การทดลอง การแพร่กระจายคลื่น ย่าน VHF ในจังหวัดกระบี่ (VHF Propagation studies in Krabi)

การทดลองการแพร่กระจายคลื่นในย่าน VHF 
ความถี่ย่าน VHF สามารถแพร่คลื่นได้ไกล้หรือไกล ขึ้นอยู่กับปัจจัย สภาพแวดล้อมทางธรรมชาติด้วย แต่ยังไม่ค่อยมีการทดลองจริงจังในพื้นที่จังหวัดกระบี่ เพื่อใขข้อข้องใจ เราเลยจัดทีมงานขึ้นมาเพื่อทดลองเรื่องนี้กัน
ข้อมูลพื้นฐานของการทดลอง

• สถานีส่งสัญญาณ บีคอน HS8FLU/B (NJ98ma) ส่งสัญญาณ MCW ออกมาตลอด 24 ชั่วโมงที่ความถี่ 144.050 MHz
• กำลังส่ง 1 วัตต์ สายอากาศรอบตัว
• สถานีรับ HS8JYX (NJ98kc) ระยะห่างจากสถานีส่ง 15 กิโลเมตร ใช้สายอากาศแบบ Loop ในการรับ พยายามให้รับสัญญาณได้ ประมาณ 30-40 ของความแรงสูงสุด เพื่อให้เห็นผลที่แตกต่างอย่างชัดเจน
• ภาครับใช้ วิทยุรับส่ง ICOM IC2100 นำแรงดันที่ได้จาก (***) มาเป็นตัวเปรียบเทียบความแรงที่รับได้
• สัญญาณที่รับได้ในขณะใดขณะหนึ่งอาจจะมีความเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว เราจะทำการวัด 3 ครั้งแล้วนำน่าที่ดีที่สุดมาใช้

ภาพวงจรภายในของวิทยุรับส่ง ICOM IC -2100 เราจะทดสอบโดยใช้แรงดันจาก IC TA31136FN

การทดลองที่ 1 ช่วงเวลาของวัน มีผลต่อความแรงสัญญาณหรือไม่ และถ้ามีจะมากน้อยแค่ใหน ?

การทดลองนี้ จะไม่สนใจข้อมูล อย่างอื่น เช่น อุณหภูมิ ความชื้น ความสูงของเมฆ เป็นต้น โดยจะสนใจเฉพาะช่วงเวลาเท่านั้น

ผลค่าเฉลี่ย ความแรงของสัญญาณที่รับได้ ตามช่วงเวลาต่าง ๆ ตั้งแต่วันที่ 26-29 พย.2554

การทดลองที่ 2 สัญญารบกวนจะมีความแรงเปลี่ยนแปลงตามช่วงเวลาหรือไม่

ผลการทดลอง วันที่ 30 พย. 2554


การทดลองที่ 3 อุณหภูมิกับความแรงสัญญาณมีความเกี่ยวข้องกันหรือไม่

ผลการทดลอง วันที่ 30 พย. 2554

VHF DX การติดต่อสื่อสารทางไกลย่าน VHF

VHF DX การติดต่อสื่อสารทางไกลย่าน VHF
หลายครั้งที่สัญญาณทางไกล Contact เข้ามาทดสอบสัญญาณ หรือบางครั้งเพื่อนสมาชิกก็แจ้งว่าให้เปลี่ยนความถี่ไปทดสอบสัญญาณทางไกลกับเพื่อนสมาชิกต่างจังหวัด ที่อยู่ไกล ๆ หลายท่านคงเคยสงสัยว่าทำไมสัญญาณจึงเดินทางจากตำบลหนึ่งไปยังอีกตำบลหนึ่งได้บ้างไม่ได้หรือบางแห่งได้ปีละครั้งสองครั้งเท่านั้น



จากประสบการณ์นั้นเคยรับ Contact จากเพื่อนสมาชิกจากจังหวัดปัตตานีในขณะที่เราอยู่กรุงเทพ หรือเคยใช้เครื่องมือถือสายอากาศควอเตอร์เวฟยืนอยู่ริมแม่น้ำเจ้าพระยาติดต่อกับเพื่อนสมาชิกจังหวัดลพบุรีได้หรือใช้เครื่องมือถือเสายางติดต่อกับเพื่อนสมาชิกจังหวัดราชบุรีได้ เมื่อขึ้นไปอยู่บนตึกสูง 150 เมตร เป็นต้น



