากเสาอากาศมีผลต่อทิศทางของรูปแบบการแผ่รังสี แนวคิดของการวัดเฟสมีความสำคัญเมื่อใช้การควบคุมทางอิเล็กทรอนิกส์แทนการควบคุมการกวาดทางกลของเสาอากาศ
• ประสิทธิภาพการแผ่รังสี - คุณสมบัตินี้มีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อเสาอากาศที่กำลังพิจารณาเป็นเสาอากาศรับส่งสัญญาณ
• อัตราขยาย - อัตราขยายของเสาอากาศเป็นการเปรียบเทียบเสาอากาศที่ต้องการตรวจสอบกับเสาอากาศในอุดมคติที่อยู่ในทิศทางเดียวกัน วิศวกรสามารถเข้าใจได้ว่าอัตราขยายกำลังของเสาอากาศนั้นแตกต่างจากเสาอากาศในอุดมคติมากน้อยเพียงใด
• ค่ารูรับแสงที่มีประสิทธิภาพ -ประสิทธิภาพของเสาอากาศในการรับสัญญาณสามารถวัดได้จากค่ารูรับแสงที่มีประสิทธิภาพ

รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศเป็นฟังก์ชันของพิกัดเชิงพื้นที่ อย่างไรก็ตาม สำหรับเสาอากาศในระบบโทรคมนาคมไร้สายรูปแบบการแผ่รังสีจะถูกกำหนดในบริเวณระยะไกล ซึ่งทำให้ไม่ขึ้นอยู่กับระยะห่างจากเสาอากาศ โดยปกติแล้ว ระบบพิกัดทรงกลมจะถูกใช้ในการแสดงรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศ เสาอากาศถือเป็นจุดกำเนิดหรือจุดเริ่มต้นของรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศ การแผ่รังสีจากเสาอากาศจะถูกพล็อตเป็นฟังก์ชันของระยะทางรัศมีและตำแหน่งเชิงมุมจากเสาอากาศ

รูปแบบพลังงานและรูปแบบสนามแอมพลิจูด

รูปแบบกำลัง (power pattern) คือกราฟแสดงการแผ่รังสีที่ระยะรัศมีคงที่จากเสาอากาศที่อยู่ ณ จุดกำเนิด ในขณะที่รูปแบบสนามแอมพลิจูด (amplitude field pattern) คือการกระจายตัวของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กตามรัศมีคงที่ โดยปกติแล้ว รูปแบบกำลังจะแสดงเป็นกราฟฟังก์ชันของกำลังสองของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก และรูปแบบสนามจะแสดงเป็นฟังก์ชันของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ในทั้งรูปแบบกำลังและรูปแบบสนาม สนามจะถูกพล็อตเป็นฟังก์ชันของพื้นที่เชิงมุมบนมาตราส่วนลอการิทึม

ประเภทของรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศ

รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศเป็นภาพสามมิติ และสามารถแยกออกเป็นส่วนสองมิติได้โดยการแบ่งภาพสามมิตินั้นออกเป็นระนาบแนวนอนและแนวตั้ง รูปแบบที่ได้เรียกว่ารูปแบบแนวนอนและรูปแบบแนวตั้งตามลำดับ รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศที่พบได้ทั่วไปมีดังนี้:

• รูปแบบการกระจายคลื่นแบบไม่กำหนดทิศทาง หรือรูปแบบการกระจายคลื่นแบบรอบทิศทาง -ในมุมมอง 3 มิติ รูปแบบการกระจายคลื่นแบบรอบทิศทางจะมีรูปร่างคล้ายโดนัท ในมุมมอง 2 มิติ จะมีรูปร่างคล้ายเลขแปด การแผ่รังสีนี้คล้ายกับรูปแบบการแผ่รังสีแบบไอโซโทรปิก ซึ่งเป็นจุดอ้างอิงของรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศ รูปแบบนี้กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอในระนาบที่กำหนด ทำให้มีข้อดีคือครอบคลุมพื้นที่กว้าง
• รูปแบบลำแสงพัด -มีลักษณะคล้ายรูปพัด รูปแบบนี้มักใช้ในเรดาร์ป้องกันประเทศ เรดาร์นำทางทางทะเล และเรดาร์ระยะไกลและระยะไกลพิเศษ
• รูปแบบลำแสงแบบดินสอ -มีลักษณะคล้ายลำแสงรูปทรงดินสอที่คมชัดและมีทิศทาง หากคุณต้องการเสาอากาศที่มีทิศทางสูง ควรเลือกรูปแบบลำแสงแบบดินสอ
• รูปแบบลำแสงแบบกำหนดรูปร่าง -รูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศใดๆ ที่ไม่มีรูปแบบตายตัวและไม่สม่ำเสมอ จัดอยู่ในประเภทรูปแบบลำแสงแบบกำหนดรูปร่าง เสาอากาศแบบลำแสงกำหนดรูปร่างเป็นตัวเลือกคลาสสิกสำหรับรูปแบบเสาอากาศเมื่อเสาอากาศนั้นส่องสว่างไปยังพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่เลือกไว้  

คุณลักษณะของเสาอากาศสามารถกำหนดได้โดยการพิจารณารูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศ โดยการตีความพารามิเตอร์ของเสาอากาศจากรูปแบบการแผ่รังสี วิศวกรมีโอกาสที่จะปรับเปลี่ยนหรือเปลี่ยนแปลงการออกแบบเสาอากาศให้เหมาะสมกับการใช้งานใดๆ ก็ตามในแง่ของพารามิเตอร์เสาอากาศ เช่น ความแรงของสนาม ทิศทาง ประสิทธิภาพการแผ่รังสี เป็นต้น ซอฟต์แวร์ Cadence มีซอฟต์แวร์จำลองทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ช่วยให้วิศวกรสามารถวิเคราะห์เสาอากาศได้