การทดลองเรื่อง L Matching Network

วัตถุประสงค์
1. เพื่อให้เข้าใจหลักการ การถ่ายทอดกำลังสูงสุด
2. เพื่อทดลองวงจรแมทชิ่งแบบ L
3. เพื่อให้คุ้นเคยกับการใช้เครื่องวิเคราะห์เน็ทเวิร์คแบบเวกเตอร์ (VNA)
ทฤษฎี

            ในการถ่ายทอดกำลังให้ได้สูงสุด อิมพีแดนซ์ด้าน source และ loadต้องมีคอนจูเกตเท่ากัน ส่วนใหญ่นิยมใช้ L- network ประกอบด้วยอุปกรณ์รีแอกตีฟสองตัว ซึ่งสามารถแมทช์กันได้ รูปที่ 1 แสดง เน็ทเวิร์ค L แบบสองชิ้น ซึ่งจะแมทช์ RS เข้ากับ RL ซึ่ง RL< RS เราใช้รีแอกเตอร์ XP ขนานกับความต้านทานที่มีค่ามากกว่า พิจารณาตัวอย่างที่กำหนดRS = 1000 Ω และ RL = 50 Ω อิมพีแดนซ์ด้านซ้าย

เท่ากับ

เลือก XP เพื่อให้ Zleft เป็น 50 Ω คือเท่ากับ ค่าความต้านทานโหลด โดยใช้สมการ (1)คำนวณได้ XP^2 = 52441 ดังนั้น เราสามารถเลือก XP = 229 (L) หรือ XP = -229 ( C) เราสามารถหักล้าง Xleft โดยการใส่ตัวรีแอกเตอร์อนุกรม XS ที่ค่าเท่ากับ -Xleft. ความสัมพันธ์ของ XL XC Rsource R load จะเป็นดังนี้

รูปที่ 2 แสดงวงจร แมทชิ่งที่ได้ เมื่อ XP เป็น L(a) และเมื่อ XP เป็น C(b)สุดท้ายเป็นการหาค่า L และ C ที่ทำให้ได้ ค่ารีแอกแตนซ์ ตามที่คำนวณที่ความถี่ที่ต้องการวงจรในรูปที่ 2(b), ωL = 218 สมมุติว่าความถี่ที่ออกแบบ 1.5 MHz จะคำนวณได้ L = 23.1 μH และ C = 462 pF สังเกตุว่าค่าของ รีแอกเตอร์ทั้งสอง นี้ สามารถหาได้จากค่าความต้านทาน source และ load เว้นแต่ในกรณีที่ต้องการกำหนดว่าอุปกรณ์ตัวไหนเป็น L และตัวไหนเป็น C ในวงจรแมทชิ่งแบบสองชิ้นนี้ไม่มีตัวแปรอิสระ การแมทช์มีผลสูงสุดที่ความถี่ที่ออกแบบการตอบสนองความถี่สำหรับวงจรทั้งสองในรูปที่ 2 การตอบสนองแบบโลวพาส ( 2a) และไฮพาส( 2b)

หากต้องการแมทช์ ความต้านทาน source Rs เข้ากับความต้านทาน load RL เราอาจทำเน็ทเวิร์คไฮพาสหรือโลวพาสซึ่งมีความสามารถเท่าเทียมกัน ตอบสนองสนองความถี่ช่วงแมทช์ คล้ายกัน แต่ที่ความถี่ห่างออกมาปรากฏเป็นไฮพาส หรือ โลวพาส ตามลักษณะวงจร

 ขั้นตอนการแมทชิ่งด้วยอุกรณ์รีแอกตีฟสองตัว ทำดังนี้

 1) เพิ่มตัวรีแอกตีฟอนุกรมหนึ่งตัว ติดกับ RSMALLER และอีกหนึ่งตัวติดกับ RLARGER ตัวที่วางอนุกรมอาจเป็นตัว L หรือ Cส่วนตัวที่วางขนาน จะให้เป็นชนิดตรงข้าม ถ้าตัวที่ต่ออนุกรมเป็น L จะได้การตอบสนองแบบโลวพาส และเมื่อตัวที่ต่ออนุกรมเป็นตัว C จะได้ลักษณะการตอบสนองแบบ ไฮพาส
· กรณีใช้แบบโลวพาสกับวงจรขยาย BJT ซึ่งปกติจะมีอัตราขยายมากกว่าที่ความถี่ต่ำอาจพบปัญหาเสถียรภาพที่ความถี่ต่ำกรณีนี้เราอาจจะใช้วงจร LC ด้านหน้าเป็น ไฮพาส (seriesC, shunt L) เพื่อช่วยเสถียรภาพ
· ทางด้านเอ้าท์พุท ถ้าต้องการลดความถี่ฮาร์โมนิกส์ จะต่อเป็นวงจรแมทชิ่งแบบโลวพาส

