พรชัย ลีลาพรชัย
ระบบสื่อสารโทรคมนาคมมีความสำคัญสำหรับทุกขั้นตอนของงานจัดการภัยพิบัติ มาถึงตอนนี้จะกล่าวถึงระบบสายอากาศและแหล่งพลังงาน รวมถึงการเลือกวัสดุและพิจารณาการติดตั้งเพื่อให้การสื่อสารมีประสิทธิภาพสูงมากที่สุด
ในตอนนี้เราจะมาคุยกันต่อเรื่องระบบสื่อสารโทรคมนาคมกับการจัดการภัยพิบัติ ในตอนนี้จะพูดถึงระบสายอากาศที่ใช้ในการสื่อสารแบบฉุกเฉินการใช้ระบบถ่ายทอดสัญญาณและ trunking system รวมถึงแหล่งกำเนิดไฟฟ้าในยามฉุกเฉิน การใช้ Repeater และระบบ trunked mobile แถมท้ายด้วยแนวโน้มในการใช้ชุดสื่อสารแบบพกพาเพื่อให้บริการสื่อสารหลากหลายรูปแบบในพื้นที่ที่เกิดภัยพิบัติ
การเลือกสายอากาศ วิศวกรสื่อสารตระหนักดีถึงความจริง 2 ประการคือ
สายอากาศทำหน้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าไปเป็นคลื่นวิทยุ และในทางกลับกัน ซึ่งช่วยให้การสื่อสารแบบ 2 ทางเป็นไปได้ด้วยการใช้สายอากาศเพียงต้นเดียว ความสำเร็จในการสื่อสารส่วนหนึ่งขึ้นอยู่กับสายอากาศ สายอากาศที่ดีสามารถทำให้เครื่องรับธรรมดาทำงานได้ดี และสามารถทำให้กำลังสัญญาณเพียงไม่กี่วัตต์ดูเหมือนมีกำลังมากขึ้น จากการที่เราใช้สายอากาศตัวเดียวกันทั้งส่งและรับ การปรับปรุงสายอากาศจะทำให้เรารับสัญญาณที่จุดรับได้แรงขึ้นด้วย สายอากาศบางประเภทอาจทำงานดีกว่าประเภทอื่นๆ เราจึงควรทดลองใช้สายอากาศหลายๆ ประเภท
ความปลอดภัย
ความปลอดภัยจัดเป็นข้อพิจารณาอันดับแรกในการติดตั้งสายอากาศ เราต้องไม่ติดตั้งสายอากาศหรือสายส่งอยู่บนสายไฟ สายอากาศแนวตั้งต้องไม่อยู่ในตำแหน่งที่มันอาจตกลงมาโดนสายไฟได้ มิฉะนั้นอาจเกิดการเสียชีวิตจากไฟฟ้าเข้าร่างได้ ( Electrocution) หากสายไฟสัมผัสกับสายอากาศ
สายอากาศควรจะอยู่สูงจากพื้นดินเพียงพอที่จะไม่ให้ใครสัมผัสได้ เมื่อเครื่องส่งกำลังทำงาน ปลายสายอากาศจะมีระดับแรงดันที่สูงซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อผู้ไปสัมผัส อาจทำให้เสียชีวิตหรือเกิดการไหม้ (RF burn) ได้
ควรมีการติดตั้งตัวกันฟ้าผ่า (lighting arrestor) ที่สายส่งตรงบริเวณทางเข้าอาคารที่เก็บเครื่องส่งหรือเครื่องรับเพื่อความปลอดภัย การต่อสายดินถือเป็นสิ่งที่จำเป็น และสายที่ใช้ควรมีขนาดของตัวนำอย่างน้อยเท่ากับเส้นลวดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.75 mm สายอลูมิเนียมที่มักใช้เป็นสายดินของสายอากาศ TV นับว่าใช้ได้ สายทองแดงแบบถัก (Copper Braid) ขนาดกว้าง 20 mm ก็มีความเหมาะสม การเชื่อมต่อสายดินอาจต่อกับระบบท่อน้ำโลหะ โครงเหล็กของอาคารหรือต่อกับแท่งกราวด์ (Ground rod) ขนาด 15 mm ที่ฝังอยู่ลึกอย่างน้อย 2.5 m
การติดตั้งซ่อมบำรุงสายอากาศ บางครั้งอาจต้องปีนขึ้นบนเสา ต้นไม้ หรือหลังคา การทำงานคนเดียวไม่ค่อยปลอดภัย เราควรจะมีการวางแผนล่วงหน้าทุกขั้นตอน คนที่ปีนจะต้องใส่เข็มขัดป้องกันเพื่อความปลอดภัย ก่อนการใช้แต่ละครั้ง ควรมีการตรวจสอบเข็มขัดนิรภัยให้อยู่ในสภาพพร้อมใช้งาน นอกจากนี้ หมวกกันกระแทกและแว่นตานิรภัยก็จัดเป็นอุปกรณ์ด้านความปลอดภัยที่สำคัญ
เราไม่ควรถือเครื่องมือขณะทำการปีนป่าย แต่ควรจะเป็นอยู่ในกระเป๋าเครื่องมือคาดเอว ควรมีเชือกยาวผูกต่อกับเข็มขัดและต่อยาวถึงพื้น เพื่อใช้ดึงวัตถุที่ต้องการเพิ่มเติมจากพื้น หากเป็นไปได้ควรผูกเอกกับอุปกรณ์ทุกตัว เพื่อที่จะสามารถดึงเครื่องมือขึ้นมาได้หากทำหล่น และลดอุบัติเหตุที่อาจเกิดกับผู้ที่ให้ความช่วยเหลือที่อยู่ข้างล่าง ผู้ให้ความช่วยเหลือไม่ควรยืนอยู่ใต้พื้นที่ทำงานโดยตรง ทุกคนต้องสวมหมวกแข็งและแว่นตาป้องกัน เครื่องมือเล็กๆ ที่ตกจากความสูง 15 หรือ 20 เมตรก็เป็นอันตรายได้ ผู้ช่วยเหลือต้องคอยดูการทำงานบนเสาอย่างใกล้ชิด เพื่อหลีกเลี่ยงอันตรายที่อาจเกิดขึ้นได้
ตำแหน่งของสายอากาศ
หลังจากประกอบส่วนต่างๆ ของสายอากาศแล้ว เราต้องเลือกตำแหน่งที่จะติดตั้ง ควรเลี่ยงที่จะติดตั้งสายอากาศใกล้สายไฟหรือสายโทรศัพท์ มิฉะนั้นอาจเกิดการ coupling ทางไฟฟ้าอันไม่พึงประสงค์ ซึ่งจะทำให้เกิดสัญญาณรบหวนจากสายไฟไปยังเครื่องรับ หรือ สัญญาณที่ส่งออกอาจไปปรากฏบนสายไฟฟ้าหรือสายโทรศัพท์ได้ หลีกเลี่ยงตำแหน่งที่อยู่ใกล้โลหะ เช่น รางน้ำฝน เสาโลหะ แผ่นโลหะ หรือแม้กระทั่งสายไฟที่เป็นส่วนหนึ่งของอาคาร ทั้งนี้เพราะวัตถุที่เป็นโลหะอาจทำให้เกิดการ shield หรือป้องกันไม่ให้เกิดการรับ/ส่งสัญญาณ หรืออาจทำให้ pattern ของสายอากาศเปลี่ยนแปลง
โพลาไรเซชั่นของสายอากาศ (Antenna Polarization)
Polarization บอกถึงคุณลักษณะของสนามไฟฟ้าของคลื่นวิทยุ สายอากาศที่วางตัวขนานกับผิวโลกจะให้คลื่นวิทยุที่มี polarization แบบแนวนอน (horizontal) ส่วนสายอากาศที่วางตั้งฉาก 90 องศากับผิวโลกจะให้คลื่นที่มี polarization แนวตั้ง
Polarization จัดเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุดเมื่อติดตั้งสำหรับงาน VHF หรือ UHF Polarization ของสัญญาณ VHF หรือ UHF ภาคพื้นดินมักไม่มีการเปลี่ยนแปลงจากสายอากาศส่งไปยังสายอากาศรับ ทั้งสถานีส่งและสถานีรับควรใช้ polarization แบบเดียวกัน โดยที่ Polarization แบบแนวตั้งเป็นที่นิยมในการใช้งานของเครื่อง VHF และ UHF mobile หรือ เครื่องรับส่งมือถือในยานพาหนะหรือสถานีฐาน
สำหรับการสื่อสารแบบ HF Sky Wave สัญญาณวิทยุมีแนวโน้มที่จะหมุนเมื่อเดินทางผ่านชั้น Ionosphere ดังนั้นเราอาจใช้สายอากาศที่มี polarization แนวนอนหรือแนวตั้งก็ได้ โดยจะได้ผลที่ใกล้เคียงกัน โดยทั่วไป เรานิยมใช้สายอากาศแบบ polarization แนวนอนในด้านรับเพราะมันจะช่วยกำจัดสัญญาณรบกวนจากมนุษย์ ซึ่งมักจะมี polarization แนวตั้งได้ดี
สายอากาศแนวตั้งจะแพร่กระจายคลื่นด้วยมุมต่ำ แต่มี null (ทิศที่ไม่แพร่กระจายคลื่น) ชี้ขึ้นข้างบน จึงเหมาะกับเส้นทางเดินของคลื่นแบบ sky Wave ที่มีระยะทางไกล โดยใช้มุมชี้ (take-off angle) ที่ต่ำ และไม่แนะนำให้ใช้กับคลื่นแบบ NVIS ที่มีระยะทางประมาณ 0-500 km
การปรับแต่งสายอากาศ
ความยาวของสายอากาศที่ได้จากการคำนวณของสมการเป็นเพียงการประมาณ สิ่งแวดล้อมต่างๆ เช่น ต้นไม้ที่อยู่ใกล้เคียง อาคาร หรือวัตถุโลหะขนาดใหญ่ และความสูงจากพื้นดินล้วนส่งผลต่อความถี่สะเทิน (resonant frequency) ของสายอากาศ เครื่องวัด SWR สามารถช่วยหาว่าสายอากาศนั้นควรจะสั้นลงหรือยาวขึ้น ความยาวที่เหมาะสมจะทำให้เกิดการ match ของ impedance ที่ดีที่สุดสำหรับเครื่องส่ง
หลังจากการตัดลวดให้มีความยาวตามที่ได้จากสมการแล้ว การปรับแต่งจะเป็นการช่วยปรับสายอากาศให้ทำงานได้ดีที่สุด และเมื่อสายอากาศถูกติดตั้งในตำแหน่งใช้งานแล้วควรวัดค่า SWR ที่ความถี่ต่างๆ ภายในย่านความถี่ที่ต้องการ หากค่า SWR มีค่าสูงกว่ามากที่ช่วงความถี่ต่ำของย่าน แสดงว่าสายอากาศสั้นเกินไป หากพบว่าสายอากาศสั้นเกินไป เราอาจต่อความยาวของลวดเสริมที่แต่ละปลายด้วยคลิปปากจระเข้ หลังจากนั้น เราก็อาจตัดลวดเสริมทีละนิดจนกว่าจะได้ความยาวที่ถูกต้อง หากค่า SWR สูงกว่ามากที่ช่วงความถี่สูงของย่าน แสดงว่าสายอากาศนั้นยาวเกินไป เมื่อสายอากาศได้รับการปรับแต่งอย่างเหมาะสมแล้ว ค่า SWR ที่ต่ำที่สุดควรจะอยู่ที่ ประมาณความถี่ที่เราจะใช้งาน
สายส่ง
ชนิดของสายส่งในระบบสายอากาศที่ใช้กันมากที่สุดคือสาย coaxial cable หรือที่เรียกกันว่าสาย coax ที่มีตัวนำหนึ่งอยู่ในตัวนำอีกตัวหนึ่ง coaxial cable มีข้อดีหลายประการ กล่าวคือ หาได้ง่าย และทนทางต่อสภาพอากาศ เราสามารถฝังอยู่ใต้ดิน งอทำเป็นขดหรือวางสายเคเบิ้ลใกล้กับโลหะโดยมีผลข้างเคียงน้อยมาก
สายอากาศ HF ทั่วไปมักจะออกแบบมาใช้กับสายส่งที่มีค่า characteristic impedance ที่ 50 Ohm สาย Coaxial Cable ที่นิยมใช้ เช่น RG-8, RG-58, RG-174 และ RG-213 สาย RG-8 และ RG-213 เป็นเคเบิ้ลที่คล้ายๆกัน และมีค่าการสูญเสียที่น้อยที่สุดในบรรดาสายเคเบิ้ลที่มีอยู่ สาย coax ที่มีขนาดใหญ่ (RG-8, RG-213, RG-11) จะมีค่าการสูญเสียน้อยกว่าชนิดที่เล็กกว่า หากสาย feed สั้นกว่าค่าการสูญเสียในย่าน HF จะถือว่าน้อยมากจนละทิ้งได้ แต่สำหรับคลิ่นย่าน VHF และ UHF เราจะสังเกตเห็นค่าการสูญเสียได้ชัดกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสาย feed นั้นยาว ที่ย่านความถี่เหล่านี้สาย RG-213 ที่มีคุณภาพดี หรือสาย coaxial cable แบบ rigid หรือกึ่ง rigid ที่มีค่าการสูญเสียน้อยกว่า จะช่วยลดค่าการสูญเสียจากสายส่งในกรณีที่มีความยาวเกิน 30 m