การแพร่กระจายคลื่นวิทยุ

คลื่นวิทยุที่แพร่กระจายคลื่นออกไปจากสายอากาศนั้น จะมีการแพร่กระจายออกไปทุกทิศทางเมื่อใช้สายอากาศรอบตัวและเมื่อเราใช้สายอากาศทิศทางก็จะแพร่คลื่นไปในทิศทางที่เราต้องการมากกว่าทิศทางอื่น คลื่นวิทยุเป็นพลังงานที่สามารถเดินทางไปในอากาศด้วยความเร็วเท่าแสง คลื่นวิทยุที่มีความถี่ไม่เท่ากัน แต่ละความถี่จะมีคุณสมบัติในการแพร่กระจายคลื่นไม่เหมือนกัน



คลื่นวิทยุย่าน VHF

คลื่นวิทยุย่าน VHF โดยปกติจะมีการเดินทางเป็นเส้นตรง (Direct Wave) เป็นคลื่นวิทยุที่จัดอยุ่ในประเภทคลื่นดิน (Ground Wave) ซึ่งการเดินทางอยู่ใกล้ ๆ ผิวโลกจึงเรียกกันอีกอย่างหนึ่งว่าคลื่นผิวดิน (Surface Wave)

คลื่นผิวดินที่มีความยาวคลื่นย่าน VHF หรือสูงกว่าย่านนี้จะเดินทางไปได้ไม่ไกลมาก เนื่องจากสักษณะทางภูมิศาสตร์และสิ่งกีดขวางต่าง ๆ

เมื่อความถี่สูงขึ้น ความยาวคลื่นก็จะน้อยลง วัตถุที่ใหญ่ เช่นภูเขา ตึกใหญ่ ๆ จะมีผลต่อการแพร่กระจายคลื่น เช่นที่ความถี่ 30 KHz จะมีความคลื่นเท่ากับ 10,000 เมตร เมื่อเทียบกับภูเขาแล้วภูเขาส่วนใหญ่จะมีขนาดน้อยกว่านี้จึงลดทอนการแพร่กระจายคลื่นน้อย

แต่ที่ความถี่ย่าน VHF ความถี่ 150 MHz มีความยาวคลื่นเพียง 2 เมตร วัตถุที่ใหญ่กว่าขนาดของความยาวคลื่น เช่น เนินเขา ภูเขา ตึกใหญ่ ๆ จะมีผลต่อการลดทอนสัญญาณ VHF มากทีเดียว

คลื่นพื้นดินจะได้รับผลกระทบกระเทือนจากแรงดึงดูดของโลกโดยตรงอีกส่วนหนึ่ง คลื่นบางส่วนจะถูกดูดกลืนทำให้อ่อนกำลังลงเรื่อย ๆ ตามระยะทางนอกจานั้นแรงดึงดูดของโลกยังทำให้คลื่นวิทยุย่านนี้โค้งไปตามผิวโลกอีกด้วย ส่วนคลื่นวิทยุที่พุ่งเลยระยะสายตาไปนั้นจะพุ่งทะลุชั้นบรรยากาศไอโอโนสเพียร์หายไปในบรรยากาศ ทำให้สถานีที่อยู่ไกล ๆ รับสัญญาณไม่ได้

การเดินทางที่ไปได้ไกลกว่าระยะสายตา

ในบางภูมิประเทศ บางฤดูการและบางเวลาคลื่นวิทยุเดินทางไกลเกินกว่าระยะสายตาหรือระยะที่เคยติดต่อกันได้โดยคลื่นวิทยุย่าน VHF นี้จะไปสะท้อนชั้นบรรยากาศ Troposphere แต่การเดินทางไปไกลกว่าปกตินั้นจะเป็นได้เพียงครั้งคราว ไม่สม่ำเสมอ

นอกจากนั้นระยะขอบฟ้าของคลื่นวิทยุ (Radio Horozon) ที่เพิ่มไปจากปกติเมื่อคลื่น VHF เดินทางไปตามส่วนโค้งของผิวโลกได้ไกลเกินกว่าระยะสายตา และเป็นการเดินทางที่หวังผลได้ ส่วนที่เพิ่มนี้มีค่าประจำอยู่ค่าหนึ่งเรียว่าค่า K ซึ่งโดยเฉลี่ยประมาณ 1.64