2) ต่อตัวรีแอกตีฟอนุกรมกับ RSMALLER แล้วต่อตัวรีแอกตีฟขนานกับ RLARGER เพื่อสร้างเป็นเน็ทเวิร์คย่อยสองชุด ชุดหนึ่งเป็นอินดัคตีฟ ส่วนอีกชุดหนึ่งเป็นคาปาซิตีฟ (ตัวหนึ่งต่ออนุกรมอีกตัวต่อขนานและทั้งสองต้องแสดงเป็นอิมพีแดนซ์เชิงซ้อนแบบคู่ตรงข้ามซึ่งกันและกัน ที่ความถี่ที่ออกแบบไว้ ดังนั้นค่าแฟกเตอร์ Q ของเน็ทเวิร์คย่อยทั้งสองจะต้องเท่ากันที่ความถี่ที่แมทช์ )

3) การที่เราทราบค่า Q เราสามารถที่จะหาค่าตัวรีแอกตีฟที่ต่ออนุกรม และขนาน จากนั้นสามารถหาค่าตัวเหนี่ยวนำ และตัวเก็บประจุที่ต้องใช้ในเน็ทเวิร์ค จากสมการต่อไปนี้ :

ตัวอย่าง

ต้องการแมทช์ความต้านทาน source 5 Ω เข้ากับความต้านทาน load  50 Ω ที่ความถี่ 850MHz เราสามารถเพิ่มตัวเหนี่ยวนำ อนุกรมกับ RSMALLER (5 Ω) และต่อขนานตัวเก็บประจุ กับ RLARGER (50 Ω) สามารถคำนวณ ค่าแฟกเตอร์ Q ของ เน็ทเวิร์คย่อย ที่ต้องการ ได้ดังนี้ :

. เน็ทเวิร์ค LC สามารถแมทช์ ปลายทั้งสองด้าน โดยที่มีคุณลักษณะการตอบสนองไม่สมมาตรในช่วงความถี่ที่ต่ำกว่า และสูงกว่า ความถี่ที่แมทช์ โดยที่มีการสูญเสียน้อยมากที่ความถี่ที่แมทช์
· การสูญเสียในช่วงความถี่ที่ต่ำกว่าความถี่ที่แมทช์ เกิดขึ้น เนื่องจากการไม่แมทช์ ระหว่างวงจรทั้งสองด้านโดย เกิดการสูญเสีย Mismatch Loss [dB] = 10*LOG (1 – Γ 2 )
· การสูญเสีย ในช่วงความถี่สูงกว่าความถี่แมทช์เป็นผลของการตอบสนองแบบโรลออฟ (12dB/octave )
· การตอบสนองของ เน็ทเวิร์ค L-C แสดงความไม่สมมาตรเฉพาะช่วงใกล้ ความถี่แมทช์

อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง

1. Vector Network Analyzer 3 GHz 50 Ohms

2. 50 Ohms ,N type or BNC cables

3. L network ที่ต้องการทดสอบ

การทดลอง

1. ออกแบบเน็ทเวิร์คแมทชิ่ง แบบ L ที่ ตอบสนองแบบโลวพาส เพื่อแมทช์ซอร์สอิมพีแดนซ์ 50 +j0Ohms เข้ากับโหลด 750 โอห์ม และคำนวณ XL XC ที่ความถี่ 26 MHz

2. สร้างวงจรโดยใช้ ค่าอุปกรณ์ที่คำนวณได้ โดยใช้ขดลวดแกนอากาศ

3. ต่อวงจรนี้ เข้าที่ ขั้ว N female port 1 ของเครื่องวิเคราะห์เน็ทเวิร์ค ( VNA) เพื่อวัด S11