หัวต่อ connector ของสาย coaxial cable เป็นส่วนสำคัญของระบบ coaxial feed line เราควรตรวจสอบหัวต่ออยู่เสมอ เพื่อให้แน่ใจได้ว่ามันสะอาดและยังแน่นอยู่เพื่อลดค่าการสูญเสีย หากสงสัยว่ามีรอยต่อที่มีการบัดกรีไม่ดี เราควรทำความสะอาดและบัดกรีใหม่ การเลือกหัวต่อมักจะขึ้นอยู่กับการ matching กับภาควิทยุ วิทยุ HF และ VHF หลายตัวจะใช้หัวต่อ SO-239 หัวต่อที่เข้าคู่กันคือ PL-259 บางครั้งเราจะเรียกหัวต่อ PL-259 ว่าหัวต่อ UHF แม้ว่าหัวต่อที่มีอิมพีแดนซ์คงที่ เช่น Type-N จะเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับย่าน UHF
PL-259 ถูกออกแบบมาให้ใช้กับสาย RG-8 หรือ RG-213 เมื่อใช้สาย coax ในการเชื่อมต่อกับสายส่ง หัวต่อ SO-239 ควรจะ terminate สายที่ส่วนที่เป็นฉนวนกลาง และ PL-259 ควรใช้ที่ตอนปลายเพื่อต่อกับภาควิทยุ
รูปที่ 1 หัวต่อ coaxial แบบ PL-259
การ matching impedance ภายในระบบสายอากาศ
หากระบบสายอากาศไม่ได้ match กับค่า characteristic impedance ของเครื่องส่ง ค่า power บางส่วนจะถูกสะท้อนกลับ จากสายอากาศไปยังเครื่องส่ง เมื่อเกิดเหตุการณ์ดังกล่าวขึ้น ค่า RF Voltage และกระแสจะไม่สม่ำเสมอตลอดสาย ค่า Power ที่เดินทางจากเครื่องส่งไปยังสายอากาศเรียกว่า forward power และจะแพร่กระจายเป็นคลื่นที่ตัวสายอากาศ ค่าสัดส่วน SWR (Standing-Wave Ratio) เป็นค่าสัดส่วนระหว่างระดับแรงดันที่สูงที่สุดในสายและระดับแรงดันที่ต่ำที่สุดในสาย เครื่องวัด SWR จะทำการวัดค่าการ match ของ impedance ระหว่างสายอากาศและสาย feed ค่า SWR ที่ต่ำแสดงถึงการ match ระหว่างสายส่งและเครื่องส่งที่ดี หากมีการ match กันอย่างสมบูรณ์แบบ ค่า SWR จะเท่ากับ 1:1 ค่า SWR จะเป็นเหมือนตัวนิยามคุณภาพของสายอากาศในมุมมองของเครื่องส่ง อย่างไรก็ตาม การที่ค่า SWR ต่ำ ไม่ได้รับประกันว่าสายอากาศจะแพร่กระจายพลังงานคลื่นวิทยุจากเครื่องส่งเสมอไป หากเราวัดค่า SWR ได้ 2:1 ก็จัดว่าได้การ match ของ impedance ที่ค่อนข้างดี
เครื่องวัด SWR (SWR Meter)
การใช้งาน SWR meter ที่นิยมกันมากที่สุดคือการปรับแต่งสายอากาศเพื่อให้เกิดการ resonate (สะเทิน) ที่ความถี่ที่กำหนด หากอ่านค่า SWR ได้ 2:1 หรือน้อยกว่าก็นับว่ารับได้ หากอ่านค่าได้ 4:1 หรือมากกว่า ถือว่ารับไม่ได้ เพราะนั่นแสดงถึงการไม่เข้ากัน (mismatch) ของ impedance ระหว่างเครื่องส่ง สายอากาส หรือสายส่ง
วิธีการวัด SWR ขึ้นอยู่กับชนิดของ meter เครื่องวัด SWR meter บางตัวจะมีปุ่มควบคุมค่าความไว (Sensitivity) และ สวิตช์ Forward-Reflected ซึ่ง meter ลักษณะนี้จะอ่านค่าเป็น SWR ตรงๆ การใช้งาน เริ่มจากเลื่อนสวิตช์ไปที่ตำแหน่ง forward และปรับค่าความไวและค่ากำลังของเครื่องส่งจนกระทั่ง meter อ่านค่าได้เต็มสเกล
Impedance Matching Network ของสายอากาศ
Impedance Matching Network หรือที่เรียกว่า Antenna Matching Network, Antenna Tuner หรือ antenna tuning unit (ATU) หรือ tuner นับเป็นส่วนประกอบที่สำคัญ ตัว network จะช่วยชดเชยการ mismatch ของ impedance ระหว่างเครื่องส่ง สายส่งและสายอากาศ tuner ช่วยให้เราสามารถใช้สายอากาศตัวเดียวกับย่านความถี่หลายๆย่านได้ ในขณะใช้งาน tuner จะต่ออยู่ระหว่างสายอากาศและ SWR meter โดยที่ SWR meter จะคอยวัดค่า power ที่สะท้อนกลับในขณะที่ทำการปรับ tuner
หากค่า SWR สูงมากๆ นั่นหมายถึงว่าอาจมีปัญหาที่ tuner ไม่สามารถแก้ไขได้ ค่า SWR ที่สูงมากๆ อาจหมายถึงสาย feed ช็อตหรือเปิดอยู่ หรืออาจเกิดจากการต่อสายที่ไม่เหมาะสมหรือสายอากาศห่างจากวัตถุแวดล้อมไม่พอ
สายอากาศแบบ half-wave dipole
สายอากาศสำหรับคลื่น HF ที่ใช้กันมากที่สุดคือเส้นวลวดที่ตัดที่ความยาวครึ่งความยาวคลื่น (1/2 λ) ที่ความถี่ใช้งาน สายส่งจะต่อผ่านฉนวนที่อยู่ตรงกลางของสาย สายอากาศนี้คือสายแบบไดโพลครึ่งความยาวคลื่น หรือ ที่เรียกกันสั้นๆ ว่าสายอกากศ dipole ( Di แปลว่า 2 dipole จะมีสองส่วนที่มีขนาดเท่ากัน โดยที่ dipole อาจมีความยาวอื่นนอกจาก λ/2 ก็ได้) half-wave dipole จะมีความยาว ครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่น λ/2 โดยที่สาย feed อยู่ที่ส่วนกลาง โดยที่แต่ละข้างของ dipole จะยาว λ/4
ความยาวคลื่นจะหาได้โดยหาร 300 ด้วยความถี่ในหน่วย MHz ตัวอย่างเช่นความยาวคลื่นที่ความถี่ 15 MHz จะอยู่ที่ 300/15 = 20 เมตร คลื่นวิทยุจะเดินทางในเส้นลวดช้ากว่าในอากาศ เราจะใช้สูตรข้างล่างนี้เพื่อคำนวณความยาวคลื่นของสายอากาศ λ/2 dipole ที่ความถี่ใดๆ โดยที่ความถี่มีหน่วยเป็น MHz และความยาวมีหน่วยเป็นเมตร
L (m) = 143/ f (MHz)
สมการดังกล่าวได้พิจารณาถึงปัจจัยอื่นๆ ที่เรียกว่า antenna effect โดยจะให้ผลเป็นความยาวโดยประมาณของสายอากาศ dipole สำหรับความถี่ HF สมการดังกล่าวอาจจะไม่แม่นยำเมื่อใช้กับสายอากาศที่ความถี่ VHF/UHF เส้นผ่านศูนย์กลางของสายอากาศมีขนาดเป็นหลายเปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับความยาวคลื่นในระดับความถี่ VHF และที่สูงกว่า ส่วนปัจจัยอื่นๆ เช่น end effect ก็จะทำให้สูตรมีความแม่นยำน้อยลงที่ความถี่ VHF และ UHF
ตารางที่ 1 ความยาวโดยประมาณของสายอากาศ dipole แบบ λ/2 ที่เหมาะกับบริการแบบ fixed, mobile และวิทยุสมัครเล่น
รูปที่ 2 การสร้างสายอากาศ half-wave dipole ง่ายๆ โดยแสดงถึงการประกอบสายอากาศแบบง่ายๆ การต่อปลายสายกับฉนวน และ การต่อสายส่งเข้ากับส่วนกลางของสายอากาศ
สายไฟที่ใช้กันตามบ้านและลวดแบบตีเกลียวจะยืดตัวออกเมื่อเวลาผ่านไป แต่ลวดเหล็กที่มีผิวนอกเป็นทองแดงจะไม่ยืดตัวนัก เราควรจะตัดสายอากาศ dipole ตามสูตรข้างต้น หรือ λ/2 โดยที่ตัดยาวออกมาหน่อยเผื่อไว้สำหรับปลายที่จะหุ้มฉนวนไว้ เราจะใช้สาย Coax หรือสายส่งแบบขนานในการต่อสายอากาศเข้ากับเครื่องส่ง หากมีการรองรับสายอากาศตรงกลาง ปลายทั้ง 2 ข้างจะลู่ห้อยส่งพื้น สายอากาศแบบนี้เรียกว่าสายอากาศ inverted-V หรือ V กลับหัว เป็นสายอากาศที่แพร่กระจายคลื่นแบบเกือบ Omin-directional และจะทำงานได้ดีที่สุดเมื่อมุมระหว่างสายเท่ากับหรือกว้างกว่า 90 องศา เราอาจรองรับสายอากาศ dipole ที่ปลายด้านใดด้านหนึ่ง ซึ่งรูปแบบนี้จะเรียกว่าสายอากาศ sloping diploe
รูปที่ 3 แสดงสายอากาศแบบ V กลับหัวและสายอากาศแบบ sloping dipole
สายอากาศแบบ dipole จะกระจายคลื่นได้ดีที่สุดในทิศ 90 องศาจากแนวเส้นลวดของสายอากาศ ตัวอย่างเช่น สมมติว่าสายอากาศ dipole ได้รับการติดตั้งโดยที่ปลายสายวิ่งอยู่ในแนวตะวันตก-ตะวันออก และสมมติว่าสายอากาศนั้นอยู่เหนือพื้นดินเพียงพอ (สูงเกิน λ/2) สายอากาศดังกล่าวจะส่งสัญญาณแรงที่แนวทิศเหนือใต้ และส่งสัญญาณไปในทิศพุ่งขึ้นอากาศและพุ่งลงพื้นได้แรงด้วย แน่นอนว่าสายอากาศ dipole จะส่งพลังงานในทิศตามแนวปลายของเส้นลวดได้เช่นกัน แต่สัญญาณดังกล่าวจะถูกลดทอน แม้ว่าเราจะสามารถติดต่อสถานีวิทยุที่อยู่ในแนวตะวันออกและตะวันตกด้วยสายอากาศดังกล่าว แต่สัญญาณที่สื่อสารกับสถานีที่อยู่แนวเหนือใต้จะแรงกว่า
สายอากาศแบบไดโพลพับที่มีแบนด์วิดธ์กว้าง (Broadband Folded Dipole)
เป็นสายอากาศไดโพลที่ใช้งานกับแบนด์วิดธ์กว้าง ที่มีอิมพีแดนซ์ประมาณ 300 โอห์ม ที่เราสามารถป้อนสัญญาณณจากสาย feed ขนาด 300 โอห์มได้โดยตรง ที่เราเรียกว่าเป็นบรอดแบนด์เพราะมันสามารถ match กับสาย feed ในช่วงความถี่ที่กว้าง เมื่อสายอากาศแบบ folded dipole ได้รับการติดตั้งเป็นรูปแบบ V กลับหัว (inverted V) ซึ่งจะทำงานแบบรอบทิศ Omni-directional มีสายอากาศแบบ broadband folded dipole หลายแบบที่ใช้ในเชิงพาณิชย์ โดยที่มี performance ที่ความถี่ HF ที่รับได้ แม้จะทำงานแบบไม่ต้องใช้ tuner
สายอากาศแนวตั้งแบบหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่น (Quarter-wavelength vertical antenna)
สายอากาศแบบนี้มีประสิทธิภาพดีและสร้างได้ง่าย โดยใช้ส่วนประกอบเดียว และทำการรองรับสายอากาศจุดเดียว สำหรับย่านความถี่ HF เรามักจะใช้สายอากาศแบบนี้กับการสื่อสารระยะไกล สายอากาศแบบแนวตั้งมักจะถูกเรียกว่าเป็นวายอากาศแบบไม่มีทิศทางหรือ omni-directional เพราะมันจะส่งสัญญานได้ดีในทุกทิศทางในแนวราบ โดยที่จะทำการรวบรวมพลังงานไว้ในแนวราบเพราะมีมุมในการกระจายคลื่นที่ต่ำ และโดยทั่วไปแล้วจะไม่กระจายสัญญาณด้วยความแรงในแนวตั้ง
