เรียนรู้การแพร่กระจายคลื่นย่าน VHF ด้วยบีคอน

 

ยังมีคนที่สนใจในการทดลองอยู่

ผมเชื่อว่ามีนักวิทยุสมัครของเราจำนวนหนึ่ง ต้องการเข้ามาในวงการวิทยุสมัครเล่นเพื่อการศึกษา แต่ปัญหาอย่างหนึ่งที่พบ ก็คือไม่มีแนวร่วมในการทดลอง ไม่รู้จะเริ่มต้นการทดลองจากจุดใหน สุดท้ายก็ไม่ได้ทดลอง ไม่ได้เรียนรู้

  

วันนี้ผมมีโครงงานทดลองมานำเสนอ คือการเรียนรู้ และทดลอง ด้วยตัวเอง เกี่ยวกับการแพร่กระจายคลื่นย่าน VHF ก่อนอื่นต้องถามก่อนว่า ท่านรู้หรือไม่ว่าในแต่ละวัน ในแต่ละช่วงเวลา ในแต่ละช่วงสภาวะอากาศ ย่าน VHF ของเราก็สามารถรับส่งได้ไม่ดีเท่ากันตลอด บางช่วงดี บางช่วงไม่ดี แล้วอะไรละคือสาเหตุที่ทำให้เป็นเช่นนี้ สาเหตุจะเกิดจากอะไรก็ช่างครับ เราจะทดการทดลอง และหาข้อมูลเองตามประสานักวิทยุสมัครเล่น การทดลองนี้จะเน้นความง่าย และประหยัด มีเครื่องมือแค่ใหนทดลองแค่นั้น สำหรับบางประเทศ จะมีการส่งสัญญาณของนักวิทยุสมัครเล่น ส่วนมากก็จะส่งออกมาเป็นรหัสมอร์ส ด้วยกำลังส่งต่ำ ๆ ส่งออกมาเป็นช่วง ๆ ตลอด 24 ชั่วโมง เพื่อเฝ้าดูความแรงสัญญาณที่เรารับได้ในแต่ละวัน ในแต่ละช่วงเวลา แต่สำหรับบ้านเราแล้ว ไม่ค่อยมีโครงการพวกนี้กัน เราจะทดลอง เราต้องสร้างเครื่องส่งบีคอนขึ้นมาเองก่อน บีคอนสามารถทำได้หลายแบบครับ ผมดูแล้วบ้านเราถ้าให้ประกอบเครื่องส่งเองคงจะยาก ก็ให้ใช้อุปกรณ์ที่สำเร็จรูปดังต่อไปนี้ ครับ ก่อนอื่นก็ต้องประกอบวงจร interface วงจรนี้ก็มีมากมายหลายแบบ แต่หลักการทำงานโดยรวม ๆ แล้วเหมือนกันคือควบคุมการทดงานของวิทยุรับส่งด้วยคอมพิวเตอร์

สำหรับวงจรที่ควบคุมวิทยุรับส่งแบบมือถืออาจจะต่างกับชุดที่ควบคุมวิทยุรับส่งแบบโมบายและเครื่องประจำที่เล็กน้อยดังรูป (เครื่องวิทยุรับส่งแบบโมบายและประจำที่จะแยกระหว่าง ขาที่ใช้ควบคุมการกดคีย์ และขาสำหรับรับสัญญาณเสียงเข้าไป)

เลือกใช้วิทยุรับส่งแบบมือถือ (ส่ง low) มาทำเป็นเครื่องส่ง บีคอน ระหว่างที่ประกอบวงจรเราก็มาดูโปรแกรมที่ใช้ควบคุมการส่งบีคอน ที่สามารถส่งโทนเสียง CW ออกมาได้ เอามาใช้กับวิทยุระบบ FM หรือเราอาจจะเรียกระบบนี้ว่า MCW (ถ้าเราส่ง CW แท้ ๆ จะมีเพื่อนสมาชิกไม่กี่คนที่รับได้ เพราะว่าต้องใช้เครื่องรับที่เป็นเครื่องรับแบบ All Mode) ในที่นี้เลือกใช้ CW Type สามารถดาวน์โหลดได้ที่ http://www.dxsoft.com เป็นโปรแกรมฟรี ไม่มีค่าใช้จ่ายใด ๆ ครับ หลังจากดาวน์โหลดและติดตัง้ แล้ว จะได้โปรแกรมหน้าตาดังรูปด้านล่าง

