Research

การทดสอบมาตรฐานเครื่องส่งวิทยุระบบเอฟเอ็ม (ตอนที่ 2)


อาจารย์โชคชัย แสงดาว  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมโทรคมนาคม  
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
21 ธันวาคม 2556  


สำหรับใครที่ยังไม่ได้อ่านตอนที่ 1 สามารถอ่านได้ที่นี่้เลยครับ : http://www.eng.mut.ac.th/article_detail.php?id=28

3. อุปกรณ์เครื่องมือและวิธีการทดสอบ
     อุปกรณ์เครื่องมือที่จำเป็นสำหรับการใช้ทดสอบเครื่องส่งวิทยุระบบเอฟเอ็มทั่วไปประกอบด้วย เครื่องส่งวิทยุ (Transmitter ; Tx) อุปกรณ์ลดทอนสัญญาณ อุปกรณ์เชื่อมต่อสัญญาณ อุปกรณ์กรองหยุดแถบความถี่ โหลดหุ่น มิเตอร์วัดสัญญาณรบกวน เครื่องวิเคราะห์สเปคตรัมหรือมิเตอร์วัดกำลังงานหรือชุดทดสอบการสื่อสารวิทยุ และเครื่องกำเนิดสัญญาณวิทยุ [9]-[10] ที่สามารถใช้วัดกำลังคลื่นพาห์ที่กำหนด กำลังปล่อยออกปลอมเทียมโดยการนำ การปล่อยคลื่นนอกแถบ ความผิดพลาดความถี่ และการเบี่ยงเบนความถี่ โดยการใช้เครื่องมือและอุปกรณ์ต่อร่วมกันดังนี้

     3.1) การวัดกำลังคลื่นพาห์ที่กำหนด

ก)

ข)

รูปที่ 7 การต่ออุปกรณ์วัดกำลังคลื่นพาห์ที่กำหนด
ก) วิธีใช้อุปกรณ์ลดทอนสัญญาณ
ข) วิธีใช้อุปกรณ์เชื่อมต่อสัญญาณ

     การวัดกำลังคลื่นพาห์ที่กำหนดสามารถกระทำได้คือใช้อุปกรณ์ลดทอนสัญญาณร่วมกับเครื่องวิเคราะห์สเปคตรัมหรือใช้อุปกรณ์เชื่อมต่อสัญญาณร่วมกับโหลดหุ่นและเครื่องวิเคราะห์สเปคตรัมดังแสดงในรูปที่ 7 ก) และ ข) ตามลำดับ ซึ่งเป็นการวัดระดับสัญญาณของวงจรขยายในสภาวะที่ยังไม่มีการมอดูเลต ผลกำลังงานที่วัดได้จะต้องคิดค่าการลดทอนสัญญาณของสายนำสัญญาณต่างๆในระบบการวัดเข้าด้วยกัน โดยกำลังงานที่วัดได้จะต้องมีค่าไม่เกิน +0.5 dB

     3.2) การวัดกำลังปล่อยออกปลอมเทียมโดยการนำ

ก)

ข)

รูปที่ 8 การต่ออุปกรณ์วัดกำลังปล่อยออกปลอมเทียมโดยการนำ
ก) วิธีใช้อุปกรณ์ลดทอนสัญญาณและกรองหยุดแถบความถี่
ข) วิธีใช้อุปกรณ์เชื่อมต่อสัญญาณ กรองหยุดแถบความถี่ และโหลดหุ่น

     วิธีการวัดกำลังปล่อยออกปลอมเทียมโดยการนำคือใช้อุปกรณ์ลดทอนสัญญาณและกรองหยุดแถบความถี่หรือใช้อุปกรณ์เชื่อมต่อสัญญาณ กรองหยุดแถบความถี่ และโหลดหุ่นร่วมกับเครื่องวิเคราะห์สเปคตรัมหรือชุดทดสอบการสื่อสารความถี่วิทยุดังแสดงในรูปที่ 8 ก) และ ข) โดยจะวัดสัญญาณในสภาวะที่ไม่มีการมอดูเลตช่วง 3 ความถี่ได้แก่ 9 กิโลเฮิรตซ์ ถึง 150 กิโลเฮิรตซ์ 150 กิโลเฮิรตซ์ ถึง 30 เมกะเฮิรตซ์ และ 30 เมกะเฮิรตซ์ ถึง 1 จิกะเฮิรตซ์ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องตั้งความละเอียดของเครื่องวิเคราะห์สเปคตรัม (Resolution Bandwidth) ให้เหมาะสมคือ 1 กิโลเฮิรตซ์ 10 กิโลเฮิรตซ์ และ 100 กิโลเฮิรตซ์ตามลำดับ ผลการวัดที่ได้จะต้องไม่มีความถี่อื่นใดแปลกปลอมออกมาจากเครื่องส่งนอกจากความถี่ที่ใช้งานเท่านั้น