รูปที่ 4 แสดงการสร้างสายอากาศแนวตั้ง สายอากาศแบบนี้จะมี radiator หรือส่วนที่กระจายคลื่นมีความยาว ¼ ของความยาวคลื่น เราจะใช้สูตรข้างล่างในการหาความยาวส่วนที่เป็น radiator โดยที่ความถี่มีหน่วยเป็น MHz และความยาวเป็นเมตร
L (m) = 71/f (MHz)
รูปที่ 4 สายอากาศแนวตั้ง quarter-wave แบบง่ายๆ
ตารางที่ 2 ความยาวโดยประมาณของสายอากาศ monopole แบบ λ/4 และรัศมีของส่วนที่เป็น ground (ground radial) สำหรับบริการแบบ fixed, mobile กับการใช้งานวิทยุสมัครเล่น
เพื่อความสัมฤทธิ์ผลในการใช้งาน สายอากาศแนวตั้งแบบ λ/4 ควรจะมีระบบ radial system ที่ช่วยลดการสูญเสียจาก Earth Loss และทำงานเป็น ground plane สำหรับการทำงานในความถี่สูงๆ สายอากาศแบบ vertical อาจอยู่บนพื้น และส่วนที่เป็น radial วางอยู่บนพื้น เราควรจะใช้อย่างน้อย 3 radial และยื่นออกไปเหมือนซี่ล้อเกวียน โดยที่มีสายอากาศแนวตั้งตั้งอยู่ตรงกลาง โดยที่ radial ควรจะมีความยาวอย่างน้อย λ/4 ที่ความถี่ใช้งานที่ต่ำที่สุด
สายอากาศแนวตั้งที่ใช้อยู่ในย่าน HF ส่วนใหญ่มักยาว λ/4 หรือสั้นกว่าโดยที่มีส่วนที่เป็น loading network ที่เหมาะสม สำหรับย่านความถี่ VHF และ UHF ความยาวคลื่นจะมีความยาวที่สั้นพอ เราจึงอาจใช้สายอากาศแนวดิ่งที่ยาวขึ้นได้ สายอากาศแบบ mobile antenna นิยมใช้ความยาว 5λ/8 หรือเรียกว่าสายอากาศแบบ 5/8 whip สายอากาศดังกล่าวเป็นที่นิยมใช้เพราะมันสามารถรวบรวม concentrate พลังงานของสัญญาณวิทยุไปยังแนวนอนได้มากกว่าสายอากาศแนวตั้งแบบ λ/4
สายอากาศแนวตั้งที่ใช้กันในเชิงพาณิชย์ต้องใช้สาย feed แบบ Coax โดยใช้หัวต่อ PL-259 เราสามารถใช้สาย Coax แบบ RG-8, RG-11 หรือ RG-58 ได้ ผู้ผลิตบางรายนำเสนอสายอากาศแนวตั้งแบบหลายย่านความถี่ โดยมี วงจรที่ทำการ tune หรือ trap เพื่อให้สายอากาศทำงานได้หลายความถี่ กาสร้าง ground plane ของสายอากาศที่ความถี่ HF ที่ติดตั้งบนต้นไม้ (ตามรูป) สาย RG-58 จะต่อเข้ากับจุด feed ของสายอากาศและต่อเข้ากับตัวฉนวน สาย radial wire จะถูกบัดกรีเข้ากับส่วนลวดถักของสาย coax ปลายด้านบนของส่วน radiator จะห้อยจากกิ่งไม้หรือจุดรับน้ำหนักอื่นที่เหมาะสม
รูปที่ 5 การสร้าง ground plane ของสายอากาศที่ติดตั้งบนต้นไม้
มิติต่างๆของสายอากาศแบบนี้จะเหมือนกับสายอากาศแบบแนวตั้ง λ/4 ความยาวของเส้นลวดทั้ง 3 อยู่ที่ λ/4 ทำให้เราจำกัดการใช้งานสายอากาศแบบนี้ ที่ความถี่ 7 MHz และสูงกว่า เพราะเราอาจหาจุดรองรับน้ำหนักที่สูงเกิน 10 หรือ 15 m ไม่ได้ง่ายนัก
สายอากาศสำหรับเครื่องรับส่งมือถือ
เครื่องรับส่งวิทยุมือถือที่ความถี่ VHF และ UHF มักใช้สายอากาศที่มีขนาดสั้นกว่าและมีความยืดหยุ่น มีราคาถูก น้ำหนักเบาและทนทาน แต่ก็มีข้อเสียคือ เป็นการออกแบบที่ไม่มีประสิทธิภาพนัก ทำงานสู้สายอากาศที่ใหญ่กว่าไม่ได้ สายอากาศ telescope แบบ λ/4 และ 5λ/8 ทำงานได้ดีกว่า และจัดเป็นอุปกรณ์เสริมได้ดี
สายอากาศแนวตั้งสำหรับความถี่ VHF และ UHF
สำหรับสถานีที่ทำงานแบบอยู่กับที่ สายอากาศแนวตั้งแบบ λ/4 เป็นทางเลือกที่ดีที่สุด รูปข้างล่างแสดงรุ่นที่ใช้กับความถี่145 MHz โดยจะใช้แผ่นอลูมิเนียมเรียบ โดยที่จะต่อเข้ากับ radial ด้วยสกรู radial แต่ละเส้นจะมีมุมงอ 45 องศา จะใช้หัวต่อ Chassis Connector SO-239 ต่อเข้ากับแผ่นอลูมิเนียมตรงกลาง โดยส่วนที่เป็นสายไฟของหัวต่อจะหันลงล่าง ส่วนแนวตั้งของสายอากาศจะทำจากสายทองแดงขนาด 10 mm ซึ่งจะบัดกรีเข้ากับเข็มตรงกลางของหัวต่อ SO-239
รูปที่ 6 สายอากาศ VHF หรือ UHF ที่มี ground plane และสาย radial ห้อยลงมา 4 เส้น L = 143/f (MHz)
สายอากาศแบบ Delta Loop
สายอากาศแบบ Delta Loop เป็นสายอากาศภาคสนามอีกตัวที่หน่วยงานบรรเทาสาธารณภัยนิยมใช้กัน ข้อดี 3 ประการของสายอากาศแบบนี้ คือ 1) ไม่จำเป็นต้องใช้ ground plane 2) full-wave loop มีเกนมากกว่าสายอากาศ dipole 3) สายอากาศแบบ closed loop นี้ มีคุณสมบัติที่จะให้อัตราส่วนของสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (signal-to-noise ratio) ในการใช้เป็นสายอากาศด้านรับที่ดีกว่าสายอากาศแบบแนวตั้งหรือแนวนอน การเลือกจุดป้อนสัญญาณจะทำให้เราเลือก polarization ได้ว่าจะเป็นแบบแนวตั้งหรือแนวนอน การแพร่กระจายคลื่นหลายมุมเป็นผลมาจากการเลือกจุดป้อนสัญญาณ ระบบค่อนข้างจะยืดหยุ่นและสามารถใช้งานในการสื่อสารทั้งระยะใกล้หรือไกล (ใช้มุมสูงหรือต่ำ) รูปข้างล่างแสดง configuration ต่างๆ ที่มีการใช้งาน แบนด์วิดธ์จะมีค่าใกล้เคียงสายอากาศ dipole เราควรใช้ ATU (antenna tuning unit) สำหรับการ matching ระบบเข้ากับเครื่องส่งในย่านความถี่ที่มีค่า SWR สูง ไม่มีกฎตายตัวในการกำหนดรูปร่างของ full-wave loop อาจจะสะดวกที่จะใช้สายอากาศแบบสามเหลี่ยมโดยมีจุดยอดที่หัว ทั้งนี้จะมีจุดรับน้ำหนักเพียงจุดเดียว นอกจากนี้ยังมีการใช้ loop แบบวงกลม สี่เหลี่ยมผืนผ้าและสี่เหลี่ยมจัตุรัสด้วยเช่นกัน
รูปที่ 7 แสดง configuration ต่างๆ ของสายอากาศแบบ full-wavelength delta loop โดยที่ความยาวทั้งหมดของสายอากาศจะอยู่ที่ประมาณ 286/f (MHz)
สายอากาศแบบมีทิศทาง
สายอากาศแบบมีทิศทางมีข้อดีเหนือสายอากาศแบบ Omni เช่น สายอากาศ dipole หรือสายอากาศแนวตั้ง อยู่ 2 ประการคือ ในการทำงานเป็นสายอากาศส่ง มันสามารถรวบรวมพลังงานและส่งไปในทิศทางเดียวได้ ในการทำงานเป็นสายอากาศรับ เราสามารถชี้ทิศไปยังทิศทางที่ต้องการหรือชี้หนีไปจากทิศทางของสัญญาณรบกวน
โดยทั่วไปแล้ว สำหรับความถี่ต่ำกว่า 10 MHz สายอากาศแบบนี้จะมีขนาดใหญ่และแพง สายอากาศแบบนี้จึงมักจะใช้ในย่านความถี่สูง เช่นระหว่าง 10 MHz ถึง 30 MHz สายอากาศแบบนี้มักใช้กันแพร่หลายในย่าน VHF และ UHF เนื่องจากมีขนาดค่อนข้างเล็ก สายอากาศแบบมีทิศทางที่เป็นที่นิยมที่สุดคือ สายอากาศ Yagi แต่เราก็ยังมีสายอากาศแบบอื่นๆ เหมือนกัน
สายอากาศ Yagi จะมีส่วนประกอบเป็นแท่งโลหะหลายๆแท่งต่ออยู่กับท่อน boom ตรงกลาง ดังแสดงในรูป ส่วนประกอบแต่ละตัวจะวางขนานซึ่งกันและกัน และเรียงเป็นแนวเส้นตามแนวของ boom มีปัจจัยหลายอย่างที่มีผลต่อเกนของสายอากาศ แต่ปัจจัยที่ดูจะมีผลมากที่สุดคือความยาวของ boom ที่ยาวขึ้นอัตราขยายก็จะมากขึ้นด้วย
สายส่งจะต่ออยู่กับส่วนประกอบเดียว เรียกว่าตัวขับหรือ driven element ในสายอากาศ Yagi ที่มี 3 องค์ประกอบตามรูป แท่งตรงกลางจะเป็นตัว driven ส่วนประกอบ (element) ที่อยู่ด้านหน้าของสายอากาศ (หันไปยังทิศทางที่ต้องการ) จะเป็นตัว director ส่วนประกอบที่อยู่หลังตัวขับจะเป็นตัวสะท้อนหรือ reflector ส่วนของตัว driven จะมีความยาว λ/2 ที่ความถี่ที่เราออกแบบ ส่วนของตัว director จะสั้นกว่า λ/2 เล็กน้อย และส่วน reflector จะยาวกว่าเล็กน้อย Yagi beam อาจมีส่วนประกอบมากกว่า 3 ตัว โดยทั่วไปแล้วจะมีจำนวน director มากขึ้น ทั้งตัว director และ reflector จะถือว่าเป็น parasitic element เราะเราไม่ได้ป้อนสัญญาณเข้า element เหล่านี้โดยตรง การสื่อสารในทิศอื่นๆ สามารทำได้โดยการหมุนสายอากาศไปยังทิศนั้นๆ ด้วยตัวหมุน rotator ในระนาบแนวนอน หรือ azimuth
รูปที่ 8 สายอากาศ Yagi แบบมีส่วนประกอบ 3 ตัว
สายอากาศแบบ Log-Periodic
สายอากาศ Log-Periodic เป็นทางเลือกหนึ่งของสายอากาศแบบมีทิศทางที่มีแบนด์วิดธ์สูงกว่า Yagi แต่มีเกนน้อยกว่า Log-Periodic เป็นกลุ่มหรือระบบของส่วนที่เป็น driven element ที่ออกแบบมาให้ทำงานที่ช่วงความถี่ที่กว้างหลายความถี่ ข้อดีคือสายอากาศแบบนี้จะให้ค่า characteristic หรือคุณสมบัติของสายอากาศที่ค่อนข้างคงที่บนย่านความถี่ที่กว้าง เช่นมีค่าความต้านทาน radiation resistance เดียวกัน (จึงได้ค่า SWR เดียวกัน) และมี pattern เหมือนกัน (มีค่าเกน และอัตราส่วน front-to-back หรือสัดส่วน pattern ส่วนหน้าต่อส่วนหลังที่เหมือนกัน)
ความปลอดภัยด้านไฟฟ้า
ในการทำงานด้านไฟฟ้า ควรมีผู้ปฏิบัติงานคนที่ 2 คอยดูแลด้านความปลอดภัยอยู่ เราไม่ควรใช้สวิตช์ไปที่สาย neutral ตราบใดที่ยังไม่มีการตัดการเชื่อมต่อของอุปกรณ์จากสายไฟที่ active
อุปกรณ์สื่อสารควรมีการต่อกราวด์ลงดินด้วยเส้นลวดต่างหากที่มีขนาดเหมาะสม เราไม่ควรสายตัวนำที่เป็นสาย neutral ของระบบไฟในการต่อกราวด์ เป็นการต่อตัวถังของอุปกรณ์ให้อยู่ที่ศักย์ไฟฟ้าระดับ earth ground เพื่อให้มีระดับพลังงาน RF ที่ตัวถังน้อยที่สุด ทั้งนี้ถือเป็นมาตรการความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงานในกรณีที่เกิดการลัดวงจรหรือการรั่วของไฟจากสาย power ไปที่ตัวถัง