ก่อนที่จะตั้งค่าบีคอนให้เรามาทดลองดูว่าวงจร interface สามารถทำงานได้แล้วยัง

เข้าไปที่ Setup นะครับ แล้วตั้งค่า เช่นตัวอย่างของผมใช้วงจรต่อกับ port com1 ผมก็ตั้งค่า com 1 ส่วน PTT ให้เป็น RTS (มันก็คือให้ขา 7 ของ DB9 ทำหน้าที่ควบคุมการกดคีย์นั่นเอง) ตั้งค่าเสร็จก็ทำการ Save ไว้เป็นอันเรียบร้อย ทดลองกด TX ดูถ้าสามารถควคุมให้วิทยุของรับกดคีย์ได้แสดงว่าทุกอย่างข้างต้นถูกต้อง ถ้าไม่สามารถกดคีย์ได้ให้ลองตรวจสอบให้ดี ๆ อีกรอบ ความผิดพลาดเพียงนิดเดียวอาจจะทำให้วงจรไม่ทำงานได้เช่นกัน

 

ความผิดพลาดทำให้เราได้เรียนรู้

มีเพื่อนนักวิทยุสมัครเล่นหลายท่านเหมือนกันเคยส่งอีเมล์ /โทรมาสอบถามเรื่องการประกอบวงจร interface สำหรับบรรดาช่างอิเล็กแล้วมันเป็นแค่วงจรง่าย ๆ (มาก ๆ) แต่สำหรับคนที่ไมใช่ช่างนะครับเป็นเรื่องยาก การบัดกรีสายไฟเส้นเล็ก ๆ การดูขาอะใหล่ รวมไปถึงการทดสอบ ไม่รู้จะเริ่มต้นจากตรงใหนดี แต่เมื่อเขาได้ลองผิดลองถูกจนเกิดความสำเร็จขึ้นมา ทุกคนจะบอกว่าภูมิใจมาก ไม่สวยงามแต่ได้ความรู้ ผมขอเน้นย้ำว่าสำหรับวงการวิทยุแล้วของง่าย ๆ ถูก ๆ มักจะให้ความรู้ครับ

 

เอาละครับ เมื่อทุกอย่างทำงานแล้วเราก็มาตั้งค่าโปรแกรมให้ทำงานส่งบีคอนได้กัน ผมและเพื่อนสมาชิกได้ทดลองส่งโดยไม่เขียน code อะไรเข้าไป พอส่งนาน ๆ เป็นชั่วโมง ข้อความในตัวโปรแกรมจะมาก (เพราะไม่มีการลบออก) ไม่นานโปรแกรมจะค้างไปเลยครับ เพื่อน ๆ อาจจะทดลองเขียนคำสั่งดูก่อนก็ได้ ถ้าไม่ได้ก็ลองดูตามของผมไปพลาง ๆ นะครับ

 

รูปแสดงให้เห็นว่าเมื่อส่งต่อเนื่องนาน ๆ จะมีข้อความที่ส่งไปแล้วเต็มไปหมดเลย (ปล่อยไว้แบบนี้ไม่ได้แล้วครับ!) ให้เราเข้าไปตั้งค่ามาโคร โดย เปิดโปรแกรม CW Type แล้วเข้าไปที่ Edit Macros

พิมพ์ข้อความประมาณนี้เข้าไปในช่อง aF12 ตัวอย่าง ~[tx] ~[cl]CQ CQ DE HS8JYX NJ98kc + ~[csnt]`[rx] ใช้เครื่องหมาย + แทน AR (เป็น prosign) สำหรับการทำภาคส่งบีคอน ก็คงเสร็จเพียงแค่นี้ครับ สามารถปล่อยสัญญาณทิ้งไว้ได้ตลอด 24 ชั่วโมง

 

การทดสอบและการใช้งานสำหรับนักวิทยุสมัครเล่นทั่วไป ถ้าต้องการให้เกิดผลประโยชน์ในด้านการทดลองมากขึ้น บีคอน ควรจะมีหลาย ๆ ที่ หลาย ๆ จังหวัด ผมขอยกตัวอย่าง สมมุติว่า ตอนนีทุกจังหวัดมีบีคอน จังหวัดละ 1 จุด (หรือตามความเหมาะสม ขอเน้นว่าต้องส่งด้วยกำลังต่ำ ๆ จะได้ไม่กวนกัน และได้ผลการทดลองที่ชัดเจน) ถ้าวันนีผมรับสัญญาณบีคอนจาก จังหวัดสงขลาได้แรง มากกว่าปกติ นั่นก็แสดงว่า ตอนนี้เป็นเวลาที่เหมาะกับการติดต่อทางไกล ไปหาเพื่อนสมาชิกทางจังหวัดสงขลาแล้ว นอกจากนีแล้ว เรายังทำการทดลองอีกหลาย ๆ อย่างเกี่ยวกับย่าน VHF และทดลองสายอากาศ เช่น ทดลองว่าสามาย อากาศต้นใหนรับดีกว่า (มันอาจจะไม่ใช่วิธีการที่ดีที่สุด แต่สามารถทดลองแบบคร่าว ๆ ได้) ทดลองว่าช่วงเวลาใหนของวัน รับสัญญาณได้ดีที่สุด และอื่นๆ

