ค่าการรับส่งสัญญาณของเสาอากาศวัดจากความเข้มข้นของพลังงานที่แผ่รังสีออกมาจากเสาอากาศส่งสัญญาณโดยเฉพาะในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ในขณะที่สำหรับเสาอากาศ รับ สัญญาณ ค่าการรับส่งสัญญาณแสดงถึงความสามารถของเสาอากาศในการรวบรวมพลังงานที่แผ่รังสีส่วนใหญ่จากทิศทางใดทิศทางหนึ่ง

การแนะนำ

ทิศทางการรับสัญญาณมีความสัมพันธ์กับอัตราขยายของเสาอากาศและประสิทธิภาพของเสาอากาศ กล่าวอีกนัยหนึ่ง อัตราขยายของเสาอากาศประกอบด้วยสองส่วนหลัก คือ ทิศทางการรับสัญญาณและประสิทธิภาพ

ดังนั้น ความสัมพันธ์จึงเป็นดังนี้:

อัตราขยายของเสาอากาศ = ทิศทางของเสาอากาศ * ประสิทธิภาพของเสาอากาศ

นั่นหมายความว่า อัตราขยายของเสาอากาศเป็นผลคูณของค่าการรับส่งสัญญาณและประสิทธิภาพของเสาอากาศ ค่าการรับส่งสัญญาณจะแตกต่างกันไปตามประเภทของเสาอากาศ โดยทั่วไปแล้ว สำหรับเสาอากาศไดโพลขนาดสั้น ค่าการรับส่งสัญญาณจะอยู่ที่1.76 dBในขณะที่เสาอากาศจานขนาดใหญ่จะมีค่าประมาณ50 dB

เรียกอีกอย่างว่าอัตราขยายทิศทางสูงสุด และใช้สัญลักษณ์Dแทน

ทิศทางคืออะไร?

• เรามาดูวิธีแรกในการกำหนดความหมายของทิศทางกัน

ค่าการแผ่รังสีของเสาอากาศ (Antenna Directivity) ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของความเข้มของการแผ่รังสีสูงสุดต่อความเข้มของการแผ่รังสีเฉลี่ย และทั้งสองค่านี้ถูกนำมาพิจารณาในการทดสอบเสาอากาศ

ดังนั้นจึงสามารถเขียนได้ดังนี้:

ในที่นี้ Φ(θ,φ) _maxแทนกำลังต่อหน่วยมุมตัน ซึ่งบ่งบอกถึงความเข้มของการแผ่รังสีสูงสุด และ φ _avแสดงถึงความเข้มของการแผ่รังสีเฉลี่ย ซึ่งคำนวณเฉลี่ยจากระบบทรงกลม

เพราะฉะนั้น,

ดังนั้น ในแง่ของความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้า ความสามารถในการรับส่งสัญญาณแบบทิศทาง (directivity) ถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าสูงสุดต่อความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าเฉลี่ยบนทรงกลม โดยทั้งสองค่าวัดในระยะไกลของเสาอากาศทดสอบ

ค่าทิศทาง (Directivity) เป็นปริมาณที่ไม่มีหน่วย โดยทั่วไปจะมีค่าเท่ากับหรือมากกว่า 1

• ต่อไปนี้ เราจะมาดูวิธีการกำหนดทิศทางในอีกแง่มุมหนึ่งกัน

ในที่นี้ ทิศทางการแผ่รังสีถูกกำหนดโดยสัมพันธ์กับกำลังการแผ่รังสีโดยรวม ทิศทางการแผ่รังสีของเสาอากาศสามารถนิยามได้อีกแบบหนึ่งว่า คือ อัตราส่วนของกำลังการแผ่รังสีโดยรวมของเสาอากาศนั้นๆ ต่อกำลังการแผ่รังสีของเสาอากาศแบบไอโซโทรปิก ซึ่งมีความเข้มของการแผ่รังสีเท่ากัน

ดังนั้น เราจึงสามารถเขียนได้ดังนี้:

ดังนั้น เมื่อความเข้มของรังสีที่ปล่อยออกมาเท่ากันแล้ว

ในที่นี้ W ^Iแทนกำลังที่แผ่รังสีออกมาจากเสาอากาศทดสอบ และ W ^IIแทนกำลังที่แผ่รังสีออกมาจากเสาอากาศแบบไอโซโทรปิก (รอบทิศทาง)

อย่างที่เราทราบกันดีว่า ในการหาค่าความเข้มรังสีเฉลี่ย จะต้องนำกำลังการแผ่รังสีทั้งหมดมาหารด้วย 4π สเตอเรเดียน

ดังนั้น,

นั่นหมายความว่าทิศทางการรับสัญญาณจะสัมพันธ์กับค่าสูงสุดของเสาอากาศ

ทิศทางการแผ่รังสีเป็นปัจจัยสำคัญที่เกี่ยวข้องกับเสาอากาศ เนื่องจากเสาอากาศส่งสัญญาณบางระบบจะแผ่รังสีไปในทิศทางเฉพาะโดยการสร้างมุมแคบ ในขณะที่สำหรับเสาอากาศรับสัญญาณ ทิศทางการแผ่รังสีจะถูกตรวจสอบจากความสามารถในการรวบรวมพลังงานที่แผ่รังสีมาจากทิศทางเฉพาะ ซึ่งแสดงให้เห็นว่ามันเกี่ยวข้องกับระดับทิศทางการแผ่รังสีของรูปแบบการแผ่รังสีของเสาอากาศ