ปรากฏการธรรมชาติกับคลื่นย่าน VHF

การเคลื่อนที่ไปตามผิวโลกของคลื่น VHF นั้นจะมีชั้นบรรยากาศชั้น Troposphere มาเกี่ยวข้องด้วย การที่ชั้นบรรยากาศ Troposphereที่อยู่รอบ ๆ ผิวโลกนั้นจะเป็นตัวทำให้คลื่น VHF เดินทางโค้งไปตามชั้นบรรยากาศชั้นนี้เสมือนว่าเดินทางไปในท่ออุโมงค์

ในเวลาหัวค่ำ พื้นผิวโลกจะเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วหลังจากที่ได้รับความร้อนมาทั้งวัน ส่วนชั้นบรรยากาศชั้น Troposphere นั้นจะค่อย ๆ เย็นตัวลงอย่างช้า ๆ และในขณะที่อากาศในตอนเช้ามืดที่โลกร้อนขึ้นเพราะถูกแสงแดด แต่ชั้นบรรยากาศ ชั้น Troposphere ยังมีความเย็นอยู่ หรืออากาศเย็นตามภูมิภาคต่าง ๆ อากาศร้อนต่าง ๆ มีผลทำให้คลื่นย่าน VHF เดินทางไปไกลกว่าปกติ

ระยะสายตาของคลื่นย่าน VHF

ระะยะการติดต่อสื่อสารในระยะสายตาของคลื่นวิทยุ VHF หาได้จากสูตร (ดูได้จากรูป) เมื่อเรายืนพูดวิทยุอยู่นั้นจะมีระยะสายตาประมาณเท่าใด สมมุตรว่าขณะที่เรายืนพูดคุยวิทยุอยู่นั้นมีความสูงจากพื้นผิวโลกประมาณ 1.6 เมตร เมื่อแทนค่าสูตรแล้ว 1.26 X 4 = 5 กิโลเมตร เพราะฉนั้นระยะสายตาโดยประมาณเมื่อเรายืนพูดวิทยุอยู่ ก็จะอยู่ที่ 5 กิโลเมตร ถ้าหากมีสิ่งกีดขวางก็จะทำให้คลื่นวิทยุถูกลดทอนลงไปอีกมาก



รูปที่ 3 บรรยากาศชั้น Troposphere





ในบางครั้งจะสังเกตได้ว่าเมื่อใช้เครื่องมือถือระยะการติดต่อจะได้น้อยกว่า 5 กิโลเมตร หรือบางครั้งอาจจะได้มากกว่า 5 กิโลเมตร ซึ่งขึ้นอยู่กับคู่สถานีของเราว่าอยู่สูงเท่าใด หากเป็นเครื่องมือถือที่ยืนอยู่บนพื้นดินด้วยกันและอยู่ในที่โล่งก็จะมีระยะทางในการติดต่อประมาณ 10 กิโลเมตร

แต่ในระยะ ที่ไกลเกินกว่าระยะสายตานั้นจะเกิดขึ้นในช่วงที่เกิดการ Troposphereic Ducting คลื่นวิทยุย่าน VHF จะสามารถติดต่อได้ไกลเกินกว่า 100 กิโลเมตร ไปจนถึง 1,500 กิโลเมตร หรืออาจจะมากกว่านั้นก็ได้




VHF DX

การติดต่อระยะที่ไกลเกินกว่า 100 กิโลเมตร จึงเป็นการเอาชนะธรรมชาติ โดยอาศัยสิ่งประดิษฐ์หรือเครื่องมือใช้ประกอบกัน เพราะฉนั้นการติดต่อในระยะเกินกว่าระยะปกติจึงถือว่าเป็นการติดต่อทางไกล หรือ DX ฉนั้นเมื่อเกิดระยะ 100 กิโลเมตร ขึ้นไปแล้วการติดต่อสื่อสารที่หวังกันไว้อาจจะไม่ได้ผล 100 %

การติดต่อระยะไกลจึงต้องคำนึงถึงองค์ประกอบต่าง ๆ ที่มีผลต่อการแพร่กระจายคลื่นเพื่อให้ได้ระยะไกลขึ้นดังนี้

• ความสูงของสายอากาศ (Hight)
  
• กำลังส่ง (Power)
  
• ความไวภาครับ (Sensivity)
  