4. กำหนดความถี่กลาง(Center freq)ช่วงกว้างของความถี่ที่แสดง( Span)และสเกลให้เหมาะสม

5. ทำการวัดในรูปแบบ( format ) Log Mag, SWR และ Smith chart ( R+jX)

6. อาจมีการปรับค่าของอุปกรณ์ในวงจรบ้าง

7. บันทึกผลการทดลองโดยแสดงการพล๊อต ทั้งสามรูปแบบ ในช่วงความถี่เท่ากัน

8. แสดงการคำนวณเปรียบเทียบค่าใน format ทั้งสามว่า สอดคล้องกัน

9. เปรียบเทียบผลการทดลองกับการคำนวณ

ผลการทดลอง

Smith Chart

Log Mag

SWR

โจทย์เพิ่มเติม  ออกแบบเน็ทเวิร์คแมทชิ่ง แบบ L เพื่อแมทช์ซอร์สอิมพีแดนซ์ 50 +j0Ohms เข้ากับโหลด 1000 +j0Ohms ที่ความถี่ 150 MHz โดย plot กราฟ Log Mag และ Smith Chart

Smith Chart

Log Mag

คำถาม

1. ประโยชน์ของการใช้ L matching
ตอบ  L matching network จะใช้เพื่อแมทช์อิมพีแดนซ์ด้าน source และ load ให้มีค่าเท่ากัน เพื่อที่จะทำให้การถ่ายทอดกำลังมีค่าสูงสุด ส่วนใหญ่นิยมใช้อุปกรณ์รีแอคตีฟ 2 ตัว ที่สามารถแมทช์กันได้ ซึ่งจะแมทช์ RSเข้ากับ RL(RS=RL)โดยจะนำรีแอคตีฟไปต่อขนานกับ R ตัวที่เยอะกว่า

2. เขียนวิธีการใช้เครื่องมือชนิดอื่น นอกเหนือไปจาก VNA เพื่อทำการวัดเช่นเดียวกันนี้
ตอบ สามารถใช้ Antenna analyzer ในการวัดค่าอิมพีแดนซ์ได้ โดยตั้ง Antenna analyzer ไว้ที่ค่าพื้นฐาน จากนั้นต่อสาย longwire มาเข้า L-NETWORK และต่อเข้า analyzer จูนค่า VC จนเข็มตกมาที่ค่า 0 

  

สรุปผลการทดลอง

   จากการทดลองสามารถสรุปได้ว่า เราสามารถทำให้การส่งผ่านกำลังมีค่าสูงสุดได้ โดยการแมทช์อิมพีแดนช์ของ soure และ load ให้มีค่าเท่ากัน(Rs=RL) โดยใช้วงจร L-matching network ซึ่งวงจรแมทชิ่งจะทำงานได้ดีที่ความถี่เดียวเท่านั้น เนื่องจากเมื่อเปลี่ยนความถี่จะทำให้ค่า Xl และ Xc เปลี่ยนไปด้วย ถ้าหากอิมพีแดนซ์ของ source และ load มีค่าไม่เท่ากันจะทำให้เกิดการสะท้อนขึ้น ทำให้กำลังที่ส่งผ่านไปยัง load นั้นมีค่าน้อยลง

วิจารณ์ผลการทดลอง

    จากการทดลองในการแมทซ์อิมพีแดนซ์ เราจะต้องกำหนดความถี่ให้แน่นอนเพื่อแมทซ์อิมพีแดนซ์ของ source และ load ให้มีค่าเท่ากัน โดยในการทดลองเราได้ทำการแมทช์ซอร์สอิมพีแดนซ์ 50 +j0 Ohms เข้ากับโหลด 1000 Ohms ที่ความถี่ 150 MHz ซึ่งทำให้เราสามารถคำนวณหาค่า Q ได้เท่ากับ 4.36 ,ค่า L1 ได้เท่ากับ 0.23µH,ค่า XL ได้เท่ากับ 217.94 Ω,ค่า Cp ได้เท่ากับ 4.62pF ,และค่า Xc เท่ากับ 229.41 Ω จากนั้นเราจะนำค่าที่คำนวณได้ไป plot กราฟ Log Mag และ  Smith chart

    

 