ตอนที่ 2 สร้างเครื่องวัดสัญญาณบีคอนแบบละเอียดโดยใช้เครื่องวิทยุรับส่ง

 

จากตอนแรก เราสร้างเครื่องส่งบีคอนมาแล้ว แต่ก็เชื่อเหลือเกินว่ามีเพื่อนสมาชิกในพื้นที่รับฟัง และเอาไปใช้งานน้อยมาก ๆ เราจึงต้องหากลุ่มทดลองกันเอาเอง เราต้องมีเครื่องวิทยุที่สามารถวัดสัญญาณแบบละเอียดได้เสียก่อน วิทยุรุ่นยอดนิยม ที่มีกันมากก็ คงไม่พ้น ICOM IC-2100 และ IC-2200 ในที่นีผมจะขอยกตัวอย่าง IC-2100 เพราะรุ่นนี้ออกวางขายมานานแล้ว สภาพเครื่องก็เก่า เก่าพอที่จะนำมาดัดแปลง โดยไม่เสียดาย (รุ่นอื่น ๆ ก็ทำได้ครับ แต่ต้องหาจุด RSSI Out เอาเอง)

 

 

เปิดฝา ICOM IC-2100 จะเห็นวงจรดังรูป

การจะวัดระดับความแรงสัญญาณที่รับได้ด้วย S - meter ภายในตัวเครื่อง เป็นแค่การวัดแบบคร่าว ๆ เราไม่สามารถ สังเกตความเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ น้อย ๆ ได้ เราจะต้องวัดแบบละเอียด ครับ เครื่องรับวิทยุบางตัวใช้แรงดัน AGC เป็น แรงดันอ้างอิงในการขับ S meter แต่สำหรับ สำหรับ Icom ic 2100 และ ic2200 ใช้ ไอซีเบอร์ TA31136FN ทำงาน หลายอย่างด้วยกัน (IF Detector) มีขาหนึ่งที่เราสามารถนำมาใช้ในการวัดความแรงได้ คือขา 12 มีชื่อเรียกว่า ขา RSSI Out ชื่อเต็มว่า Received signal strength indication เราสามารถ จับแรงดันไฟตรงนีมาใช้งานได้เลย โดยถ้าสัญญาณที่รับได้มีความแรงสูงขึ้น แรงดันตรงนี้ก็จะสูงขึ้น และในทางกลับกัน ถ้าสัญญาณที่รับได้ลดลอง แรงดันก็จะ ลดลงตามไปด้วย

จากรูปจะเห็นว่า ไอซีเบอร์ TA31136FN อยู่ด้านล่างของแผ่นปริ้น ยากต่อการต่อสายออกมา ผมได้ไล่วงจรดูก็เจอ C ตัว หนึ่ง ต่ออยู่กับ ขา 12 พอดี สามารถวัดแรงดันตรงจุดนี้ได้เลย ถ้าต้องการทดลองแบบจริงจังให้ต่อสายเล็กๆ ออกมาจากตัวเครื่อง เลย ป้องกันการวัดผิดพลาด เช่น ขณะวัดความแรง ขามิเตอร์พลาดไปโดนอุปกรณ์ตัวอื่น อาจจะทำให้วงจรเสียหายได้

โวลต์มิเตอร์ที่นำมาวัด ควรเป็นมิเตอร์แบบดิจิตอล เนื่องจากมีความต้านทานภายในสูงกว่ามิเตอร์แบบเข็มทำให้มีความ ถูกต้องมากกว่า ไม่ไปโหลดแรงดันส่วนนี้ให้ตกลงมากกว่าที่ควรจะเป็นด้วย หลังจากต่อสายออกมาจากเครื่องเรียบร้อยแล้ว ปิดฝา พร้อมที่จะทำการทดลองในตอนที่ 3 ต่อไป

 