• อัตราการขยายของสายอากาศ (Antenna Gain)
  
• ลักษณะทางภูมิศาสตร์ (Geographical)

สายอากาศสำหรับ DX

ชุดสายอากาศหรือสายอากาศที่มี Gain ขยายที่มากพอสมควรหรือสายอากาศหลาย ๆ ต้นมารวมกัน เช่นสายอากาศยากิ นอกจากนั้นความสูงของสายอากาศก็มีส่วนช่วยเพิ่มระยะทางติดต่อให้ไกลขึ้น ส่วนใหญ่นักวิทยุสมัครเล่นจะได้รับอนุญาตให้ตั้งเสาอากาศได้สูงถึง 60 เมตร จึงเป็นโอกาสที่นักวิทยุสมัครเล่นจะได้ติดต่อระยะไกล เป็นอย่างดี ประกอบกับกำลังส่งที่สูง ย่อมทำให้การเดินทางของคลื่นไปได้ไกลมากขึ้น

ความไวในการรับของเครื่องรับก็มีส่วนในการรับสัญญาณทางไกลได้ดีกว่า นอกจากนั้นสายอากาศที่มี Gain สูง ๆ ก็จะรับได้ดีมากเช่นกัน ประการสุดท้าย ลักษณะทางภูมิศาสตร์ ก็เป็นทั้งตัวเสริมการติดต่อให้ไกลขึ้นหรือลดทอนการแพร่กระจายคลื่นหรือดูดกลืนคลื่นวิทยุ

ระยะสายตา LOS (Line of Seight)

สูตรการหาระยะสายตานั้นสิ่งที่เรารู้เป็นข้อมูลเบื้องต้น คือความสูงของสายอากาศจากระดับพื้นดิน มีสูตรการหาระยะสายตาของผ่ายส่งดังนี้



ระยะความสูงของสายอากาศสามารถนำไปแทนในสูตรได้ทันที
สมมุตรว่าสายอากาศของท่านสูง 60 เมตร ก็ให้แทนค่าในสูตร
dt คือระยะสายตาของฝ่ายส่ง (Transmiting Distance)
ht คือความสูงของสายอากาศ (Height)

แทนค่า dt=4 x 7.745 = 30.9 กิโลเมตร

นี่เป็นระยะสายตาจากฝ่ายส่งเพียงฝ่ายเดียว เราต้องหาระยะสายตาของฝ่ายรับด้วยซึ่งก็ใช้สูตรเดียวกัน
สมมุตรว่าฝ่ายรับมีสายอากาศสูง 30 เมตร ก็จะได้ 4 X5.477 = 21.9 กิโลเมตร

เมื่อเราเอาระยะสายตาของทั้งสองฝ่ายมารวมกันเป็นระยะทางรวมทั้งหมด จะได้ 30.9+21.9 = 52.8 กิโลเมตร

ตัวอย่างที่ 1

ถ้าความสูงของสายอากาศฝ่ายส่งสูง 50 เมตร และสายอากาศฝ่ายรับสูง 20 เมตร จะมีระยะสายตารวมเท่ากับเท่าไร




แต่ระยะที่น่าจะไกลสุดคือ นำระยะที่ได้ไปคูณค่า K = 46.08 X 1.64 = 75.57 กิโลเมตร

คลื่นวิทยุเดินทางรอบโลก

คลื่นวิทยุเดินทางได้เร็วเท่ากับแสง คือประมาณ 186,000 ไมล์ต่อวินาที เมื่อเส้นรอบวงของโลกยาวประมาณ 24,890 ไมล์ เพราะฉนั้นคลื่นวิทยุจะใช้เวลาเดินทางรอบโลกเพียง 0.133,817 วินาที หรือ 133,817 uS หรือน้อยกว่า 1/7 วินาที คลื่นวิทยุจะเดินทางได้ 15 รอบโดยใช้เวลาเพียง 2 วินาทีกว่า ๆ เท่านั้น

คลื่นวิทยุเดินทางไปดวงจันทร์

ดวงจันทร์อยู่ห่างจากโลกประมาณ 240,000 ไมล์ คลื่นวิทยุจึงเดินทางไปถึงดวงจันทร์เพียง 1.29 วินาที รวมระยะเวลาเดินทางไปไกลับจะใช้เวลา 2.58 วินาที