แบตเตอรี่ไม่ควรอยู่ในที่ร้อนหรือที่ที่เกิดการสั่น เราควรดูแลความสะอาดของแบตเตอรี่และตรวจสอบรอยรั่วอย่างสม่ำเสมอ เราควรทำความสะอาดสารอิเล็กทรอไลต์ที่รั่วจากแบตเตอรี่ไปยังทุกพื้นผิว สารอิเล็กทรอไลต์จะทำเกิดปฏิกิริยาทางเคมีและมีความเป็นตัวนำไฟฟ้า ซึ่งอาจไปทำลายอุปกรณ์ไฟฟ้าได้ เราสามารถทำส่วนที่เป็นกรดให้เป็นกลางด้วนการใช้ด่างอ่อนๆ เช่น baking soda ส่วนที่เป็นด่าง เราจะแก้ให้เป็นกลางได้ด้วยกรดอ่อนๆ เช่น น้ำส้มสายชู เมื่อใช้ตัว neutralizer ที่ทำให้เป็นกลางนี้ ต้องล้างออกอย่างรวดเร็ว neutralizer ทั้งสองนี้ ห้ามรั่วเข้าแบตเตอรี่เด็ดขาด นอกจากนี้ แก๊สที่หลุดออกจากแบตเตอรี่จะติดไฟ เราจึงควรหลีกเลี่ยงประกายไฟหรือบุหรี่
เมื่อต้องใช้งานเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ความปลอดภัยถือเป็นสิ่งสำคัญมาก เนื่องจากน้ำมันเชื้อเพลิงอันตราย น้ำมันควรจะเก็บอยู่ในถังเก็บอย่างปลอดภัยห่างจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและแสงแดด เราควรจะปิดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและรอให้เย็นก่อนที่จะเติมเชื้อเพลิง น้ำมันและผ้าที่เปียกน้ำมันควรจะถูกทิ้งในสถานที่เหมาะสม ควรมีเครื่องดับเพลิงอยู่ใกล้ๆ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหลีกเลี่ยงไม่สูบบุหรี่ในบริเวณใกล้เคียง
เครื่องยนต์สันดาบภายในจะทำให้เกิดความร้อนยิ่งเครื่องยนต์ขนาดใหญ่ ความเร็วก็จะเพิ่มขึ้น ความร้อนก็จะเกิดมากขึ้นด้วย หากมีไอน้ำมันและความร้อนจากเครื่องยนต์ในพื้นที่ปิดแคบๆ อาจเกิดอันตรายได้ ไอเสียจากเชื้อเพลิงเป็นพิษ เราจึงควรติดพัดลมเพื่อดึงอากาศใหม่เข้ามาและพัดลมเพื่อผลักความร้อนออกไป
Main Power
เราควรใช้ไฟฟ้า main เป็นหลัก เพื่อประหยัดการใช้ไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไว้ใช้ในเป็น back-up แม้ไฟฟ้า main อาจไม่ reliable เราก็ควรใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่เก็บไว้ ไฟฟ้าจะเข้ามาในอาคารผ่านเส้นลวด 2 สาย เป็นกระแสสลับที่ระดับ 2/0 V และความถี่ 50 Hz โดยวงจรจะแบ่งเป็นส่วนย่อยๆ ซึ่งจะถูกปกป้องด้วย circuit breaker และฟิวส์ เราควรจะมี GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter) ต่อเข้ากับระบบเพื่อความปลอดภัย
หม้อแปลงไฟฟ้า
การเลือกหม้อแปลงไฟฟ้าจะต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น VA (Voltage-Ampere) rating ของอินพุตและเอาต์พุต, อุณหภูมิแวดล้อม, duty cycle และการออกแบบ
ในอุปกรณ์แบบกระแสสลับ มักจะใช้คำว่า Voltage-Ampere มากกว่าคำว่า Watt ทั้งนี้เพราะองค์ประกอบที่เป็นกระแสสลับจะเกี่ยวข้องกับ reactive power มากกว่า power ที่แท้จริง ตัวเลข VA ของหม้อแปลง ไม่ได้ขึ้นกับเพียงความต้องการด้าน dc load แต่ขึ้นกับชนิดของ dc output filter ว่าจะเป็นแบบ capacitor หรือ choke input และชนิดของ rectifier ที่ใช้ (ว่าเป็นชนิดแบบ full-wave ที่ tap ตรงกลาง หรือ full-wave bridge) ในกรณีที่ใช้ capacitive input จะเกิดความร้อนที่ส่วนทุติยภูมิสูงกว่าเพราะมีอัตราส่วน peak-to-average ratio ของกระแสที่สูงกว่า
ค่า VA ที่หม้อแปลงต้องจัดการอาจมากกว่าค่า power ที่จ่ายไปที่ load หลายเท่า ค่า VA ที่ส่วนปฐมภูมิจะค่อนข้างสูงกว่าทั้งนี้เนื่องจากการสูญเสียที่ตัวหม้อแปลง ทำให้หม้อแปลงจะทำงานโดยผลิตสนามไฟฟ้าใส่วนของ core และขดลวด ความเข้มของสนามจะแปรเปลี่ยนโดยตรงระดับแรงดันที่ป้อนให้กับขดลวดด้านปฐมภูมิ การแปรผันดังกล่าว เมื่อมีการ coupling ไปสู่ขดลวดทุติยภูมิจะผลิตระดับแรงดันที่เอาต์พุต ในมุมมองของ source แล้วหม้อแปลงจะปรากฏเหมือนขดลวด inductance ที่ต่อขนานกับ load เสมือน ด้านปฐมภูมิจะเหมือนเป็น short circuit หากมีการป้อนไฟ dc ค่า unloaded inductance ของด้านปฐมภูมิต้องมีค่าสูงพอเพื่อจะไม่ให้ดึงกระแสอินพุตมากเกินไปที่ความถี่ line frequency (50 หรือ 60 Hz) ซึ่งจะทำได้โดยการพันจำนวนรอบของขดลวดด้านปฐมภูมิที่มากพอและอาศัยวัสดุแม่เหล็กที่เป็นส่วน core ที่เพียงพอ เพื่อไม่ให้ส่วน core เกิดการอิ่มตัว
เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดความร้อนสูงเราไม่ควรใช้หม้อแปลงและอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าที่ออกแบบมาสำหรับความถี่ 60 Hz กับไฟฟ้าระบบ 50 Hz หากไม่ได้ออกแบบมาเฉพาะสำหรับใช้กับความถี่ต่ำ
แบตเตอรี่และการชาร์จ
พัฒนาการของอุปกรณ์ solid-state ทำให้เราสามารถใช้ไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ได้แบพกพาภายใต้ภาวะฉุกเฉิน ตัวอย่างเช่น เครื่องรับส่งวิทยุพกพาที่ใช้ battery power อย่างในการใช้เป็น power ยามฉุกเฉินของเครื่องรับส่ง HF
อุปกรณ์ที่ power ต่ำสามารถใช้ power จากแบตเตอรี่ได้ 2 ชนิด คือ primary battery แบบที่ใช้ครั้งเดียวคือใช้แล้วทิ้ง และ secondary battery หรือ storage battery ที่สามารถชาร์จใหม่ได้หลายครั้ง
โดยทั่วไป มักจะต่อแบตเตอรี่แบบอนุกรมเพื่อให้ได้ระดับแรงดันที่ต้องการ เช่นอาจจะต่อ cell แบบ carbon-zinc ขนาด 1.5 V 4 ก้อน เพื่อให้ได้ 6 V หรือ cell แบบ lead-acid 2 V 6 ก้อน เพื่อให้ได้ 12 V
ความจุของแบตเตอรี่
การระบุ rating ของแบตเตอรี่บอกเป็น Ah (Ampere-hour) ซึ่งเป็นผลคูณของกระแสที่ discharge ออกมาและเวลา เรานิยมใช้สัญลักษณ์ C เช่น C/10 หมายถึงจ่ายกระแสต่อเนื่องเป็นเวลา 10 ชั่วโมง ค่า C จะเปลี่ยนแปลงตามอัตราการ discharge เช่น อาจมีค่า 110 ที่ 2 A แต่มีค่าเพียง 80 ที่ 20 A ความจุอาจจะมีตั้งแต่ 35 mAh สำหรับแบตเตอรี่เครื่องช่วยฟังไปจนถึง 100 Ah สำหรับ storage battery เบอร์ 28 ที่สามารถชาร์จแบบ deep cycle
Cell แบบ primary จะได้ประโยขน์จากการใช้งานแบบไม่ต่อเนื่อง ช่วงพักจะช่วยให้ปฏิกิริยาทางเคมีที่ใช้กำจัดผลที่เกิดจากการคายประจุมีความสมบูรณ์ ระดับเอาต์พุตของแบตเตอรี่จะกลงเมื่อมีการคายประจุ สถานะหลังการคายประจุของแบตเตอรี่ lead-acid 12 V ไม่ควรต่ำกว่า 10.5 V เราควรอ่านระดับน้ำอย่าสม่ำเสมอ การอ่านระดับน้ำจาก hydrometer ของสถานะการประจุอยู่ที่ 1.265 และสถานะคายประจุที่ 1.1 เหมาะกับการคายประจุด้วยอัตราที่ต่ำ การใช้งาน load ที่หนักมาก อาจคายประจุแบตเตอรี่ด้วยโดยมีระดับน้ำลดต่ำลงเล็กน้อย
แบตเตอรี่ในสถานะเย็นจะมีประจุให้ใช้น้อยกว่า เราจึงควรทำให้แบตเตอรี่อุ่นก่อนใช้งาน ในสภาพที่เย็นจัด แบตเตอรี่อาจเสียความจุได้ถึง 70% และจะกับมาเมื่ออุ่นขึ้น แบตเตอรี่ทั่วไปมีแนวโน้มที่จะแข็งตัวจากความเย็นได้ แต่แบตเตอรี่ที่ชาร์จประจุเต็มจะทนต่อการแข็งตัวมากกว่า แบตเตอรี่แบบ lead-acid ที่ประจุเต็มจะทำงานได้อย่างปลอดภัยถึงระดับอุณหภูมิ -26 องศา เราอาจทำแบตเตอรี่แบบ storage ให้อุ่นได้จากการประจุหรือคายประจุ ไม่ควรใช้เปลวไฟในการอุ่นแบตเตอรี่ชนิดใดๆ
ขีดจำกัดในทางปฏิบัติของการคายประจุเกิดขึ้นเมื่อ load เริ่มทำงานได้ไม่เป็นที่พอใจที่ระดับเอาต์พุตแรงดันที่ต่ำใกล้จุด “discharged” อุปกรณ์แบบพกพาส่วนใหญ่มักจะถูกออกแบบมาเพื่อใช้งานที่ระดับแรงดันเฉลี่ย 13.6 V หรือค่า peak ที่ประมาณ 15 V แต่จะทำงานไม่ดีที่ระดับต่ำกว่า 12 V สำหรับการใช้งานที่เต็มที่ของประจุในแบตเตอรี่ อุปกรณ์ต้องทำงานได้ดีแม่ในระดับแรงดันที่ต่ำถึง 10.5 V สำหรับแบตเตอรี่ที่มี rating 12-13.6 V สภาพการทำงานจะเป็นลักษณะเดียวกัน สำหรับแบตเตอรี่แบบ Carbon-Zinc Cell หรือ Ni-Cd storage cell
Primary Battery
Primary Battery ที่ใช้กันแพร่หลายที่สุดคือ Alkaline cell ซึ่งจะเกิดการ Oxidation ทางเคมีระหว่างการคายประจุ เมื่อไม่มีกระแส กระบวนการ oxidation ก็จะหยุดจนกว่ามีการใช้กระแส อย่างไรก็ดี จะมีปฏิกิริยาทางเคมีเกิดขึ้นต่อเนื่อง แบตเตอรี่แบบ storage จึงจะ degrade ไปเรื่อยๆ จนไม่สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าในระดับที่ต้องการได้ แบตเตอรี่แบบ alkaline จะมีระดับ nominal voltage ที่ 1.5 V Cell ขนาดใหญ่จะมีค่า MilliAmpere-hour ที่สูง และจะมีการตกลงของระดับแรงดันที่น้อยกว่า cell ขนาดเล็ก โดยปกติ แบตเตอรี่ที่ใช้งานหนักในภาคอุตสาหกรรมจะมีอายุ shelf-life ที่นาน
Primary Battery แบบ Lithium มีระดับ nominal Voltage ที่ 3V ต่อ Cell และมีความจุ รวมถึงคุณสมบัติด้านการคายประจุ อายุใช้งาน และอุณหภูมิ ที่ดีที่สุด ข้อเสียคือราคาแพงและไม่สามารถใช้แบตเตอรี่อื่นแทนได้ในเวลาฉุกเฉิน