     3.3) การวัดการปล่อยคลื่นนอกแถบ
     
สำหรับการวัดการปล่อยคลื่นนอกแถบจะต้องใช้มิเตอร์วัดสัญญาณรบกวนกับเครื่องกำเนิดสัญญาณวิทยุเพิ่มเข้ามาดังแสดงในรูปที่ 9 ก) และ ข) เนื่องจากเป็นการวัดสัญญาณในสภาวะที่มีการมอดูเลตแล้ว

ก)

ข)

รูปที่ 9 การต่ออุปกรณ์วัดการปล่อยคลื่นนอกแถบ
ก) วิธีใช้อุปกรณ์เชื่อมต่อสัญญาณและมิเตอร์วัดสัญญาณรบกวน
ข) วิธีใช้อุปกรณ์ลดทอนสัญญาณและมิเตอร์วัดสัญญาณรบกวน

     โดยการป้อนสัญญาณวิทยุเข้าไปให้มีระดับกำลังงานสัญญาณช่องด้านซ้ายน้อยกว่าช่องด้านขวา 6 dB และค่าเบี่ยงเบนความถี่ +40 กิโลเฮิรตซ์ วัดความแรงสัญญาณรบกวนช่องด้านขวาด้วยมิเตอร์วัดสัญญาณรบกวนพร้อมกับปรับตั้งระดับสัญญาณที่อ่านได้จากเครื่องวิเคราะห์สเปคตรัมให้ตำแหน่งสูงสุดเท่ากับ 0 dB เพื่อใช้สำหรับเป็นตำแหน่งอ้างอิง หลังจากนั้นค่ากำลังงานที่อ่านได้ ณ ตำแหน่งความถี่ +200 กิโลเฮิรตซ์ +300 กิโลเฮิรตซ์ และ +500 กิโลเฮิรตซ์ จากเครื่องส่งวิทยุที่ทดสอบจะต้องมีค่าไม่น้อยกว่า -80 dBc, -80 dBc และ -85 dBc ตามลำดับ (dBc คือค่าระดับกำลังงานสัมพัทธ์กับสัญญาณพาห์)

     3.4) การวัดความผิดพลาดความถี่
     
ส่วนการทดสอบการวัดความผิดพลาดความถี่จะวัดสัญญาณในสภาวะไม่มีการมอดูเลตสัญญาณ ผลการวัดความถี่ที่ได้จะต้องมีค่าผิดพลาดไม่เกิน +2 กิโลเฮิรตซ์ การต่ออุปกรณ์การวัดความผิดพลาดความถี่ดังแสดงในรูปที่ 10 ก) และ ข)

ก)

ข)

รูปที่ 10 การต่ออุปกรณ์วัดความผิดพลาดความถี่
ก) วิธีใช้อุปกรณ์ลดทอนสัญญาณ
ข) วิธีใช้อุปกรณ์เชื่อมต่อสัญญาณ

     3.5) การวัดการเบี่ยงเบนความถี่
     
วิธีการวัดการเบี่ยงเบนความถี่จะวัดสัญญาณในสภาวะที่มีและไม่มีการมอดูเลต โดยขั้นตอนการวัดเช่นเดียวกับการวัดการปล่อยคลื่นนอกแถบคือป้อนสัญญาณวิทยุเข้าไปให้มีระดับกำลังงานสัญญาณช่องด้านซ้ายน้อยกว่าช่องด้านขวา 6 dB และค่าเบี่ยงเบนความถี่ +40 กิโลเฮิรตซ์ หลังจากนั้นเพิ่มระดับความแรงสัญญาณของเครื่องกำเนิดสัญญาณวิทยุจนอ่านค่าจากเครื่องวิเคราะห์สเปคตรัมได้เท่ากับ 12 dB ซึ่งต้องมีค่าเบี่ยงเบนความถี่ประมาณ +145 กิโลเฮิรตซ์ (เครื่องกำเนิดสัญญาณวิทยุจะอยู่ในสภาวะ Disable) และเมื่อทำการ Enable Deviation Limiter ที่เครื่องกำเนิดสัญญาณวิทยุ ค่าเบี่ยงเบนความถี่ที่อ่านได้จากเครื่องวิเคราะห์สเปคตรัมจะต้องไม่เกิน +75 กิโลเฮิรตซ์ จึงจะเป็นผลทดสอบที่ถูกต้องดังแสดงในรูปที่ 11 ก) และ ข) ตามลำดับ