• hr = ความสูงของฝ่ายรับ
• dr= ระยะสายตาของฝ่ายรับ
• dlos= ระยะสายตาของฝ่ายรับและส่ง
• dt=ระยะการติดต่อที่ไกลสุด

บทความนี้มาจากหนังสือ HAM NEWS ฉบับที่ 21 ปี พ.ศ.2538

สภาพอากาศต่อการแพร่กระจายคลื่นย่าน VHF

ผลของสภาพอากาศต่อการแพร่กระจายคลื่น เป็นอีกศาสตร์หนึ่งที่ดูเหมือนจะลึกลับเอาการ สำหรับนักวิทยุสมัครเล่นมือใหม่ ทำไมบางครั้งยิ่งดึกยิ่งรับสัญญาณได้ดียิ่งขึ้น ? ทำไมตอนก่อนพระอาทิตย์ขึ้นสัญญาณที่รับได้มีการเปลี่ยนแปลงไปมาอย่างรวดเร็ว ? ทำไมเดือนนั้นเดือนนี้จึงรับสัญญาณทางไกลได้ดี ขณะที่บางเดือนรับสัญญาณได้แย่ลง ?

รูปแสดงความสำพันธ์ระหว่างความชื้นของอากาศและความแรงของสัญญาณที่รับได้

จากรูปจะแสดงให้เห็นว่า ถ้าความชื้นของสายอากาศในเส้นทางผ่าน ระหว่าง เครื่องรับและเครื่องส่ง มีค่าน้อยลงสัญญาณที่ได้จะแรงขึ้น ถ้าวันที่ฝนตก สัญญาณที่ได้จะลดลง

รูปแสดงความสำพันธ์ระหว่างความสูงของเมฆและความแรงของสัญญาณที่รับได้

จากรูปจะแสดงให้เห็นว่า ถ้าระดับความสูงของเมฆสูงขึ้น สัญญาณจะค่อย ๆ เพิ่มขึ้นอย่าง ช้า ๆ ซึ่งจะขัดแย้งกับความเชื่อที่ว่า ถ้าเมฆอยู่ต่ำจะทำหน้าที่เหมือนท่อนำคลื่น ทำให้สัญญาณไปได้ไกล และแรงขึ้น ผลการทดลองนี้จะสอดคล้องกับรูปแรก คือในตอนที่ฝนตกเมฆจะลอยลงมาต่ำ

รูปแสดงความสำพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและความแรงของสัญญาณที่รับได้

จากรูปจะแสดงให้เห็นว่า ถ้าอุณหภูมิในช่วงเส้นทางผ่านของสัญญาณลดลง สัญญาณจะแรงขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับความเชื่อเดิมที่ว่า สัญญาณจะแรงขึ้นในหน้าหนาวและ ในวันที่ท้องฟ้าแจ่มใส

---

การทดลองแบบง่าย ๆ ของผมเอง

การทดลองรับสัญญาณ ระหว่างวันที่ฝนตก และวันที่ฝนไม่ตก ท้องฟ้าโปร่ง โดยอาศัยสถานีวิทยุ ของเพื่อนสมาชิก "อาสารวมใจท่าชนะ " ที่ความถี่ 144.400 MHz จะมีการทดสอบสัญญาณ ตอนประมาณ 20.00 น. ของทุกวัน

ถ้าวัดระยะทางอากาศจาก Google Earth ก็ประมาณ 170 กิโลเมตร

ข้อมูลสถานีของผมคือ

• เครื่องวิทยุ ICOM IC-2100T
• สายอากาศรอบตัว V2 3 ชั้น
• สายอากาศวางบนชั้น 2 ของบ้าน (ส่วนฐานของสายอากาศสูงกว่าหลังคาบ้านประมาณ 3-4 เมตร)
• การทดลองนี้ใช้เวลาภายในเดือนเดียวกัน แต่นำไฟล์วีดีโอมาลงแค่ 2 ไฟล์เพื่อเป็นการเปรียบเทียบ

ผลการรับสัญญาณ ในวันที่ฝนตก

ผลการรับสัญญาณ วันที่ฝนไม่ตก ท้องฟ้าโปร่ง

ผลของการทดลองก็คือ วันที่อากาศโปร่ง ฝนไม่ตก จะรับสัญญาณได้ดีกว่าพอสมควร

http://www.hs8jyx.com/html/vhf_climate.html