Lithium-Thionyl-Chloride battery เป็น Cell แบบ primary จึงไม่ควรนำไปประจุใหม่ กระบวนการประจุจะปล่อยก๊าซไฮโดรเจน ซึ่งอาจเกิดการระเบิดเสียหายได้ แม้การประจุนั้นเป็นไปโดยไม่ตั้งใจ เช่น การลัดวงจร หรือการเดินสายผิด เป็นต้น แบตเตอรี่แบบ Silver-Oxide (1.5 V) และ mercury (1.4 V) มักจะใช้กรณีที่เราต้องการระดับแรงดันค่อนข้างคงที่ โดยมีกระแสไฟฟ้าต่ำ เป็นระยะเวลานาน มีการใช้งานหลักในอุปกรณ์ขนาดเล็ก
เราไม่ควรนำแบตเตอรี่แบบ primary ไปอัดประจุใหม่ด้วยเหตุผล 2 ประการ กล่าวคือ อาจเกิดอันตรายจากความร้อนที่เกิดใน cell แม้การอัดประจุอาจจะสำเร็จ แต่ประจุและอายุใช้งานจะค่อนข้างจำกัด แบตเตอรี่แบบ alkaline บางชนิดอาจสามารถนำไปอัดประจุใหม่ได้ และจะมีการแสดงเครื่องหมายกำกับไว้
Secondary Battery
แบตเตอรี่แบบชาร์จใหม่ได้ขนาดเล็กที่ใช้แพร่หลายที่สุด คือ NiCd โดยมีระดับ Nominal Voltage ขนาด 1.2V ต่อ cell หากใช้งานด้วยความระมัดระวัง จะสามารถมีรอบการประจุและคายประจุได้ถึง 500 รอบ เพื่อยืดอายุการใช้งาน แบตเตอรี่แบบ NiCd ไม่ควรคายประจุจนหมด หากในแบตเตอรี่ประกอบด้วยมากกว่า 1 cell เซลล์ที่คายประจุมากที่สุดจะเกิดปัญหาการกลับขั้ว ส่งผลให้เกิดการลัดวงจรหรือเปลือกที่ seal แตกได้ แบตเตอรี่แบบ storage ทุกตัวมีขีดจำกัดการคายประจุ และแบตเตอรี่แบบ NiCd ไม่ควรคายประจุจนกระทั่งน้อยกว่า 1 V/Cell Cell แบบ NiCd จะไม่จำกัดอยู่เฉพาะ Cell ขนาดเล็กหรือ size D สามารถใช้กับแบตเตอรี่ขนาดยักษ์ 1000 Ah แบบที่มีหูหิ้วด้านข้าง และเติมน้ำด้านบน คล้ายกับชนิด lead-acid และใช้กันแพร่หลายใน UPS
สำหรับการใช้งานความจุสูง แบตเตอรี่แบบชาร์จใหม่ได้ที่ใช้กันแพร่หลายที่สุดคือชนิด lead-acid ในการใช้งานในรถยนต์ แบตเตอรี่จะคายประจุบางส่วนด้วยอัตราที่สูง และถูกประจุกลับเข้าไปใหม่โดยเร็วในขณะที่มีการใช้ load แบตเตอรี่ชนิดที่เหมาะที่จะใช้ในงานอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ power สูง คือแบตเตอรี่แบบ deep-cycle แบตเตอรี่แบบนี้จะทำงานที่ระหว่าง 1000-2000 Wh ต่อการประจุแต่ละครั้งที่อุณหภูมิห้อง หากใช้งานอย่างเหมาะสม จะสามารถมีจำนวนรอบการประจุได้ถึง 200 ครั้ง แบตเตอรี่แบบ lead-acid มีแบบที่มีสารอิเล็กทรอไลต์เป็น gel ด้วย เรียกว่า gel cell แบตเตอรี่แบบ lead-acid ที่ใช้ในรถยนต์ถูกออกแบบมาใช้ในงานประเภทที่ต้องจ่ายกระแสปริมาณมากในระยะเวลาที่สั้น ในระหว่างการคายประจุ ระดับเอาต์พุตแรงดันก็จะไม่คงที่ และไม่ควรคายประจุจนหมด แบตเตอรี่แบบนี้จะไม่ทนต่อการ deep discharge ได้หลายๆครั้ง เพราะจะทำให้แบตเตอรี่พังได้
แบตเตอรี่แบบ deep-discharge lead-acid เหมาะกับงานจ่ายไฟในยามฉุกเฉิน โดยจะคายประจุซ้ำๆได้โดยที่แบตเตอรี่ไม่เสีย อีกทั้งระดับเอาต์พุตแรงดันก็จะค่อนข้างคงที่ตลอดรอบการคายประจุ แบตเตอรี่แบบนี้เป็นอะไหล่ของรถยนต์หรือเรือยนต์ โดยไม่ได้แพงกว่าแบตเตอรี่รถยนต์ธรรมดาเท่าใดนัก ทั้งยังสามารถจ่ายกระแสระดับปานกลางได้เป็นเวลานาน
แบตเตอรี่แบบ NiMH (nickel metal hydride) จะคล้ายกับ NiCd แต่จะใช้ขั้วอิเล็กโตรดที่เป็นโลหะ alloy เป็นรูพรุนแทนอิเล็กโตรดแบบแคดเมียมที่จะทำหน้าที่จับไฮโดรเจน จึงมีชื่อว่า metal hydride คุณสมบัติพื้นฐานของเซลล์เหล่านี้จะคล้ายกับ NiCd ตัวอย่างเช่น ระดับแรงดันเกือบจะคงที่และสามารถประจุอย่างช้าๆ ด้วย current source ที่มีกระแสคงที่ และสามารถใช้งานแบบ deep cycle ได้อย่างปลอดภัย ข้อแตกต่างที่สำคัญคือ เซลล์ NiMH มีความจุที่สูงกว่าเซลล์ NiCd ขนาดเดียวกันเกือบ 2 เท่า เซลล์ NiMH ขนาด AA มีความจุระหว่าง 1000-1300 mAh เมื่อเปรียบเทียบกับกรณีของ 600-830 mAh ข้อดีอีกประการของเซลล์แบบนี้คือไม่มีปัญหา memory effect เซลล์แบบ NiMH ไม่มีสารพิษประเภทโลหะหนักเมื่อเทียบกับ NiCd หรือแบตเตอรี่แบบ lead-acid
เซลล์แบบ Lithium Ion เป็นอีกทางเลือกหนึ่ง ในการเก็บพลังงานปริมาณเท่าๆ กัน เซลล์แบบนี้จะมีน้ำหนักเพียง 1 ใน 3 และมีปริมาตรเพียงครึ่งหนึ่งของ NiCd และมีอัตราการคายประจุด้วยตัวเองที่ต่ำกว่า โดยปกติแล้ว ที่อุณหภูมิห้อง เซลล์แบบ NiCd จะสูญเสียประจุที่อัตรา 0.5-2% ต่อวัน ส่วน Li-Ion จะสูญเสียน้อยกว่า 0.5% ต่อวัน และอัตรานี้ก็จะลดลงเมื่อเซลล์สูญเสียประจไปแล้ว 10% ยิ่งอุณหภูมิสูง ข้อแตกต่างจะชัดเจนขึ้น เซลล์แบบ Li-Ion จึงเหมาะกับงานประเภท standbyที่ไม่มีการประจุใหม่บ่อยนัก ข้อแตกต่างหลักๆของ NiCd และ Li-Ion อยู่ที่แรงดันของเซลล์ ค่า nominal voltage ของ NiCd cell คือ 1.2 V ในขณะที่ Li-Ion จะอยู่ที่ 3.6 V โดยจะมีค่าแรงดันสูงสุดจากการประจุที่ 4V เราไม่สามารถใช้ NiCd Cell แทน Li-Ion ได้ และเราไม่ควรใช้ charger ของแบตเตอรี่ NiCd กับแบตเตอรี่แบบ Li-Ion และกลับกัน
Inverter
Inverter ถือเป็นแหล่งกำเนิดไฟกระแสสลับอีกตัวหนึ่ง อย่างไรก็ดี เอาต์พุตของ inverter บางครั้งเป็นคลื่นแบบ square wave เราจึงใช้ inverter กับอุปกรณ์บางตัวไม่ได้ เช่น มอเตอร์บางชนิดที่ต้องการกระแสไฟที่เป็นคลื่น sine wave นอกจากนี้แล้ว Inverter ยังมีคุณสมบัติบางประการที่ไม่เหมาะกับการใช้งานภาคสนาม เช่น ข้อจำกัดด้านการใช้งานที่ต้องการกำลังสูง Inverter รุ่นที่จ่ายไฟกำลังสูงได้จะมีราคาแพง
รูปที่ 9 แสดงเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
เครื่องกำเนิดไฟฟ้า
สำหรับการใช้งานด้านฉุกเฉินในระยะยาว เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจัดเป็นสิ่งจำเป็น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะจ่ายไฟตราบใดที่มีน้ำมันเชื้อเพลิง ในช่วงที่ปิดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เราจะใช้ไฟจากแบตเตอรี่จนกว่าจะเริ่มใช้งานเครื่องกำเนิดไฟฟ้าใหม่ เราควรตรวจสอบระบบหล่อลื่นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอย่างสม่ำเสมอ หากน้ำมันหมดเครื่องยนต์จะหยุดและติดขัด ทำให้สถานีหยุดทำงานและต้องซ่อมแซม เราไม่ควรใช้งานเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในอาคารเพราะเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำให้เกิดก๊าซ carbomonoxide ซึ่งควรระบายออกในที่โล่ง
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีขนาด 3-5 kW เหมาะกับการใช้งานกับอุปกรณ์วิทยุและอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ โดยทั่วไปจะมีเอาต์พุตทั้งแบบ 120/240 V AC และ 12 V DC เครื่องกำเนิดไฟฟ้าบางตัวจะมีระบุเป็น power rating แบบใช้งานต่อเนื่อง และแบบใช้งานไม่ต่อเนื่อง (intermittent) ถ้าความต้องการของสถานีมีมากกว่าปริมาณ power ที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจ่ายได้ จากการที่เครื่องส่งจะดึง power ในขณะที่ทำการส่ง และเครื่องส่งก็ไม่ได้ส่งสัญญาณตลอดเวลา เราควรจะดูให้แน่ใจว่าปริมาณการใช้ power ของสถานีไม่เกินค่า power rating แบบไม่ต่อเนื่องของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
เราควรตรวจสอบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสม่ำเสมอ และน้ำมันควรจะใหม่ ควรตรวจสอบหัวเทียน อะไหล่ และตัวทำความสะอาดอากาศที่ต้องคอยดูแลความสะอาดเสมอ หากมีน้ำมันรั่วซึม เราควรหยุดเครื่องและแก้ไขทันที ควรทำการตรวจสอบ muffler และทดสอบระดับเอาต์พุตแรงดันให้เหมาะสม และทางที่ดีควรจะมีส่วนป้องกัน over-voltage ไม่ให้ไปทำลายอุปกรณ์เราได้
ท้ายที่สุด เราต้องตรวจสอบสัญญาณรบกวนวิทยุที่เกิดจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยปกติเครื่องกำเนิดไฟฟ้าบางตัวอาจไม่ได้แก้ไขปัญหาสัญญาณรบกวนจากการจุดระเบิดอย่างหมดสิ้น หากมีปัญหาเราอาจเลือกใช้หัวเทียนประเภทตัวต้านทาน การต่อสาย earth ground กับแท่ง ground rod จะช่วยลดปัญหาสัญญาณรบกวนได้
ข้อพิจารณาในการติดตั้ง