การทดลองเรื่อง Microwave
วัตถุประสงค์
1. เพื่อศึกษาการทำงานของอุปกรณ์ในย่านความถี่ X (8 – 12.4 GHz)
2. เพื่อศึกษาเรื่องการสะท้อน และ VSWR
3. เพื่อศึกษาเรื่องความยาวคลื่นในท่อนำคลื่น

อุปกรณ์
1. ชุดทดลองไมโครเวฟ ED-3000
2. เครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ 10 GHz
3. Digital voltmeter
4. Digital Ammeter
5. สายต่อที่จำเป็น

เกี่ยวกับชุดทดลอง ED-3000
ชุดทดลองนี้ทำงานในย่านความถี่ระหว่าง 8.5GHz~12.4GHz (X-Band) และ ตัวกำเนิดคลื่นสามารถให้กำลัง 15mW (Approx.) โดยใช้ท่อนำคลื่นหน้าตัดสี่เหลื่ยมผืนผ้า ขนาดมาตรฐาน WR-90 ( 0.9 ” x 0.4”,กว้าง x สูง ) มีอุปกรณ์ต่างๆสำหรับทดลองในย่านความถี่นี้ ดังนี้

การทดลองนี้จะมีหัวข้อการทดลองจำนวน 5 เรื่อง ซึ่งประกอบไปด้วย

1. การวัด คุณลักษณะของ กัน ไดโอด ( Gunn diode I-V characteristic)

รูปที่ 1 การต่ออุปกรณ์สำหรับทดลอง

1.1 ต่ออุปกรณ์ดังรูปที่ 1

1.2 ป้อนแรงดันเริ่มต้นที่ 2.5 v บันทึกค่ากระแสไหลลงในตารางที่ 1

1.3 เพิ่มค่าแรงดัน ครั้งละ 0.5 v จดค่ากระแส ทา แบบนี้ อีกจน แรงดันถึงค่า 8.0 โวลท์

1.4 นำค่าจากตารางมา พล๊อตกราฟ V-I characteristic of GUNN diode

                                   ผลการทดลองที่ได้แสดงช่วง การตอบสนองแบบ negative resistance

รูปที่ 2 ลักษณะการตอบสนองแบบ negative resistance

2. การวัดการเปลี่ยนแปลงของความถี่และกำลังที่ออกจาก กันออสซิเลเตอร์ เมื่อเปลี่ยนค่าแรงดัน

รูปที่ 3 การต่ออุปกรณ์สำหรับการทดลองวัดความเปลี่ยนแปลงของ Gunn oscillator O/P

 

2.1 ต่ออุปกรณ์ดังรูปที่ 3

2.2  ป้อนแรงดันค่าต่ำสุดที่ทำให้ กันออสซิเลเตอร์ทำงาน โดยสังเกตุจากเครื่องวิเคราะห์แถบความถี่

2.3 เพิ่มค่าแรงดัน ครั้งละ 0.5 v จดค่าความถี่ที่อ่านได้จาก เครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ทำแบบนี้อีกจน

       แรงดันถึง 8.0 โวลท์ บันทึกลงตารางที่ 2

2.4 นำค่าจากตารางมา พล๊อต Supply voltage VS. Frequency

2.5 นำค่าจากตารางมา พล๊อต Supply voltage VS. o/p power level

3. การวัดความถี่ (frequency measurement)

                                            รูปที่ 4 การต่ออุปกรณ์สำหรับการวัดความถี่ และ ความยาวคลื่น

ต่ออุปกรณ์ ดังรูปที่ 4 ในการทดลองนี้ เราจะใช้ออสซิโลสโคป แทน เครื่อง SWR indicator

3.1 ค่อยๆหมุนกระบอกของเครื่องวัดความถี่ช้าๆจนกระทั่งสังเกตเห็นการลดลงของขนาดสัญญาณ      ไมโครเวฟ ดูได้จาก ออสซิโลสโคป

3.2 สามารถอ่านความถี่ได้จาก สเกลที่ปรับเทียบไว้

3.3 การทำงานของเครื่องใช้หลักการของ resonant cavity

4. การวัดความยาวคลื่น (Wavelength measurement)