ก)

ข)

รูปที่ 11 การต่ออุปกรณ์วัดการเบี่ยงเบนความถี่
ก) วิธีใช้อุปกรณ์ลดทอนสัญญาณและเครื่องกำเนิดสัญญาณ
ข) วิธีใช้อุปกรณ์เชื่อมต่อสัญญาณและเครื่องกำเนิดสัญญาณ

     คณะกรรมการกิจการกระจายเสียง กิจการโทรทัศน์ และกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติได้ทำการออกประกาศในราชกิจจานุเบกษาเพื่อใช้เป็นกฎหมายควบคุมสถานีทดลองประกอบกิจการวิทยุกระจายเสียงที่มีอยู่จำนวนมากในปัจจุบัน ซึ่งสถานีทดลองประกอบกิจการวิทยุกระจายเสียงที่ยังไม่ได้ลงทะเบียนและยังไม่ผ่านการทดสอบมาตรฐานทางเทคนิคมักสร้างปัญหาสัญญาณรบกวนซึ่งกันและกันโดยอาจจะรู้เท่าไม่ถึงการณ์ อีกทั้งยังรบกวนสัญญาณในระบบอื่นๆที่มีความสำคัญกับชีวิตมนุษย์ซึ่งอาจมีการฟ้องร้องเป็นคดีความตามมา ปัญหาเหล่านี้จะลดลงจนหมดไปเมื่อมีการบังคับใช้กฎหมายอย่างเข้มงวดจริงจัง ตลอดจนเครื่องส่งวิทยุสำหรับทดลองประกอบกิจการวิทยุกระจายเสียงจะต้องผ่านการทดสอบมาตรฐานทางเทคนิคจากหน่วยงานที่ได้รับอนุญาต โดยต้องผ่านการทดสอบทั้ง 5 ประเด็นดังกล่าวข้างต้น ประเด็นหลักที่สร้างปัญหาสัญญาณรบกวนมากที่สุดคือการปล่อยคลื่นนอกแถบซึ่งเกิดจากการมอดูเลตระหว่างกัน หากแก้ไขไม่ถูกจุดสถานีวิทยุที่ถูกรบกวนด้วยการปล่อยคลื่นนอกแถบจากสถานีอื่นจะเพิ่มกำลังส่งของตนให้สูงขึ้น การเพิ่มกำลังส่งจะส่งผลทำให้ระดับสัญญาณของการปล่อยคลื่นนอกแถบของสถานีนั้นๆสูงตามไปด้วยวิธีนี้จึงเป็นวิธีแก้ไขที่ไม่ถูกต้องตามหลักวิชาการ ประเด็นรองลงมาคือปัญหากำลังปล่อยออกปลอมเทียมเกิดจากสัญญาณฮาร์มอนิก (Harmonics) ของเครื่องส่งที่หลุดลอดออกมาซึ่งสามารถกำจัดได้ด้วยการใช้วงจรกรองแบบผ่านต่ำที่มีคุณภาพสูง ส่วนปัญหาความผิดพลาดความถี่และการเบี่ยงเบนความถี่เกิดจากวงจรกำเนิดสัญญาณคลื่นพาห์ที่ไม่มีเสถียรภาพทั้งออสซิลเลเตอร์ประจำเครื่อง และวงจรควบคุม (Controller) ซึ่งต้องอาศัยผู้เชี่ยวชาญในการออกแบบวงจรผลิตความถี่คลื่นพาห์ที่ดีจึงจะขจัดปัญหาเหล่านี้ได้ [11] วิธีการหนึ่งที่ง่ายที่สุดสำหรับแก้ปัญหาเรื่องกำลังเครื่องส่งคือต้องใช้สายอากาศที่มีอัตราขยายสูงเพียงพอ มีแบบรูปการแผ่พลังงานแบบรอบตัว (Omnidirectional Pattern) และมีการแมตช์อิมพีแดนซ์ (Impedance Matching) กับเอาท์พุท (Output) ของเครื่องส่ง เพื่อครอบคลุมพื้นที่ออกอากาศได้เป็นบริเวณกว้าง สำหรับการแก้ปัญหาสัญญาณรบกวนอย่างง่ายอาจใช้เทคนิคการลดสัญญาณรบกวน (Noise Reduction) โพลาร์ไรเซชัน (Polarization) ไดเวอร์ซิตี้ (Diversity) หรือการใช้ความถี่ซ้ำ (Frequency reuse)  [12]-[13] ขณะที่ระบบสายดิน (Ground) ต้องมีคุณสมบัติความเป็นดินทางไฟฟ้าได้ดีซึ่งตามที่มาตรฐานแนะนำควรมีความต้านทาน 6 โอห์ม (ไม่เกิน 20 โอห์ม) และจะสังเกตได้ว่าอุปกรณ์และเครื่องมือวัดที่ใช้ทดสอบมาตรฐานทางเทคนิคนั้นมีราคาสูง การจัดตั้งศูนย์ทดสอบขึ้นใหม่อาจจะยังไม่คุ้มต้นทุนหรือคืนต้นทุนได้ช้า เนื่องจากต้นทุนด้านราคาอุปกรณ์เครื่องมือ อาคารสถานที่ ผู้ปฏิบัติการทดสอบ และค่าบำรุงรักษา ตลอดจนค่าใช้จ่ายในการสอบเทียบหรือสอบทวนเครื่องมือและอุปกรณ์ให้มีความเที่ยงตรงตลอดเวลา ดังนั้นงานนี้จึงอาจจะเหมาะสมกับหน่วยงานที่มีความพร้อมด้านเครื่องมือและสถานที่อยู่ก่อนแล้ว
     สถานีวิทยุกระจายเสียงภายในประเทศไทยในอนาคตอาจจะมีแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงการออกอากาศจากระบบเก่าคือระบบแอนะลอก (Analog) ทั้งเอเอ็มและเอฟเอ็มไปเป็นระบบดิจิตอล (Digital) หรือที่ทราบกันดีคือวิทยุดิจิตอล (Digital Radio) [14] เนื่องจากระบบดิจิตอลมีคุณภาพเสียงที่ดีกว่าและมีภูมิคุ้มกันสัญญาณรบกวนสูงกว่าระบบแอนะลอก ซึ่งระบบวิทยุดิจิตอลในปัจจุบันมีทั้งของ Eureka 147 (DAB), Digital Radio Mondale (DRM) และ SAT (Satellite Radio) ซึ่งเป็นวิทยุดิจิตอลที่ใช้งานในกลุ่มประเทศยุโรป สำหรับ FM In-Band On Channel  (FM IBOC), HD Radio (High Definition Radio) และ SAT (Satellite Radio) ใช้งานในกลุ่มประเทศอเมริกา ส่วนใหญ่จะใช้วิธีการมอดูเลตแบบรหัสพัลส์ (Pulse Code Modulation ; PCM) หรือมอดูเลตแบบฟรีเควนซี่ชิฟท์คีย์อิ้ง (Frequency Shift Keying ; FSK) และมอดูเลตแบบเฟสชิฟท์คีย์อิ้ง (Phase Shift Keying ; PSK) อย่างใดอย่างหนึ่งตามความเหมาะสม [15] วิธีมอดูเลตทั้ง 3 แบบนี้เป็นวิธีพื้นฐานที่นิยมกันอย่างกว้างขวางทั่วโลก เนื่องจากสามารถเพิ่มช่องสัญญาณได้สูงขึ้นเพราะว่าใช้ความกว้างแถบความถี่ในการส่งสัญญาณเสียงแคบลง