เครื่องยนต์สันดาปภายในมักก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนต่ออุปกรณ์สื่อสารที่มีการใช้งานอยู่ใกล้เคียง เครื่องยนต์ที่วิ่งที่ 3600 รอบต่อนาที แม้จะมี muffler ที่มีประสิทธิภาพก็ก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนและการสั่นได้ การสั่นของเครื่องยนต์จะเกิดผ่านฐานของเครื่องยนต์หรือกำแพงของอาคาร ก้อนอิฐหรือบล็อคคอนกรีตจะช่วยลดระดับของสัญญาณรบกวน แต่หากโครงหรือห้องที่ติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นโลหะ จะลดสัญญาณรบกวนไม่ค่อยได้ แผงโลหะอาจสั่นเป็นจังหวะตามแหล่งกำเนิดเสียง เราอาจใช้ไม้บุข้างๆ กรอบโลหะช่วยกำจัดสัญญาณณรบกวน หรือใช้วัสดุเก็บเสียงบุที่ห้องเก็บเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เราควรจะรักษาระยะห่างระหว่างพื้นที่ทำงานกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยที่ความเข้มของเสียงจะแปรผกผันเป็นกำลังสองของระยะทาง
เราควรพิจารณาถึงอัตราการใช้น้ำมันเชื้อเพลิงด้วย ทั้งในแง่มุมของการติดตั้งและความปลอดภัย โดยปกติ เครื่องขนาด 2.5-5 kW จะใช้น้ำมันเชื้อเพลิงด้วยอัตรา 2-4 ลิตร เราควรจะมีแผนรองรับให้เครื่องใช้งานได้นานอย่างน้อย 48 ชั่วโมง เราควรเก็บน้ำมันในที่ที่ปลอดภัย แยกส่วนจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าบางรุ่นอาจใช้ได้กับทั้งน้ำมันและแก๊สโพรเพนหรือก๊าซธรมชาติ โดยเราต้องใช้ระบบคาร์บูเรเตอร์พิเศษในกรณีที่ใช้ก๊าซ
การดูแลรักษาเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
การดูแลรักษาที่ดีช่วยยืดอายุใช้งานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เราปฏิบัติตามคู่มืออย่างเคร่งครัด น้ำมันที่ใช้จะต้องสะอาดและใหม่ หลายๆ ครั้งปัญหาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเกิดจากน้ำมัน เช่นมีเศษคราบสกปรกหรือน้ำในน้ำมัน น้ำมันที่เก่าเก็บจะจะมีคุณสมบัติเปลี่ยนไปจากการระเหยของส่วนประกอบบางตัว อาจทำให้คาร์บูเรเตอร์ติดขัดได้ หากเราต้องเก็บเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไว้เป็นเวลานาน เราก็ควรจะเปิดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจนน้ำมันหมด หัวเทียนเป็นต้นเหตุของปัญหาการจุดระเบิดที่เกิดขึ้นบ่อย เราควรจะมีอะไหล่เตรียมไว้พร้อม
กราวด์ดินของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจำเป็นต้องมีกราวด์ที่เหมาะสมเพื่อความปลอดภัยและเพื่อให้มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์ต่างๆ ที่ใช้ไฟจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานได้ดี เครื่องกำเนิดไฟฟ้าส่วนใหญ่จะมีหัวปลั๊กแบบ 3 สาย เครื่องบ้างตัวต้องทำการต่อโครงเข้ากับกราวด์ด้วย เราควรฝังท่อหรือแท่งโลหะในพื้นดินใกล้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและต่อเข้ากับ clamp
พลังงานแสงอาทิตย์
โซลาร์เซลล์จัดเป็นส่วนประกอบ semiconductor ที่ง่าย ในอันที่จริง โซลาร์เซลล์ก็คือ กลุ่มของ semiconductor diode ในพื้นที่ที่กว้าง เมื่อโฟตอนที่อยู่ลำแสงได้พุ่งเข้าชนชั้น barrier ของสารกึ่งตัวนำ คู่ของ hole และอิเล็กตรอนที่รอยต่อ PN จะถูกปลดปล่อยเป็นอิสระ ทำให้เกิดการ forward bias ของรอยต่อในลักษณะที่คล้ายๆ กับ phototransistor รอยต่อที่ถูก forward-bias นี่จะส่งกระแสไปที่โหลด เนื่องจากพื้นที่รับแสงของโซลาร์เซลล์ค่อนข้างกว้าง กระแส forward จะมีปริมาณมาก กระแสเอาต์พุตของ photo cell จะเป็นสัดส่วนตรงกับอัตราการชน (bombard) ของโฟตอนซึ่งเป็นสัดส่วนกับพื้นที่รับแสงของโซลาร์เซลล์
ชนิดของโซลาร์เซลล์
เดิมทีโซลาร์เซลล์สร้างขึ้นจากการตัดชิ้นส่วน slide ของแท่ง silicon-crystal แล้วไปผ่านขบวนการ doping และ metallization โซลาร์เซลล์แบบนี้เรียกว่า monocrystalline cell เพราะแต่ละหน่วยจะประกอบด้วยแผ่น crystal plate แผ่นเดียว รูปร่างของเซลล์แบบนี้จะเหมือนแท่ง silicon ที่มันตัดออกมาเป็นรูปกลมๆ แผ่น slice ของวัสดุนี้ที่มีพื้นที่ 50 mm จะสามารถผลิตเป็น photocell ได้ cell หนึ่ง slice ขนาดนี้สามารถใช้ผลิตทรานซิสเตอร์ได้เป็นจำนวนพันๆ
เราจะมีการป้องกันไฟไหลกลับโดยใช้ไดโอดต่ออนุกรมเข้ากับสายที่แรงดันเป็นบวก เมื่อฟ้ามืดลง ระดับแรงดันเอาต์พุตจะตกลง ไดโอดจะกันไม่ให้แผง panel ดึงกระแสกลับจากแบตเตอรี่ โดยทั่วไป แผง solar panel จะจ่ายไฟได้ 15 – 18 V ที่ 600-1500 mA ยามที่มีแสงอาทิตย์เต็มที่ ซึ่งไฟปริมาณนี้จะไม่ทำลายแบตเตอรี่ความจุสูง เช่น แบบที่เป็น deep-cycle unit สิ่งที่เราต้องทำคือ ต่อแบตเตอรี่และวางแผง solar panel กลางแดด จากนั้นปล่อยให้มันชาร์จแบตเตอรี่จะช่วยรักษาระดับแรงดันสูงสุดจากแผง panel
หากคุณจะใช้แผง solar panel ในการประจุใหม่ให้กับแบตเตอรี่ขนาดเล็ก เช่น แบตเตอรี่ NiCd หรือแบตเตอรี่แบบ gelled-electrolyte lead-acid คุณจะต้องระวังในรายละเอียดเป็นพิเศษ แบตเตอรี่เหล่านี้อาจเสียหายได้หากได้รับการประจุที่เร็วเกินไป จึ่งต้องใช้การประจุที่มีการรักษาระดับแรงดัน (regulated charge)
ตัวแปลง dc-ac หรือ inverter จะแปลงไฟ 12 V ไปเป็นเอาต์พุต ac แบบ square wave ที่มีความถี่ประมาณ 60 Hz อย่างไรก็ดี Inverter ส่วนใหญ่จะจำกัดอยู่ที่ 100-400 W นอกจากนี้อุปกรณ์บางอย่างโดยเฉพาะมอเตอร์จะไม่สามารถใช้ไฟจาก square wave ได้ inverter สามารถจ่ายไฟให้กับหลอดไฟจำนวนหนึ่งหรือหัวแร้งบัดกรี โดยเราสามารถใช้เป็นส่วนเพิ่มเติมจากสถานีที่ทำงานด้วยแบตเตอรี่ inverter รุ่นใหม่ๆจะใช้ switching technology และมีน้ำหนักเบา
สำหรับเซลล์แบบ polycrystalline โดยทั่วไปจะผลิตมาเป็นรูปบล็อคสี่เหลี่ยมโดยมีการเรียงตัวของ silicon crystal ที่เป็นแบบสุ่ม โดยที่จะมีการตัด cell plate จากส่วนนี้ เราจะบอกได้ว่าโซลาร์เซลล์เป็นเซลล์ประเภทนี้ จากรูปร่าง, pattern ที่ random และผิวที่มีสีต่างๆ เซล์ Polycrystalline จะมีต้นทุนในการผลิตที่ถูกกว่า monocrystalline นอกจากนี้ยังมีแผง panel แบบ amorphous ซึ่งไม่มีรูปร่างที่แน่นอน แผงแบบนี้มาในหลายรูปแบบ เช่น ติดอยู่บนแผ่นกระจกบาง ใส่กรอบ หรือติดอยู่บนแผ่น substrate ที่มีความยืดหยุ่น เช่นเหล็ก
รูปที่ 10 แสดงโซลาร์เซลล์แบบ Monocrystalline, Polycrystalline และแบบแผ่นบาง
;
รูปที่ 11 แสดง Solar Panel
ข้อกำหนดทางเทคนิคของโซลาร์เซลล์
เซลล์แต่ละเซลล์จะมีลักษณะเป็น open-circuit ซึ่งเปิดรับแสงแดดโดยมีระดับแรงดัน 0.6-0.8 V ระดับเอาต์พุตแรงดันจะตกลงเมื่อมีการดึงกระแสจากโซลาร์เซลล์ ลักษณะเช่นนี้เรียกว่า load curve ของเซลล์ ระดับแรงดันที่เป็น open-circuit อยู่ที่ประมาณ 0.7 และเอาต์พุตแรงดัน ณ load ที่เหมาะที่สุด (optimum) โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 0.45 กระแสเอาต์พุตจะสูงสุดเมื่อ output terminal มีการ short กระแสสูงสุดจะเรียกว่า short-circuit current และขึ้นกับชนิดและขนาดของเซลล์ เนื่องจากกระแสเอาต์พุตของเซลล์จะค่อนข้างคงที่ภายใต้สภาวะ load ต่างๆ เราจึงอาจพิจารณาได้เป็นแหล่งกำเนิดกระแสแบบ constant-current source
เราอาจติดโซลาร์เซลล์กันเป็นอนุกรมในลักษณะเดียวกับแบตเตอรี่ เพื่อเพิ่มระดับแรงดันและ/หรือแบบขนานเพื่อเพิ่มกระแสเอาต์พุต ผู้ผลิตหลายรายผลิตชุด array หรือแผง panel ที่ประกอบด้วยเซลล์จำนวนหนึ่งต่อกันแบบอนุกรม-ขนาน เพื่อใช้งาน เช่น การชาร์จแบตเตอรี่
การพัฒนาเทคนิคในการสร้างเซลล์แบบไม่มีรูปร่างที่แน่นอน (amorphous) โดยที่เราจะผลิตเซลล์ต่างๆ เป็นแบบอนุกรมโดยทำการตัดชั้นโลหะซึ่งได้ผ่านการวางตัวผ่านไอ (vapour deposit) บน amorphous silicon การตัดจะทำด้วยเลเซอร์ ความกว้างของเซลล์ในแผงดังกล่าวอาจยาวถึงหลายฟุต และความสามารถด้านกระแสเอาต์พุตของแผงที่มีต้นทุนค่อนข้างต่ำนี้จัดว่ายอดเยี่ยม ประสิทธิภาพของโซลาร์เซลล์มีค่าต่างๆ monocrystalline cell จะมีประสิทธิภาพถึง 15% ส่วนเซลล์แบบ Polycrystalline มีประสิทธิภาพ 10-12% เซลล์แบบ amorphous อยู่ที่ 6.5-10% ขึ้นอยู่กับขบวนการผลิต
ค่า output power ของ solar array หรือแผงโซลาร์จะกำหนดเป็นวัตต์ โดยทั่วไปแล้ว ค่าวัตต์จะถูกวัดเมื่ออยู่กลางแดดเต็มที่ ที่ระดับศักย์ไฟฟ้า 7V สำหรับระบบแบบ 6-V และ 14 V สำหรับระบบแบบ 12-V เป็นต้น เราสามารถคำนวณค่ากระแสสูงสุดจากแผงโซลาร์โดยการหารค่า output power ด้วยค่าแรงดันของแผง
การเก็บพลังงานแสงอาทิตย์
จากการที่ดวงอาทิตย์ไม่ได้ส่องแสงตลอด 24 ชั่วโมงในหลายๆ ที่ เราจึงต้องอาศัยวิธีการในการกักเก็บพลังงาน โดยทั่วไปเรามักใช้แบตเตอรี่ ความจุของแบตเตอรี่มักจะอยู่ในรูปแบบของ Ah (ampere-hours) หรือ mAh (milliampere-hours) ค่า rating นี้เป็นผลคูณของกระแสที่เกิดระหว่างการคายประจุและเวลาระหว่างที่คาบประจุเป็นชั่วโมง ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่แบบ NiCd ที่มีการประจุเต็มที่ 500-mAh จะสามารถจ่ายกระแสที่ 100 mA ด้วยเวลา 5 ชั่วโมง หรือ 200 mA ด้วยเวลา 2.5 ชั่วโมงก่อนที่จะทำการประจุใหม่ เรานิยมใช้แบตเตอรี่แบบที่ประจุไฟใหม่ได้ 3 ประเภท ได้แก่ แบตเตอรี่แบบ NiCd, Gelled-electrolyte lead-acid และแบบ lead-acid