4.1 ตั้ง แผ่นสะท้อนคลื่น ปิดที่ปลายท่อ จากนั้น ค่อยๆเลื่อนแผ่นออกมาโดยให้แผ่นสะท้อนหันหา        ปลายท่อตลอดเวลา ขณะที่มีแผ่นสะท้อนคลื่นที่ปลาย จะมีคลื่นนิ่ง ในท่อนำคลื่น

4.2 ขณะที่เราเคลื่อนแผ่นสะท้อนให้หาตำแหน่งที่มีค่าแรงดันคลื่นต่ำสุด(แรงดันนี้เป็นค่าลบกระแสตรง) สองตำแหน่งที่ใกล้กันซึ่งแรงดันในท่อนำคลื่นสามารถตรวจจับได้ด้วย ดีเทคเตอร์ที่ติดไว้ที่ โพรบของสลอตลายน์ ต่อกับออสซิโลสโคป DC coupling

4.3 ระยะของสองตำแหน่งค่าแรงดันต่ำสุดที่อยู่ชิดกันนี้ เท่ากับ ครึ่งหนึ่งของค่าความยาวคลื่นคำนวณค่าความยาวคลื่นแล้วบันทึกค่าที่ได้ลงในตารางที่ 3-1

5. การวัดความยาวคลื่นในท่อนาคลื่น (Guided wavelength measurement )

      ทำการทดลองแบบ เดียวกับการทดลองที่ 4 แต่ใช้แผ่นปิดปลายท่อ แทน แผ่นสะท้อนคลื่น บันทึกผลลงในตารางที่ 3-1

บันทึกผลการทดลอง

ผลการทดลองที่ 1 : การวัด คุณลักษณะของ กัน ไดโอด ( Gunn diode I-V characteristic)

ตารางเปรียบเทียบระหว่าง Voltage VS. Current

กราฟ V-I characteristic of GUNN diode

จากผลการทดลองในช่วง 3.5V เป็นต้นไป เป็นช่วงที่เรียกว่า negative resistance


ผลการทดลองที่ 2 : การวัดการเปลี่ยนแปลงของความถี่และกำลังที่ออกจาก กันออสซิเลเตอร์

เมื่อเปลี่ยนค่าแรงดัน

ตารางเปรียบเทียบระหว่าง Supply voltage VS. Frequency

  
กราฟ  Supply voltage VS. Frequency

กราฟ Supply voltage VS. o/p power level

เมื่อเปลี่ยนค่า Supply Voltage เพิ่มขึ้น จะมีผลทำให้ความถี่แล้วกำลังของ output เพิ่มขึ้นเช่นกัน

ผลการทดลองที่ 3 : การวัดความถี่ (frequency measurement)

เมื่อทำการปรับ Frequency Meter จนกระทั่งสังเกตเห็นการลดลงของขนาด สัญญาณไมโครเวฟ จะสามารถวัดค่าการลดทอนของสัญญาณได้เท่ากับ -10.12 dBm และ อ่านค่าความถี่ได้ 9.752 GHz

ผลการทดลองที่ 4-5 : การวัดความยาวคลื่น


ตารางที่ 3-1

สรุปผลการทดลอง

ในการทดลองนี้จะใช้ Gunn diode oscillator ซึ่งทำหน้าที่ในการกำเนิดคลื่นไมโครเวฟ จากนั้นจะส่งคลื่นผ่าน wave guide ไปยัง varieble flap attenuator ซึ่งเป็นตัวลดทอนสัญญาณ แล้วจึงส่งคลื่นต่อไปยัง frequency meter ซึ่งจะอ่านค่าโดยเลือกความถี่ที่ตรงกับที่เราตั้งไว้ จากนั้นจึงส่งคลื่นต่อไปยังตัว modulator โดยตัว modulator จะทำหน้าที่ในการ modulate สัญญาณจาก square wave oscillator เข้ากับคลื่นไมโครเวฟ จากนั้นจึงส่งไปยัง slotted line ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นตัววัดสัญญาณคลื่นที่จุดต่างๆตามความยาวของท่อ และจะ detect สัญญาณเพื่อส่งต่อไปยังออสซิลโลสโคป โดยในการทดลองเราสามารถหาความยาวคลื่นในอากาศและความยาวคลื่นในท่อนำคลื่นได้ ซึ่งความยาวคลื่นในอากาศสามารถหาได้จากสูตร ความยาวคลื่น = ความเร็ว/ความถี่ ส่วนความยาวคลื่นในท่อนำคลื่นจะสามารถหาได้โดยการนำแผ่นสะท้อนคลื่นปิดที่ปลายท่อ จากนั้นค่อยๆเลื่อนแผ่นสะท้อนออกมา ในขณะที่เราเคลื่อนแผ่นสะท้อนให้หาตำแหน่งที่มีค่าแรงดันคลื่นต่ำสุด 2 ครั้งหรือสูงสุด 2 ครั้งโดยดูจากออสซิลโลสโคป  ซึ่งแรงดันในท่อนำคลื่นจะตรวจจับได้ด้วย detector โดยระยะของตำแหน่งแรงดันคลื่นต่ำสุด 2 ครั้ง หรือสูงสุด 2 ครั้ง จะเท่ากับครึ่งนึงของค่าความยาวคลื่น เมื่อเราต้องการหาความยาวคลื่นในท่อนำคลื่นเราจะนำค่าแรงดัน 2 ครั้งมาบวกกัน จากนั้นนำไปคูณ 2 และในการทดลองยังสามารถ plot กราฟ characteristic ของ gunn diode ได้ โดยตั้งแต่จุดสูงสุดของกราฟแล้วตกลงมาเรา จะเรียกว่า negative resistance