มาถึงตอนนี้เราก็มีเครื่องวัดความแรกแบบละเอียดเรียบร้อยแล้ว ให้นำไปติดตั้งไว้ที่บ้านคู่สถานีที่จะทำการทดลอง ควรห่างจากเครื่องส่งบีคอนหลาย ๆ กิโลเมตรยิ่งดี เพื่อให้สภาพอากาศแตกต่างกัน ระหว่างเครื่องรับกับเครื่องส่ง จะได้เห็นผลการทดลองที่ชัดเจนยิ่งขึ้น ในการทดลอง ให้เราพยายามทำให้ตัวแปรทุกอย่างคงที่ เช่น สายอากาศที่ใช้รับ ต้อง เป็นสายอากาศต้นเดียวกันตลอด รวมถึงถ้าเป็นสายอากาศทิศทางก็ต้องใช้ทิศทาง เดิมตลอดการทดลอง แหล่งจากไฟ ใช้แรงดันคงที่เท่าเดิมตลอด

 


ตอนที่ 3 เข้าสู่การทดลอง

 

การทดลอง สามารถทำได้หลายแบบ ตามแต่จินตนาการ และความสงสัยของเรา สำหรับของผมก็มีอยู่ว่า ครั้งหนึ่งที่เพื่อนสมาชิกมีคำถามมาว่า ตอนกลางวันกับตอนกลางคืน เวลาใหนจะรับส่งสัญญาณได้ดีกว่า ผมก็เลยทำการ ทดลอง ในหัวข้อที่ว่า ช่วงเวลาของวันกับสัญญาณที่รับได้ (ช่วงเวลาใหนสัญญาณแรง ช่วงใหนสัญญาณอ่อน) โดยทดลองรับสัญญาณจากบีคอน ของ เพื่อนสมาชิก ซึ่งห่างไป 15 กม. ส่งมาด้วกำลังส่ง 1 วัตต์ แน่นอนครับ ถ้าผมรับด้วยสายอากาศ สูง ๆ สัญญาณจะแรงเดินระดับ 59 + ผมเลยต้องใช้ สายอากาศแบบที่มี gain น้อย ๆ พยายามให้รับได้แค่ 20-30 % ของความแรงสูงสุด เพื่อให้เห็นความเปลี่ยนแปลงให้มาก

จากรูป แสดงให้เห็นความแรงของสัญญาณตามช่วงเวลาต่าง ๆ ซึ่งผมได้ทดลอง ตั้งแต่เวลา 07.00 - 22.00 น. โดยทำการวัดความแรงทุก ๆ 2 ชั่วโมง (ยกเว้นตอนค่ำ 3 ชั่วโมง) ผมทดลองอยู่ 16 วัน (เดือน ธันวาคม 2554) ผลเฉลี่ย ออกมาดังรูป การทดลองนี้ ไม่สนใจ เรื่องเมฆ หรืออุญหภูมิใด ๆ ใช้แค่ช่วงเวลาและความแรงเท่านั้น

 

การทดลองที่ 2

ผมทดลองวัดความแรงของสัญญาณเทียบกับความแรงของสัญญาณรบกวนในช่วงเวลาต่าง ๆ

 

 

ผมใช้เวลาทดลองอยู่ 13 วัน พบว่า ช่วงเวลากลางคืนระดับสัญญาณรบกวนจะน้อยกว่ากลางวันเล็กน้อย แต่ระดับสัญาณที่รับได้ไม่ค่อยมีการเปลี่ยนแปลง

การทดลองที่ 3

ผมทดลองวัดอุณหภูมิ ในช่วงเวลาต่าง ๆ เทียบกับความแรงของสัญญาณที่รับได้ ถ้าดูจากกราฟ อุณภูมิแค่อย่างเดียวอาจจะไม่สามารถสรุปได้ว่ามีผลอย่างไรกับสัญญาณที่รับได้ ต้องมีองค์ประกอบอื่น ๆ เข้ามาเกี่ยวข้องด้วย นอกจากนี้ช่วงเวลาที่ฝนตกระดับสัญญาณสวิงมากพอสมควรครับ ตัวอย่างการทดลองข้างต้น

 

ผมได้ทดลองแค่ช่วงเวลาสั้น ๆ 13 และ 16 วัน ไม่อาจจะสรุปอะไรได้ เพื่อน ๆ อย่าได้เอาผลการทดลองของผมไปอ้างอิงใด ๆ นะครับ แต่อยากให้เป็นแนวทางสำหรับเพื่อนสมาชิกที่จะนำไปทดลอง ต่อยอดตามความสนใจของตัวเอง รวมกลุ่มกันทดลองนะครับ จะได้เรียนรู้ร่วมกัน สนุกและได้ความรู้กว่าการคุยวิทยุไปวัน ๆ

 

บทความที่เกี่ยวข้อง

 

HS8JYX ตั้งอยู่บ้านเลขที่ 99/31 ถ.เจริญสุข ต.ปากน้ำ อ.เมือง จ.กระบี่ 81000