Communication Engineer

   วิศวกรรมการสื่อสาร

    เรด้าร์

เรด้าร์เป็นระบบทางอิเล็กทรอนิกส์ชนิดซึ่งใช้คำนวณหาทิศทาง ระยะทางและความเร็วของวัตถุที่อยู่ห่างไกลไป เรด้าร์ใช้หลักการของการกระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้ความถี่ไมโครเวฟหรือกล่าวอีกอย่างหนึ่งว่าเรด้าร์ก็คือ ประยุกต์เอาระบบไมโครเวฟมาใช้นั้นเอง

การค้นหาสิ่งต่างๆที่ต้องการทราบสามารถทำได้โดยการส่งพัลซ์แคบๆซึ่งมีพลังงานออกไปและรับคลื่นนั้นที่สะท้อนกลับมาหลังจากไปกระทบวัตถุที่ต้องการหา โดยใช้สายอากาศที่มีคุณภาพในการรับสูงหลังจากที่นำสัญญาณที่รับได้นี้มาวิเคราะห์ แล้วก็จะสามารถหาทิศทางและระยะทางที่ห่างออกไปได้ โดยการเปรียบเทียบเวลาระหว่างสัญญาณที่เริ่มส่งออกไปกับสัญญาณนั้นที่สะท้อนกลับเข้ามานี้คือ เรด้าร์ (radar) ซึ่งย่อมาจาก Radio Direction and Range เรด้าร์นิยมใช้ในกองทัพ

ระบบเรด้าร์เบื้องต้น

หัวใจการทำงานของระบบคือ โมดูเลเตอร์ คีเออร์ (keyer) และตัวเวลา (timer) จากรูปด้านบน วงจรแมกนีตรอนออสซิเลเตอร์จะผลิตสัญญาณพัลซ์ขนาด 0.2 µs เป็นพลังงานคลื่นวิทยุ SHF พัลซ์เวลา (timer pulse) จะส่งไปยังอินดิเคเตอร์ (indicator) เพื่อให้จุดบนจอ CRT เริ่มจากกึ่งกลางและเคลื่อนที่ไปที่ขอบจอตามแนวนอนหลังจากที่พัลซ์ RF ได้ถูกส่งออกไปสายอากาศจะถูกปรับให้มาอยู่ทางด้านรับโดยอัตโนมัติเพิ่อรอเวลาของสัญญาณที่ส่งออกไปสะท้อนกลับมาและเข้าไปยังวงจรของเครื่องรับแล้วมาปรากฎที่จอภาพระยะทางจากจุดศูนย์กลางมายังจุดสะท้อนกลับคือระยะของวัตถุที่ต้องการทราบทิศทางของวัตถุคือทิศทางของสายอากาศที่หันไปขณะรับสัญญาณสะท้อนกลับ

  ระบบสายอากาศ

 ระบบสายอากาศของเรด้าร์ประกอบด้วยท่อนำคลื่นต่อระหว่างหลอดแมกนีตรอนกับสานอากาศและดิวเพล็กเซอร์ใกล้ๆหลอดแมกนีตรอน พลังงานคลื่นวิทยุ RF กระจายจากสายอากาศไปสะท้อนที่จานพาราโบลิคออกไปในอากาศคลื่นวิทยุ 3 หรือ 9 MHz กระจายไปในอากาศเหมือนคลื่นแสงแล้วไปสะท้อนที่จานพาราโบลิค จานพาราโบลิคซึ่งเป็นแผ่นสะท้อนนี้ถ้าออกแบบผิวให้ดีจะได้มุมกระจายคลื่นทางแนวนอน 2 และทางแนวตั้ง 15⁰ ถ้าไปยืนขวางคลื่นเรด้าร์ซึ่งมีกำลังส่งสูงๆ เป็นเวลาหลายนาทีอาจจะเสียชีวิตภายใน 2-3 วันได้ถ้าสายอากาศยิ่งสูงเท่าไรก็ยิ่งหาวัตถุได้ไกลขึ้น

 สัญญาณเรด้าร์

แมกนีตรอนเป็นแหล่งที่สร้างกำลังของเครื่องส่งโดยสร้างคลื่นพาหะซึ่งมีความถี่ระหว่าง 200 MHz ถึง 30 GHz หลอดแมกนีตรอนจะสร้างพัลซ์จากพัลซ์ที่มาจากโมดูเลเตอร์ ซึ่งเป็นคาวิตี้มีหน้าที่ตัดวงจรเครื่องรับออกจากสายอากาศในขณะที่กำลังส่งสัญญาณออกไป เพื่อป้องกันไม่ให้สัญญาณที่มีกำลังแรงย้อนเข้าไปในเครื่องรับ