วิจารณ์ผลการทดลอง

            การทดลองอาจเกิดความคลาดเคลื่อนเนื่องจากผู้ทำการทดลองจะต้องหาตำแหน่งที่มีค่าแรงดันคลื่นต่ำสุดหรือสูงสุดเองโดยดูจากเครื่องออสซิลโลสโคป เพื่อนำมาทำการหาค่าความยาวคลื่นในท่อนำคลื่น โดยดูจากตัวเลขบน slotted line เพื่อใช้หาความยาวคลื่นซึ่งตัวเลขบน slotted line มีความละเอียดที่น้อยทำให้ผู้ทำการทดลองต้องประมาณค่าขณะที่วัด ซึ่งอาจทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนได้ และเนื่องจากการดูตำแหน่งผิด ในการหาจุดต่ำสุดหรือสูงสุดของกราฟ เราจึงต้องพิจารณาหลายรอบเนื่องจากกราฟเปลี่ยนตำแหน่งเร็ว เพื่อให้ได้ผลการทดลองที่แม่นยำที่สุด

การทดลองเรื่อง การรับสัญญาณจากดาวเทียม(Satellite Communication)


วัตถุประสงค์ 
      1. เพื่อให้เข้าใจวิธีการและรู้จักอุปกรณ์ในการรับสัญญาณจากดาวเทียม
      2. เพื่อให้ทราบวิธีการคำนวณมุม look angle
      3. เพื่อฝึกการใช้งานและอ่านค่าจากเครื่องวิเคราะห์แถบความถี่

เครื่องมือและอุปกรณ์    
     1. จาน 120 cm. Parabolic และ จาน 90cm. offset parabolic(ไม่ได้ใช้ในการทดลอง)

รูป จาน 120 cm. Parabolic

     2. Ku band Feed & LNB
     3. RG 6 A/U Transmission Line
     4. Spectrum Analyzer

     5. Bias Tee network

     6. Inclinometer

     7. Magnetic Compass 

ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง

• Thaicom5 Ku Spot Beam

รูปที่ 1 : ฟุตพริ้นท์ของลำคลื่น KU จาก Thaicom5 บริเวณประเทศไทย

 

• การคำนวณมุมเงยและมุมกวาด

สถานีรับฯ ในการทดลองนี้ อยู่ที่ 13, 38, 58 N, 100, 29, 34 E และดาวเทียม GSO อยู่ที่ลองกิจูด 78.5 E เขียนตัวแปรจากข้อมูลที่กำหนดนี้โดยกำกับเครื่องหมายตามที่แสดงในรูปที่ 2

 

สถานีภาคพื้นดิน:

แปลงละติจูดเป็นแบบทศนิยม : LE= 13.6944 N = +13.6944

แปลงลองกิจูดเป็นแบบทศนิยม : IE = 100.49378 E = +100.49378

ความสูง              : H = 0 km.