4. บทสรุป

     มาตรฐานการออกอากาศวิทยุกระจายเสียงภายในประเทศไทยได้ยึดถือข้อแนะนำตามสหภาพโทรคมระหว่างประเทศ สถาบันมาตรฐานทางโทรคมนาคมยุโรป คณะกรรมาธิการด้านเทคนิคไฟฟ้าสากล และสำนักงานมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม โดยคณะกรรมการกิจการกระจายเสียง กิจการโทรทัศน์ และกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติเป็นผู้ควบคุมกำกับดูแล ผู้ทดลองประกอบกิจการวิทยุกระจายเสียงและผู้ทดสอบมาตรฐานจะต้องผ่านการอบรมและลงทะเบียน โดยเครื่องส่งวิทยุกระจายเสียงจะต้องผ่านการทดสอบมาตรฐานทางเทคนิคได้แก่ กำลังคลื่นพาห์ที่กำหนด กำลังปล่อยออกปลอมเทียมโดยการนำ การปล่อยคลื่นนอกแถบ ความผิดพลาดความถี่ และการเบี่ยงเบนความถี่ จึงจะสามารถนำเครื่องส่งวิทยุไปใช้งานได้ ทั้งนี้เพื่อป้องกันปัญหาสัญญาณรบกวนซึ่งกันและกัน หรือรบกวนอุปกรณ์เครื่องมือที่มีความสำคัญกับชีวิตมนุษย์