แบตเตอรี่แบบ NiCd นิยมใช้ในการใช้งานแบบที่ใช้พลังงานต่ำ เช่น เครื่องรับส่งมือถือ สแกนเนอร์ เป็นต้น การพัฒนาด้าน consumer electronic ทำให้แบตเตอรีแบบนี้มีอยู่แพร่หลาย ข้อดีหลักๆคือ มีการ seal อย่างมิดชิด สามารถใช้งานได้ทุกท่าหรือตำแหน่ง และอายุการใช้งานนาน (สามารถอัด/คายประจุได้หลายร้อยรอบ)
แบตเตอรี่แบบ Gelled-electrolyte lead-acid แบตเตอรี่แบบนี้มีการ seal มิดชิด มีความจุตั้งแต่ 1 Ah ไปจนถึงมากกว่า 50 Ah เหมาะกับการจ่ายพลังงานให้กับสถานีวิทยุ แต่ต้นทุน (กรณีที่ความจุมากกว่า 10 Ah) ค่อนข้างสูง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานีวิทยุที่มีกำลังต่ำหรือเป็นแบบพกพา สามารถใช้งานได้ทุกท่าหรือตำแหน่ง แต่ควรได้รับการประจุเมื่ออยู่ในตำแหน่งตั้งตรง หากเราดูแลรักษาใช้งานอย่างดี ไม่มีการคายประจุแบบ deep discharge อันอาจจะทำให้เกิดการกลับขั้ว เซลล์แบบนี้สามารถใช้ได้นานประมาณ 500 รอบการอัด/คายประจุ
แบตเตอรี่แบบ lead-acid อื่นๆ เช่น ที่ใช้ในรถยนต์ ที่ใช้ในเรือแบบที่ทำงานแบบ deep-discharge ได้ และในรถ golf-cart แบตเตอรี่ที่ใช้ในรถยนต์มักจะใช้งานไม่ได้เพราะ โครงสร้างที่มีแผ่น plate ที่บางและวัสดุฉนวนที่ใช้ ในขณะที่แบตเตอรี่ที่ใช้ในเรือ หรือรถกอล์ฟมีแผ่น plate ที่หนากว่าและฉนวนที่ดีกว่า จึงทนต่อการใช้งานแบบ deep-discharge โดยไม่ทำให้แผ่น plate เสียรูปไปหรือเกิดการเสียหายภายใน การใช้งานแบบ deep discharge เป็นสิ่งที่สถานีวิทยุ ham ต้องการ แบตเตอรี่เหล่านี้ บางประเภทต้องคอยดูแล เช่น คอยดูระดับของ electrolyte และจะมีอายุงานเมื่อมีการประจุไฟอยู่เสมอ การที่แบตเตอรี่เหล่านี้ใช้ electrolyte แบบเปียก (น้ำ) ส่วนใหญ่จึงไม่ต้องปิดผนึกมิดชิด และต้องตั้งแบตเตอรี่ให้ตรง
ตัวอย่างวิธีการคำนวณความต้องการ power requirement ของสถานีวิทยุ HF ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ สิ่งแรกที่ต้องทำคือการนิยามความต้องการการใช้ power กรณีของเครื่องส่งขนาด 100 W ข้อสมติฐานคือว่า 100 W คือค่าการใช้กำลังสูงสุด peak power consumption ซึ่งจะเกิดขึ้นเฉพาะช่วงที่มีการส่ง CW และสัญญาณเสียง SSB ที่จะมีค่า peak เมื่อมีการป้อน supply ที่ 13.6 V (แบตเตอรี่ที่ชาร์จเต็ม)
วิธีหาค่า power requirement ในทางปฏิบัติที่ใกล้ความจริง คือ การหา power ที่ใช้ในระยะเวลานานๆ เป็นสัปดาห์หรือเดือน เพราะส่วนใหญ่แล้วเรามักมีพฤติกรรมซ้ำๆ เป็นรายสัปดาห์ เราจึงใช้เวลา 1 สัปดาห์เป็นฐาน สมมติว่ามีการเปิดเครื่องรับส่ง 5 วันต่อสัปดาห์ โดยเปิดวันละ 2 ชั่วโมง หนึ่งชั่วโมงครึ่งเป็นการฟัง และอีกครึ่งชั่วโมงเป็นการส่ง หากกระแสที่ใช้ในการรับสัญญาณคือ 2A และระหว่างช่วงการส่งสัญญาณที่ค่า peak 100 W จะดึงกระแสที่ 20 A คู่มือของเครื่องส่งมักจะระบุค่ากระแส dc drain สูงสุดไว้ ค่าการใช้กระแสเฉลี่ยช่วงที่ทำการส่ง SSB มีค่าเพียง 4A ดังนั้นเราจึงต้องอาศัยแบตเตอรี่ที่สามารถจ่ายค่ากระแส peak ที่อย่างน้อย 20A และกระแสเฉลี่ยที่ 4A เรามาคำนวณการใช้พลังงานทั้งหมดในหน่วย Amp-hour ตลอดช่วง 1 สัปดาห์
พลังงานที่ใช้ทั้งหมดใน 1 สัปดาห์ 25 + 10 = 35 Ah หรือคิดเฉลี่ยต่อวัน 5 Ah ถ้าเรามีระบบที่สมบูรณ์เราก็เพียงป้อนพลังงานเข้าแบตเตอรี่ 35 Ah ต่อสัปดาห์ (5 Ah ต่อวัน) แต่ในความเป็นจริง จะมีค่าการสูญเสียจากการ self discharge ในแบตเตอรี่ซึ่งระบบชาร์จจะต้องทำการชดเชย
ขั้นต่อไป คือการคำนวณหาความจุขั้นต่ำของแบตเตอรี่ที่ใช้ในงานนี้ ระบบควรจะออกแบบมาให้มีพลังานพอที่จะ run อุปกรณ์ได้ตลอดเวลา 2 วันที่ไม่มีแสงอาทิตย์ (ในบางพื้นที่อาจต้องเผื่อไว้มากกว่านั้น) เพราะวันที่ไม่มีแสงอาทิตย์อาจเป็นวันที่เราต้องการใช้งานและไม่เป็นการดีที่จะปล่อยให้แบตเตอรี่คายประจุจนต่ำกว่าระดับ < 50% ของความจุ (เพื่อยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่) แบตเตอรี่ต้องมีความจุอย่างน้อย (2 วัน × 5 Ah) ÷ 0.5 (สำหรับระดับ 50% ของความจุ ) = 20 Ah
ถ้าพื้นที่นั้นมีแนวโน้มที่จะไม่มแสงอาทิตย์นานเป็นสัปดาห์ ความต้องการความจุของแบตเตอรี่อยู่ที่ 7x5 / 0.5 = 70 Ah หากเราเพิ่มค่านี้ประมาณ 10% เพื่อชดเชยการ self-discharge และการสูญเสียอื่นๆ นั่นหมายถึงเราควรเลือกแบตเตอรี่ตัวที่มีขนาดความจุมากกว่าที่คำนวณได้เป็นตัวถัดไป
ในการคอยดูว่าแบตเตอรี่มีการชาร์จอย่างเพียงพอ ขั้นแรกต้องประมาณจำนวนชั่วโมงเฉลี่ยที่มีแสงอาทิตย์ใน 1 ปีสำหรับพื้นที่นั้นๆ ซึ่งหาได้จาก Almanac เพื่อเป็นแนวทาง ในพื้นที่ที่มีแสงอาทิตย์มากจะมีจำนวนชั่วโมงที่เปิดรับแสงอาทิตย์โดยเฉลี่ย 3200 ชั่วโมงต่อปี และน้อยลงในพื้นที่อื่นๆ (จนมีเพียง 1920 ชั่วโมง ในสภาพอากาศแบบตอนเหนือมากๆ)
แผงโซลาร์ควรจะติดอยู่ที่ตำแหน่งคงที่ โดยมีมุมสัมพัทธ์กับโลกที่เหมาะสม เช่น ในพื้นที่แถบ temperate ที่อยู่ระหว่างเขตร้อน (tropic) กับขั้วโลก อาจทำมุมตั้งแต่ 30 องศาในช่วงหน้าร้อนไปจนถึง 60 องศาในหน้าหนาว แผงโซลาร์ที่ติดตั้งแบบตายตัวจะไม่สามารถรับพลังงานแสงอาทิตย์ได้มากที่สุด ในทางปฏิบัติ แผงโซลาร์จะรับแสงอาทิตย์เพียงแค่ 70% ของเวลาที่มีแสงส่อง ซึ่งอาจจะอยู่ระหว่าง 1340-2240 ชั่วโมงต่อปี หรือ 26-34 ชั่วโมงต่อสัปดาห์ ขึ้นอยู่กับตำแหน่ง
การวางระบบส่วนที่เหลือนั้นค่อนข้างง่าย การคำนวณข้างต้นแสดงให้เห็นว่า solar cell ต้องเติมพลังงาน 35 Ah ต่อสัปดาห์ บวกอีก 10% สำหรับชดเชยการสูญเสีย หรือคิดเป็นความจุประมาณ 38.5 Ah สำหรับความจุของแบตเตอรี่ จากการที่พลังงานแสงอาทิตย์ในเขต sunbelt ทางตอนใต้ของสหรัฐอเมริกามีอยู่ถึง 43 ชั่วโมงต่อสัปดาห์ กระแสชาร์จที่จะต้องใช้คิดได้จาก 38.5 Ah / 43 ชั่วโมงที่มีแสงอาทิตย์ = 0.9 A ในพื้นที่ตอนเหนือของสหรัฐอเมริกา ต้องใช้กระแสชาร์จ 38.5 Ah / 25.8 ชั่วโมง = 1.5 A
ในระบบขนาด 12-V ที่เราอธิบายในที่นี้ solar panel จะทำงานโดยมีแบตเตอรี่ที่ชาร์จอยู่เต็มที่ระดับ 13.6 V บวกระดับแรงดันที่ drop ลงของ series diode ที่ระดับแรงดันของ Panel ที่มีโหลดเต็มที่ 14V เราต้องใช้ panel ที่มี rate 21 W (14 V x 1.5 A) ในพื้นที่ที่มีสภาพอากาศตอนเหนือ ในทางปฏิบัติ ค่า power ดังกล่าวจะได้มาจากแผง solar panel คุณภาพดีที่มีขนาดพื้นที่เพียง 65 ตารางเซนติเมตร ในพื้นที่ที่มีแดดจัด เราต้องการพลังงานแสงอาทิตย์เพียง 12.6 W (14 V x 0.9 A) เท่านั้น
ข้อแนะนำบางประการ
เราสามารถต่อแผงโซลาร์หลายแผงเข้าด้วยกันแบบอนุกรมเพื่อเพิ่มระดับเอาต์พุต หากระดับเอาต์พุตรวมของ cell array เกิน 20 V เราควรต่อ shunt diode ระหว่างแต่ละ solar cell ในทำนองเดียวกัน เราสามารถต่อแผงโซลาร์แบบขนานเพื่อให้ได้ความสามารถด้านกระแสเอาต์พุตที่เพิ่มขึ้น เราควรต่อ series diode เพื่อกันการ discharge จากแบตเตอรี่เข้าแผงโซลาร์ โดยเราอาจใช้ Schottky Diode ในการณ์นี้ด้วยคุณสมบัติที่ดีในการที่แรงดันตกลงน้อยและมีการสูญเสียของกระแสที่น้อย
ควรระวังมิให้แบตเตอรี่ถูกอัดประจมากไป (over-charge) รวมถึงการเกิด gas discharge ในแบตเตอรี่อันเป็นผลต่อเนื่อง ผู้ผลิตหลายรายมักมีตัวรักษาระดับ charge regulator เพื่อคอยตัดแผงโซลาร์จากแบตเตอรี่เมื่อแบตเตอรี่ได้รับการอัดประจุจนเต็ม charger เหล่านี้บางตัวจะยอมให้การอัดประจุ (charge) เริ่มกำเนินการใหม่ (resume) เมื่อแบตเตอรี่คายประจุจนตกลงถึงขั้นหนึ่งๆ
หมายเหตุ : ค่าเหล่านี้จะใช้สำหรับแบตเตอรี่แบบ lead-acid และเงื่อนไขการพิจารณาในการ charge จะแตกต่างกันสำหรับแบตเตอรี่แบบ NiCd
การติดตั้งแผงโซลาร์
หากคุณวางแผนจะติดตั้งแผงโซลาร์อย่างถาวร คุณอาจติดตั้งบนระดับพื้นดินบนกรอบไม้หรือโลหะ หรือติดอยู่บนหลังคา การติดตั้งบนหลังคาจะเหมาะสมกว่าหากคุณมีหลังคาที่มีความลาดชันที่มุมที่เหมาะสม (30-60 องศา) และในทิศที่ถูกต้อง วิธีง่ายๆในการติดตั้งอย่างถาวรคือการติดด้วยซิลิโคน โดยที่ชุดไดโอดที่ต่อแบบอนุกรมควรติดอยู่ที่ด้านหลังของแผง หากแผงจะอยู่ในตำแหน่งที่อาจเกิดฟ้าผ่าได้ เราจำเป็นจะต้องต่อกราวด์ให้กับกรอบโลหะโดยใช้สายต่างหาก โดยที่ไม่ใช้สายร่วมกับสายไฟอื่น