 

 ดาวเทียม:

ละติจูด                : LS = 0 (i=0)

ลองติจูด             : IS = 78.5 E = +78.5

คำนวณระยะทาง d, มุมเงย และมุมในแนวราบที่ชี้ไปยังดาวเทียม

ขั้นตอนที่ 1 หาความแตกต่างของลองกิจูด, B

B = 1E-1S = (+100)-(+78)  = +21.5

 

ขั้นตอนที่ 2 หารัศมีของโลกที่สถานีฯ, R, ใช้ในการคำนวณระยะทาง

 

ขั้นตอนที่ 3 หาระยะทาง d

 

ขั้นตอนที่ 4 หามุมเงย

 

ขั้นตอนที่ 5 หาค่ามุม Ai

ขั้นตอนที่ 6 หาค่ามุมในแนวราบ , จากค่ามุม Ai, จากรูปและตารางข้างล่างนี้ที่แสดงความสัมพันธ์ของตำแหน่งดาวเทียม และสถานีฯ

 

 

วิธีการทดลอง      

      1. ต่ออุปกรณ์ตามรูป

     ความถี่ขาลงที่สามารถรับได้ จากดาวเทียม Thaicom5 มีค่าในช่วง 12.25 – 12.75 GHz ถูกแปลงค่าลดลงโดยการทำงานของ Ku band LNB ซึ่งมีออสซิเลเตอร์แบบ DRO ความถี่ 11.30000 GHz. เมื่อความถี่ขาเข้าผสมกับความถี่ออสซิเลเตอร์ เราจะได้ความถี่ผลต่างในช่วง 950-1450 MHz

     

      2. ตั้งค่าในเครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ดังนี้: 

          - Center frequency                    1200 MHz. 

          - Span                                       500 MHz 

          - Reference level                       -60 dBm 

          - Vertical scale                           2 dB/div. 

          - Resolution bandwidth               1 MHz. 

          - Video filter                              10 KHz. 

    

      3. จ่ายแรงดันไบอัส LNB ที่18 V dc.จำกัดกระแสที่ 0.3 แอมป์ 

     4. ถ้าหากตั้งมุมเงยและมุมกวาดถูกต้องจะสามารถสังเกตุว่ามีสัญญาณคลื่นพาห์( C ) เข้าเครื่องวิเคราะห์แถบความถี่ ในช่วง 950 - 1450 MHz. โดยมีระดับสัญญาณสูงกว่าระดับ น้อยส์ ( N) ซึ่งสามารถปรับให้อัตราส่วน C/N สูงขึ้นอีกโดยการขยับมุมกวาด และมุม เงยเล็กน้อย 

     5. ปรับให้สามารถอ่านค่า C/N สูงสุด โดยการค่อยๆ หมุน LNB ให้การวางตัวของ LNB ตรงกับระนาบคลื่นที่เข้ามา 

     6. อ่านค่า ความถี่ตรงกึ่งกลางของแต่ละคลื่นพาห์ ซึ่งเท่ากับ ผลต่างระหว่าง ความถี่ส่งขาลงลบด้วย ความถี่ออสซิเลเตอร์ 11300 MHz และวาดรูปสเปคตรัมที่สังเกตได้ทั้งสองระนาบคลื่น

     7. ทดลองปรับระยะโฟกัสของจาน เมื่อทำการปรับ focal point จะเห็นว่า ระดับสัญญาณที่อ่านได้จาก spectrum analyzer มีระดับ ลดลงถ้า sub reflector ไม่ได้อยู่ที่ focal point ของจานดาวเทียม ทำให้รับสัญญาณที่สะท้อนมา จากreflectorได้น้อยลง 

    8. ทดลองเปลี่ยน Polarizationโดยการหมุน LNB ทำการหมุนปรับ polarization ของ LNB ไป 90 องศา ทำให้สายอากาศไปรับสัญญาณอีกระนาบ หนึ่งแทน โดยสังเกตความแตกต่างของสเปคตรัมที่แสดงในเครื่องวิเคราะห์ 

     9. ทดลองเปลี่ยน Polarizationโดยการเปลี่ยนค่าแรงดัน เปลี่ยนค่าแรงดันไบอัส จาก 18V เป็ น 13V เท่ากับการหมุนปรับ polarization ของ LNB ไป 90 องศา ท าให้สายอากาศไปรับสัญญาณอีกระนาบหนึ่งแทน 

     10. แสดงสเปคตรัมที่รับได้ เมื่อ ใช้แรงดันไบอัส 18 V. 