เอกสารอ้างอิง
[1] ETSI Secretarial, “ETSI EN 302 018-1 V1.2.1 (2006-03)) : Electromagnetic Compatibility and Radio Spectrum Matters (ERM) ; Transmitting Equipment for the Frequency Modulated (FM) Radio Broadcast Service; Part 1: Technical Characteristics and Test Methods,” European Telecommunication Standard, January 2006.
[2] ITU-R Rediocomunication Sector, “ITU-R SM.329-11 (2011-01) : Unwanted Emissions in the Spurious Domain,” International Telecommunication Union, 2011.
[3] ETSI Secretarial, “ETSI EN 302 018-1 V1.2.1 (2006-03)) : Electromagnetic Compatibility and Radio Spectrum Matters (ERM) ; Transmitting Equipment for the Frequency Modulated (FM) Radio Broadcast Service; Part 2: Technical Characteristics and Test Methods,” European Telecommunication Standard, January 2006.
[4] ETSI Secretarial, “ETS 300 384 : Radio Broadcasting System ; Very High Frequency (VHF), Frequency Modulated, Sound Broadcasting Transmitters,” European Telecommunication Standard, January 1995.

[5] International Standard, “IEC 60950-1 : Information Technology Equipment-Safety Part 1 : General Requirements,” 2nd Edition, International Electrotechnical Commission, 2005.
[6] ITU-R Standardization Sector, “ITU-T K.70 : Mitigation Techniques to Limit Human Exposure to EMFs in the Vicinity of Radiocommunication Stations,” International Telecommunication Union, 2007.
[7] สำนักงานมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม, “มอก. 1561-2548 : บริภัณฑ์เทคโนโลยีสารสนเทศเฉพาะด้านความปลอดภัย : ข้อกำหนดทั่วไป,” กระทรวงอุตสาหกรรม, 2549.
[8] วิวัฒน์ กิรานนท์, “วิศวกรรมการสื่อสาร,” ภาควิชาวิศวกรรมโทรคมนาคม, คณะวิศวกรรมศาสตร์, สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหาร ลาดกระบัง, พิมพ์ครั้งที่ 1, 2 มกราคม 2540.
[9] คณะกรรมการกิจการกระจายเสียง กิจการโทรทัศน์ และกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ, “ประกาศคณะกรรมการกิจการกระจายเสียง กิจการโทรทัศน์ และกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ,” เอกสารประกอบการฝึกอบรม การทดสอบมาตรฐานทางเทคนิคของเครื่องส่งวิทยุกระจายเสียง สำหรับการทดลองประกอบกิจการ เล่มที่ 1, 27-28 ตุลาคม 2555.
[10] คณะกรรมการกิจการกระจายเสียง กิจการโทรทัศน์ และกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ, “ประกาศคณะกรรมการกิจการกระจายเสียง กิจการโทรทัศน์ และกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ,” เอกสารประกอบการฝึกอบรม การทดสอบมาตรฐานทางเทคนิคของเครื่องส่งวิทยุกระจายเสียง สำหรับการทดลองประกอบกิจการ เล่มที่ 2, 27-28 ตุลาคม 2555.
[11] Radio Research Laboratory Harvard University, “Very High-Frequency Techniques,” Volume 2, 1st Edition, 3rd Impression, McGraw-Hill International Edition, New York and London, 1947.
[12] C. A. Balanis, “Antenna Theory : Analysis and Design,” John Wiley & Sons, Inc., New York, 1982.
[13] J. D. Kraus and R. J. Marhefka, “Antennas for All Applications,” Third Edition, McGraw-Hill International Editions, Singapore, 2003.
[14] Leon W. Couch, “Digital and Analog Communication Systems,” 6th Edition, Prentice Hall PTR Upper Saddle River, NJ, USA , 2000.
[15] Ulrich L. Rohde and T. T. N. Bucher, “Communications Receivers : Principle and Design,” McGraw-Hill International Editions, New York, 1988.

<< ย้อนกลับ