ระบบ Repeater และระบบ Trunked
สำหรับการสื่อสารที่ความถี่ VHF และ UHF บางครั้งอาจจำเป็นต้องใช้การทวนสัญญาณหรือ relay เพื่อส่งสัญญาณในระยะที่ไกลกว่า line-of-sightเราอาจใช้สถานีทวนสัญญาณภาคพื้นดินในตำแหน่งที่เหมาะสม เช่นที่ยอดเขาหรือยอดตึกในการทวนสัญญาณระหว่าง 2 จุด
รูปที่ 12 ด้านบนแสดงกรณีที่สถานี A และ B ไม่สามารถทำงานด้วยกันได้เนื่องจากถูกกั้นด้วยสภาพทางภูมิศาสตร์ ด้านล่างแสดงการใช้ repeater ในการถ่ายทอดสัญญาณระหว่างสถานี A และ B
รูปที่ 13 แสดงแนวคิดการใช้งาน Trunked Mobile Radio
รูปที่ 14 แสดงตัวอย่างอุปกรณ์ Trunked Mobile Radio
ระบบ trunked mobile ที่มีตัวควบคุมกลาง
Trunking เป็นการแบ่งกันใช้งานกลุ่มหรือ pool ของช่องสัญญาณความถี่โดยปกติมากกว่า 10 ช่องโดยอัตโนมัติ สำรหับระบบแบบหลาย repeater เราอาจใช้ trunking กับ site เดียวหรือหลาย site สำหรับพื้นที่ครอบคลุมที่กว้างก็ได้
ระบบ trunked อาศัยหลักที่ว่าผู้ใช้แต่ละคนจะทำการส่งด้วยเวลาที่สั้นๆ ดังนั้นเราจึงสามารถทำระบบให้มีความจุโดยรวมมากขึ้นกว่าการที่จะให้สถานีใดหรือกลุ่มผู้ใช้ใดมีความถี่ของตัวเอง repeater ที่ต่อเชื่อมกันจะทำให้มีพื้นที่ครอบคลุมมากกว่าใช้ repeater เดียว เครือข่าย trunked มักจะสร้างให้มีระดับ redundancy จึงเหมาะกับการใช้งานในสถานการณ์ภัยพิบัติ หากมีการตั้งค่าไว้ก่อน เราจะสามารถให้บริการ feature ฉุกเฉินสำหรับการใช้งาน call ด้านเสียง และ ข้อมูลให้กับเครื่องลูกข่ายเครื่องใดเครื่องหนึ่งเป็นพิเศษ
ระบบ trunked แบบนี้จะมีช่องสัญญาณควบคุมอย่างน้อย 1 ช่อง ที่จะทำการส่งสัญญาณข้อมูลดิจิตอลในการควบคุมเครื่องลูกข่ายแบบติดรถยนต์และมือถือภายในรัศมีของตนอย่างต่อเนื่อง ช่องสัญญาณจะถูกกำหนดหรือ assign ให้กับกลุ่มผู้ใช้ในยามที่มี traffic เท่านั้น ทำให้ช่องสัญญาณนั้นว่างสำหรับผู้อื่นในยามอื่น ผู้ใช้จะได้ยินเสียงก็ต่อเมื่อมี traffic ที่ส่งถึงกลุ่มของตนเท่านั้น โดยที่กลไกดังกล่าวจะเกิดขึ้นโดยที่ผู้ใช้จะไม่รู้สึกผิดแปลกเลย ระบบควบคุม trunked มี 2 แบบ คือแบบช่องสัญญาณควบคุมแบบกำหนดให้เฉพาะ (dedicated) และแบบช่องสัญญาณควบคุมแบบกระจาย (distributed) ในการควบคุมแบบ dedicated ช่องสัญญาณควบคุมจะทำงานที่ความถี่หนึ่งๆ ตายตัว ในขณะที่การควบคุมแบบ distributed จะใช้ช่องสัญญาณที่ว่าง (idle) ในการส่งสัญญาณควบคุม
เครื่องลูกข่ายจะมีการกำหนดค่า identifier และ home repeater ประจำตัว เมื่อเครื่องลูกข่ายไม่ได้ส่งสัญญาณ มันจะทำการ monitor หรือเฝ้าฟังข้อความ data message จาก home repeater ประจำของตน เมื่อเครื่องลูกข่ายจะทำการส่ง มันจะระบุตัวเองผ่าน digital handshake protocol ซึ่งจะกินเวลาเพียงเศษเสี้ยววินาที
คุณลักษณะของระบบแบบ digital land mobile system จะมีรายงานอยู่ใน ITU-R M.2014 ระบบเหล่านี้จะมีทั้งแบบที่มีความสามารถด้าน trunked และไม่สามารถทำ trunked ได้ (non-trunked) โดยจะสามารถให้บริการสื่อสารโดยตรง ระหว่างเครื่องลูกข่ายสู่เครื่องลูกข่าย (mobile-to-mobile) และสามารถทำ group call ของบริการเสียงได้โดยผู้ใช้สามารถเลือกที่จะให้มีการเรียกแบบเลือก (selective) และแบบป้องกันความปลอดภัย (secure)
ระบบ Trunked Mobile ที่ไม่มีตัวควบคุมส่วนกลาง
เป็นระบบ trunked mobile ที่ใช้เทคนิคแบบ multi-channel access และโปรโตคอลที่เหมาะสมโดยไม่ต้องอาศัยตัวควบคุมกลางในการตรวจจับช่องสัญญาณที่ว่าง (idle) อยู่ ระบบแบบนี้เรียกว่า “Personal Radio System” หรือ “Digital Short Range Radio” ระบบทั้ง 2 ทำงานที่ย่านความถี่ 900 MHz และให้ช่องสัญญาณได้ถึง 80 ช่อง และใช้กำลังส่งถึง 5W รายละเอียดของระบบดังกล่าวสามารถหาอ่านได้จาก Recommendation ITU-R M.1032
โดยปกติแล้ว ภาควิทยุในระบบเหล่านี้จะอยู่ในสถานะ standby ที่ช่องสัญญาณควบคุม พร้อมที่จะรับสัญญาณเรียก selective calling สถานีที่ทำการเรียกจะมองหาช่อง traffic ที่ว่างและเมื่อเจอช่องที่ว่างก็จะเก็บเลขช่องดังกล่าวไว้ในหน่วยความจำ จากนั้นสถานีที่ทำการเรียกจะส่งสัญญาณบนช่องควบคุม โดยจะส่งสัญญาณเรียกหรือ selective calling โดยจะมีข้อมูล identity ที่ระบุเลขสถานีของตน และ identity ของสถานีที่จะเรียกไปหา รวมถึงเลขแสดงช่อง traffic ที่ว่างที่ตนหาได้ จากนั้นสถานีที่ standby อยู่จะทำการตรวจจับว่ามี identity ของตนในสัญญาณที่รับได้หรือไม่ หากใช่ ก็จะจูนความถี่ไปที่ช่อง traffic ที่กำหนดและเริ่มการสื่อสารสนทนา เมื่อจบการสื่อสารสนทนา เครื่องทุกเครื่องก็จะกลับสู่ standby mode
ตัวอย่างแนวโน้มใหม่ของการใช้ ICT ในการสื่อสารยามภัยพิบัติ
ห้อง Lab ของ NTT Network Innovation Laboratories, NTT Communications Corporation ของญี่ปุ่นรวมถึง partner ต่างๆ ได้ทำการศึกษาเรื่องการฟื้นฟูโครงสร้างพื้นฐานทาง ICT ที่ถูกทำลายลงด้วยพายุไต้ฝุ่น Haiyan ในฟิลิปปินส์ด้วยการใช้ Movable and Deployable ICT Resource Unit (MDRU) ซึ่งเป็น Platform การสื่อสารที่ช่วยตอบสนองความต้องการด้าน ICT เฉพาะหน้าได้ในยามเกิดภัยพิบัติ ทั้งนี้ระบบจะประกอบไปด้วย MDRU server unit, ระบบไร้สายที่ประกอบ MDRU และ โทรศัพท์มือถือแบบ smartphones การศึกษานี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการจากทาง ITU
รูปที่ 15 แสดง MDRU และอุปกรณ์ไร้สายที่ติดตั้งในฟิลิปปินส์ (เมือง San Remigio)
ระบบไร้สายที่ใช้กับ MDRU ในฟิลิปปินส์จะมีการเชื่อมต่อระหว่าง WiFi AP’s (Access Point) ที่ศาลากลางของเทศบาลและโรงเรียน และมีการใช้ FWA (Fixed Wireless Access) ระหว่างอาคาร การใช้งาน MDRU ต้องมีเครื่องกำนิดไฟฟ้าเพื่อการใช้งานระยะยาว นอกจากนี้ภายใน MDRU ยังมี UPS อีกด้วย ผลจากการศึกษาพบว่า MDRU สามารถทำงานและใช้การได้ดีสำหรับงานด้านบรรเทาภัยพิบัติ และได้รับการตอบรับอย่างดีจากผู้ใช้
รูปที่ 16 แสดง MDRU Server
เรามารู้จัก MDRU กัน : เทคโนโลยีและคุณลักษณะของ MDRU
MDRU มีความสามารถทั้งด้านการสื่อสาร ประมวลผลและเก็บข้อมูล โดยที่สามารถเคลื่อนย้ายเข้าไปทำงานในพื้นที่ภัยพิบัติได้อย่างรวดเร็ว และสามารถติดตั้งเครือข่ายและให้บริการ ICT ได้ในเวลาอันสั้น
MDRU มี 3 รุ่นคือ รุ่นติดรถยนต์ รุ่นที่เป็น Server case และรุ่นแบบ case แบบ attaché type เมื่อ MDRU ทำงานด้วยกันจะสามารถสร้างเครือข่าย ICT ที่ซับซ้อนครอบคลุมพื้นที่กว้างขวางได้ MDRU ออกแบบมาให้เสริมการพัฒนาการสื่อสารในทุกสภาพอากาศ และทำงานได้โดยไม่ต้องขึ้นกับเครือข่ายเซลลูลาร์
MDRU จะประกอบด้วย rack servers อุปกรณ์เครือข่าย และ UPS โดยสามารถช่วยใหผู้ใช้เข้าใช้เครือข่ายได้อย่างปลอดภัย สามารถให้บริการด้าน ICT และสามารถสร้างฟังก์ชันต่างๆได้ เช่น
MDRU ทำงานเป็นหน่วยที่สร้างทรัพยากรสื่อสารที่มีความยืดหยุ่น MDRU สามารถให้บริการ ICT ต่างๆได้อย่างทันที เช่น การเชื่อมต่ออินเตอร์เน็ต บริการโทรศัพท์ระบบ disaster information system รวมถึงการสร้างเครือข่ายแบบ corporate network ในพื้นที่ภัยพิบัติด้วยต้นทุนที่ต่ำและใช้งานได้ในระยะยาว นอกจากนี้ยังสามารถให้บริการโทรศัพท์ อินเตอร์เน็ต และ บริการข้อมูลข่าวสารได้ดีแม้ในยามที่ไม่ใช่ภัยพิบัติ MDRU จึงสามารถปรับตัวเข้ากับความต้องการด้านการสื่อสารข้อมูลที่หลากหลายในพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากภัยพิบัติและมีทรัพยากรจำกัด
บทความตอนนี้ได้กล่าวต่อจากคราวที่แล้วถึงส่วนประกอบที่สำคัญส่วนที่เหลือในการสื่อสารฉุกเฉิน เราได้กล่าวถึงพื้นฐานและข้อควรพิจารณาในการเลือกใช้สายอากาศและสายส่ง เรายังได้กล่าวถึงแหล่งกำเนิดไฟฟ้า แบตเตอรี่แบบต่างๆ การใช้งานเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การใช้พลังานแสงอาทิตย์กับการสื่อสารยามฉุกเฉิน การใช้ Repeater และระบบ trunked mobile ท้ายที่สุดเราได้ยกตัวอย่างแนวโน้มการพัฒนา MDRU ซึ่งเป็น solution ของ ICT Unit ที่สามารถให้บริการ ICT ทั้งการสื่อสารข้อมูล การสื่อสารทางเสียง การประมวลผลและเก็บข้อมูลได้ โดยสามารถเคลื่อนย้ายเข้าไปในพื้นที่และเริ่มให้บริการได้รวดเร็วโดยไม่ต้องพึ่งเครือข่ายเซลลูลาร์ที่มักถูกทำลายลงในยามภัยพิบัติ หวังว่าบทความนี้จะเป็นแนวทางให้ผู้อ่านสามารถนำไปประยุกต์และรับมือกับการจัดการภัยพิบัติและการสื่อสารในยามฉุกเฉินได้อย่างมีประสิทธิภาพ
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