     11. แสดงสเปคตรัมที่รับได้ เมื่อ ใช้แรงดันไบอัส 13V. 

     12. ระบุ Polarization, Beam ของผลการทดลองข้อ 9 และ 10

ผลการทดลอง 

     - ผลการทดลองเมื่อใช้แรงดันไบอัส 18 V.(Horizontal)

Thaicom5 transponder	LO(MHz)	IF(MHz)	RF(MHz)
12272 (H)	11300	975	12275
12313 (H)	11300	1015	12315
12355 (H)	11300	1057	12357
12396 (H)	11300	1097	12397
12438 (H)	11300	1139	12439
12479 (H)	11300	1179	12479
12521 (H)	11300	1221	12521
12562 (H)	11300	1263	12563
12604 (H)	11300	1303	12603
12657 (H)	11300	1358	12658
12720 (H)	11300	1418	12718

 -ผลการทดลองเมื่อใช้แรงดันไบอัส 13 V.(Vertical)

Thaicom5 transponder	LO(MHz)	IF(MHz)	RF(MHz)
12272 (V)	11300	975	12275
12313 (V)	11300	1015	12315
12355 (V)	11300	1056	12357
Thaicom6 transponder	LO(MHz)	IF(MHz)	RF(MHz)
12405 (V)	11300	1106	12406
12467 (V)	11300	1169	12469
12521 (V)	11300	1222	12522
12562 (V)	11300	1263	12563
12604 (V)	11300	1306	12606
12645 (V)	11300	1346	12646
12687 (V)	11300	1388	12688
12728 (V)	11300	1428	12728

สรุปผลการทดลอง
      ในการทดลองเมื่อเราต้องการรับสัญญาณจากดาวเทียมจะต้องมีการปรับมุมของจานรับสัญญาณดาวเทียมให้ตรงกับตำแหน่งของดาวเทียมที่เราต้องการรับสัญญาณ ซึ่งเราจะต้องทราบตำแหน่งของดาวเทียมก่อนจึงจะสามารถหมุนตำแหน่งจานรับสัญญาณดาวเทียมไปในมุมเดียวกับตำแหน่งของดาวเทียมได้ ถ้าหากตั้งตำแหน่งจานรับไม่ตรงกับตำแหน่งดาวเทียมจะทำให้สัญญาณที่รับได้มีกำลังต่ำลง โดยสามารถดูรูปสัญญาณได้จากเครื่อง spectrum analyzer ซึ่งจะแสดงคุณภาพของสัญญาณเห็นได้ชัดว่าเมื่อตั้งตำแหน่งของจานรับตรงกับตำแหน่งของดาวเทียมจะทำให้คุณภาพของสัญญาณที่รับดีขึ้น และกำลังของสัญญาณจะสูง
      และเนื่องจากความที่ที่ส่งมาจากดาวเทียมมีความถี่สูง ตัวรับที่จานจึงลดความถี่ลงให้อยู่ในช่วงความถี่ L-Band ( 950 - 1450 MHz ) เนื่องจากอุปกรณ์ที่ใช้กับความถี่สูงนั้นราคาสูงจึงลดความถี่เพื่อง่ายต่อการเลือกใช้อุปกรณ์

วิจารณ์ผลการทดลอง  
     จากการทดลองสัญญาณที่รับได้จากดาวเทียมไทยคม 5 จะมีสัญญาณรบกวนแทรกเข้ามาทำให้รูปสัญญาณผิดเพี้ยนไปบ้าง และในการทดลองอาจจะมีความผิดพลาดของสัญญาณไปบ้างเนื่องจากเราปรับมุมของจานรับสัญญาณดาวเทียมด้วยมือ ซึ่งการที่จะปรับให้ตรงกับตำแหน่งของดาวเทียมที่ต้องการรับสัญญาณทำได้ยาก จึงทำให้สัญญาณที่รับได้มีกำลังต่ำกว่าที่ควรจะเป็น อีกทั้งขนาดของจานรับก็มีผลต่อการรับสัญญาณเช่นกัน โดยยิ่งขนาดของจานรับใหญ่ๆ ก็ยิ่งทำให้รับสามารถรับสัญญาณในระยะไกลได้ดี