• ดังนั้น จึงถือเป็นพารามิเตอร์พื้นฐานของเสาอากาศ แต่ถึงแม้จะเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของเสาอากาศ เสาอากาศทุกตัวก็ไม่ได้มีทิศทางการรับส่งสัญญาณสูงเสมอไป และยังคงมีการใช้งานในหลากหลายสาขา

โดยทั่วไปแล้ว เสาอากาศจะถูกแบ่งออกเป็นสองประเภทตามทิศทางการกระจายแสงของเสาอากาศ ได้แก่ เสาอากาศทิศทางต่ำและเสาอากาศทิศทางสูง

เสาอากาศที่แผ่รังสีไปเกือบทุกทิศทาง โดยที่ความเข้มของรังสีในทิศทางต่างๆ แตกต่างกัน จะมีค่าการรับส่งสัญญาณทิศทาง (directivity) เท่ากับ0หรือ1 เดซิเบลเสาอากาศเหล่านี้เรียกว่าเสาอากาศแบบรอบทิศทาง (omnidirectional antenna) แต่ในกรณีของเสาอากาศแบบนี้ ลำแสงที่แผ่กระจายออกไปจะครอบคลุมระยะทางที่สั้นกว่า

โดยพื้นฐานแล้ว เมื่อเสาอากาศมีทิศทางสูง ลำแสงที่แผ่กระจายออกมาจะมีลักษณะที่เน้นเฉพาะจุดมาก จึงสามารถแพร่กระจายไปได้ไกลกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับลำแสงที่แผ่กระจายออกมาจากเสาอากาศที่มีทิศทางต่ำ

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วในหัวข้อเดียวกันนี้ว่า เสาอากาศที่มีทิศทางการรับสัญญาณต่ำก็มีประโยชน์ในการใช้งานหลากหลายเช่นกัน เนื่องจากทิศทางการรับสัญญาณสูงไม่เหมาะกับการใช้งานทุกประเภท ดังนั้น คำถามแรกจึงเกิดขึ้นว่า เสาอากาศที่มีทิศทางการรับสัญญาณต่ำนั้นใช้ในงานใดบ้าง?

• โดยทั่วไป เสาอากาศที่มีทิศทางการแผ่คลื่นสูงจะถูกนำไปใช้ในงานที่ติดตั้งเสาอากาศอย่างถาวร เนื่องจากตำแหน่งที่คงที่ ทำให้พลังงานที่แผ่กระจายออกไปต้องสามารถส่งไปได้ในระยะทางที่ไกลขึ้น ซึ่งเสาอากาศที่มีทิศทางการแผ่คลื่นสูงจะช่วยให้บรรลุเป้าหมายนี้ได้ ตัวอย่างที่สำคัญของเสาอากาศประเภทนี้คือเสาอากาศรับสัญญาณโทรทัศน์ดาวเทียม
• แต่เมื่อพูดถึงเสาอากาศที่มีทิศทางการรับสัญญาณต่ำ การใช้งานของมันจะเกี่ยวข้องกับสถานการณ์ที่ไม่จำเป็นต้องติดตั้งเสาอากาศไว้ในตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง และสามารถเคลื่อนย้ายได้ เนื่องจากในกรณีนี้ เสาอากาศส่งสัญญาณแบบเคลื่อนที่ได้สามารถส่งพลังงานไปในทุกทิศทางที่กำหนด และเสาอากาศรับสัญญาณแบบเคลื่อนที่ได้สามารถรับข้อมูลจากทุกทิศทางที่เข้ามาได้ ตัวอย่างเช่นเสาอากาศสำหรับโทรศัพท์มือถือ

อัตราขยายเชิงทิศทางและความเป็นทิศทาง

เราทราบดีว่า

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างอัตราขยายเชิงทิศทางและความสามารถในการแผ่รังสีเชิงทิศทางคือ อัตราขยายเชิงทิศทางหมายถึงขอบเขตที่เสาอากาศที่กำลังทดสอบสามารถรวมพลังงานการแผ่รังสีได้เมื่อเทียบกับเสาอากาศมาตรฐาน ในขณะที่ความสามารถในการแผ่รังสีเชิงทิศทางสูงสุดของเสาอากาศนั้นถูกกำหนดโดยค่าความสามารถในการแผ่รังสีเชิงทิศทาง

อีกสำนวนหนึ่งคือ

เมื่อสมมติว่าเสาอากาศเป็นแบบไอโซโทรปิกที่ไม่สูญเสียพลังงาน อัตราขยายเชิงทิศทางจะเท่ากับค่าทิศทาง

ดังนั้น,

k คือค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพการแผ่รังสี ซึ่งมีค่าเท่ากับ 1 สำหรับเสาอากาศแบบไอโซโทรปิก