การหมุนของสายอากาศ สำหรับเรด้าร์ขนาดเล็กส่วนมากจะหมุนแบบเชิงกล (mechanical) เช่นเรด้าร์ที่ใช้กันเรือเพื่อตรวจหาสิ่งกีดขวางต่างๆ สายอากาศจะหมุนรอบ 360 องศาทุกๆ 2-3 นาที มุมของสายอากาศพร้อมทั้ง output ของเครื่องรับดูได้จากจอสโคปแบบ PPI (plan position indicator) จุดเริ่มต้นจะออกจากศูนย์กลางของสโคปไปด้านข้างและหมุนเป็นรัศมีด้วยความเร็วคงที่ทิศทางของการกวาดจะเหมือนกับตำแหน่งสายอากาศที่วางอยู่ดังนั้นวัตถุที่ต้องการหายิ่งอยู่ไกลเท่าไหรจุดนี้ยิ่งเคลื่อนที่ไปด้านข้างมากเท่านั้นคุณสมบัติของสารฟอสเฟอร์ที่ฉาบอยู่บนจอต้องให้ความสว่างนานเพื่อให้ภาพบนจอยังคงอยู่ตลอดเวลาที่สายอากาศหมุนได้ครบ 1 รอบ

ปัญหาของเรด้าร์ที่ควยคุมจากพื้นดินคือวัตถุที่อยู่นิ่งๆใกล้กับเรดาร์ซึ่งมีสัญญาณสะท้อนกลับแรงมากทำให้ไปบังวัตถุที่ต้องการหาซึ่งอยู่ไกลออกไปคลื่นสะท้อนกลับที่ไม่ต้องการอย่างมากนี้เรียกว่า กราวน์คลัทเตอร์
(ground clutter) ซึ่งสามารถหลีกเลี่ยงได้โดยใช้เรด้าร์แบบ MTI (Mouing Target Indicator) นั้นสามารถคำนวณทั้งระยะทางและความเร็วของวัตถุนั้นด้วย สามารถออกแบบให้ตัดสัญญาณทุกอย่างออกหมด นอกจากเป็นสัญญาณของวัตถุเคลื่อนที่

    เครื่องรับคลื่นเรด้าร์

เครื่องรับคลื่นเรด้าร์ตามรูปด้านบนประกอบด้วยภาคมิกเซอร์ ซึ่งใช้คริสตรอลไดโอด โดยใช้หลอดคริสตรอล เป็นภาคออสซิเลเตอร์ ภาคขยาย IF 30 MHz มีประมาณ 6 ภาค หรือ มากกว่านี้ใช้ไดโอดเป็นดีเทคเตอร์และภาคขยายสัญญาณภาพอีก 2-3 ภาคที่สามารถขยายสัญญาณได้หลายๆ MHz ที่ต้องใช้ช่วงกว้างขนาดนี้เนื่องจากใช้พัลซ์ซึ่งมีช่วงกว้าง 0.5 µs หรือ 1 MHzวงจรปรับความถี่อัตโนมัติ (AFC) จะรักษาวงจรออสซิเลเตอร์ให้ผลิตความถี่ให้ถูกต้องตลอดเวลา สัญญาณที่ออกจากคริสตรอลมิกเซอร์จะผ่าน IF และภาคลิมิเตอร์และ 30 MHz Discriminator สัญญาณที่ออกมาจะไปควบคุมให้หลอดคริสตรอลผลิตความถี่ตามที่ต้องการสัญญาณจากภาค IF จะถูกดีเท็คด้วยไดโอด เพื่อป้อนไห้กับภาคขยายสัญญาณภาคจากนี้สัญญาณที่ได้ถูกส่งต่อไปเข้าที่กริดหรือแคโทดของหลอดภาพ CRT ทำให้มองเห็นสัญญาณที่สะท้อนกลับมาได้ที่จอ

ระบบนำวิถี

จรวดนำวิถีเป็นอาวุธชนิดหนึ่งที่เคลื่อนเข้าหาทั้งเป้านิ่งและเป้าเคลื่อนที่ เพื่อจุดประสงค์ในการทำลาย ระบบการนำวิถีของจรวดนั้นเป็นการนำคลื่นเรด้าร์มาประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์ เป็นการใช้เรด้าร์แบบต่อเนื่องเพื่อให้รู้ตำแหน่งของเป้าหมายในช่วงเวลาสั้นๆ ถ้าหากเพื่อนๆสนใจเกี่ยวกับจรวดวันนี้ผมก็มีคลิปวิดีโอมาเสริมเพื่อความเข้าใจให้กับเพื่อนๆด้วยครับ

ที่มา:หนังสือวิศวกรรมสื่อสารไฟฟ้าเเละอิเล็คทรอนิค ผู้เเต่ง ประกิจ ตังติสานนท์

นายจิรพัฒน์ กาญจนภูวดล

นายณัฐชากร กัลป์สุทธื์

นายชัยพร อุทารสกุล

นายสืบสกุล ภวังสวัสดื์