การสื่อสารโดยอาศัยคลื่นวิทยุ

คำนำ หนังสืออิเล็กทรอนิกส์(E-Book) เรื่อง การสื่อสารโดยอาศัย คลื่นวิทยุ เป็นส่วนหนึ่งของรายวิชาฟิสิกส์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 มีจุดประสงค์เพื่อศึกษาหาความรู้เกี่ยวกับการสื่อสารโดยอาศัย คลื่นวิทยุ เพื่อใช้ประกอบการเรียนการสอนและไว้เป็นความรู้ให้ แก่ผู้ที่ต้องการศึกษาเกี่ยวกับการสื่อสารโดยอาศัยคลื่นวิทยุ ผู้จัดทำหวังเป็นอย่างยิ่งว่าหนังสืออิเล็กทรอนิกส์(E-Book) เรื่อง การสื่อสารโดยอาศัยคลื่นวิทยุ เล่มนี้จะเป็นประโยชน์ต่อ ท่านที่ต้องการจะศึกษาและเป็นส่วนสำคัญในการพัฒนา คุณภาพและมาตรฐานการศึกษากลุ่มสาระการเรียนรู้ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ขอขอบคุณ อาจารย์ไพโรจน์ ขุมขำ ตลอดจนคุณครูที่ช่วย ชี้แนะแนวทางในการจัดทำหนังสืออิเล็กทรอนิกส์(E-Book) เล่มนี้สำเร็จลุล่วงไปด้วยดี ณ โอกาสนี้ นางสาวสิริญญาภรณ์ ลีสี

สารบัญ หน้า เรื่อง 1-4 4-5 การกระจายสัญญาณเสียงของสถานีวิทยุ 6 การส่งและรับสัญญาณโทรศัพท์เคลื่อนที่ ความรู้เพิ่มเติม 7 แบบฝึกหัด 8-9 เฉลยแบบฝึกหัด

1 การสื่อสารโดยอาศัยคลื่นวิทยุ คลื่นวิทยุเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่นำมาใช้ในการสื่อสาร มากที่สุด ซึ่งมีรูปแบบการใช้งานที่หลากหลาย ในที่นี้จะกล่าวถึงการใช้คลื่นวิทยุเพื่อการสื่อสาร 3 แบบ คือ 1.การกระจายสัญญาณเสียงของสถานีวิทยุ 2.การส่งและรับสัญญาณโทรศัพท์เคลื่อนที่ 3.การส่งและรับสัญญาณอินเทอร์เน็ตแบบไร้สาย การกระจายสัญญาณเสียงของสถานีวิทยุ การกระจายสัญญาณเสียงของสถานีวิทยุมีขั้นตอนหลัก ตามแผนภาพในรูป 18.24 สายอากาศของเสาวิทยุกระจาย สัญญาณเสียงออกจากสถานี สัญญาณเสียง สายอากาศรับสัญญาณเสียง สัญญาณไฟฟ้าผสม แยกคลื่นวิทยุออก กับคลื่นวิทยุ จากสัญญาณไฟฟ้า ไมโครโฟนในห้องส่งแปลง แปลงสัญญาณไฟฟ้า คลื่นเสียงเป็นสัญญาณไฟฟ้า กลับเป็นคลื่นเสียง เสียงที่ออกลำโพง รูป 18.24 การส่งสัญญาณเสียงของสถานีวิทยุและการ รับสัญญาณเสียงของเครื่องรับวิทยุ

2 เริ่มจากคลื่นเสียงที่พูดผ่านไมโครโฟนได้รับการแปลง สัญญาณไฟฟ้า จากนั้นสัญญาณไฟฟ้าที่ได้จะถูกนำไปผสม กับคลื่นวิทยุ คลื่นที่ผสมแล้วเรียกว่า สัญญาณเสียงของสถานี วิทยุ ซึ่งจะถูกขยายให้มีกำลังสูงขึ้น แล้วส่งไปยังสายอากาศ เพื่อกระจายออกจากสถานีวิทยุ และเมื่อสัญญาณเสียงเดิน ทางไปถึงเครื่องรับวิทยุ คลื่นวิทยุจะถูกแยกออกจากสัญญาณ ไฟฟ้า แล้วสัญญาณไฟฟ้าจะถูกแปลงกลับไปเป็นเสียงที่ เหมือนกับส่งมาจากสถานี ในการผสมคลื่นวิทยุกับสัญญาณไฟฟ้า มีวิธีการผสม 2 แบบด้วยกันคือ แบบเอเอ็มและแบบเอฟเอ็ม ซึ่งระบบกระจาย สัญญาณวิทยุที่ใช้การผสมแต่ละแบบเรียกว่า ระบบวิทยุ เอเอ็ม(AM radio) และ ระบบวิทยุเอฟเอ็ม(FM radio) การผสมแบบเอเอ็ม เป็นการผสมในลักษณะที่แอมพลิจูด ของคลื่นวิทยุมีการปรับแต่งลักษณะของสัญญาณไฟฟ้าที่นำ มาผสม ในขณะที่ความถี่ของคลื่นวิทยุไม่มีการเปลี่ยนแปลง ดังรูป 18.25 ก. ส่วนการผสมแบบเอฟเอ็ม เป็นการผสมใน ขณะที่ความถี่ของคลื่นวิทยุมีการปรับแต่งตามสัญญาณไฟฟ้า ที่นำมาผสม ในขณะที่แอมพลิจูดของคลื่นวิทยุไม่เปลี่ยนแปลง ดังรูป 18.25 ข.

3 ก.แบบเอเอ็ม ข.แบบเอฟเอ็ม รูป 18.25 กาผสมคลื่นวิทยุกับสัญญาณไฟฟ้า หลายคนอาจเคยมีประสบการณ์ที่ได้ยินเสียงที่ขาดหายจาก เครื่องรับวิทยุ เมื่อมีฝนตกฟ้าคะนอง ทั้งนี้เพราะปรากฏการณ์ ฟ้าแลบและฟ้าผ่าสามารถทำให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ รบกวนสัญญาณที่ส่งมาจากสถานีวิทยุ ถ้าการรับสัญญาณ เสียงมาจากระบบเอเอ็ม จะพบว่าเสียงที่ได้ยินขาดหายและมี ความไม่ชัดเจนมากกว่าสัญญาณเสียงที่มาจากระบบเอฟเอ็ม ทั้งนี้เพราะคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มารบกวนส่วนใหญ่ไม่ส่งผลกับ ความถี่ของสัญญาณเสียง แต่จะส่งผลกับแอมพลิจูด ดังนั้น ระบบวิทยุเอฟเอ็มจึงเป็นที่นิยมมากกว่า อย่างไรก็ตาม ระบบ วิทยุเอเอ็มยังมีข้อได้เปรียบในด้านขนาดพื้นที่ครอบคลุม

4 การส่งสัญญาณที่มากกว่า และสามารถส่งสัญญาณผ่านสิ่ง กีดขวางต่างๆ เช่น ตึกสูง หรือ ภูเขาใหญ่ ได้ดีกว่าระบบวิทยุ เอฟเอ็ม การส่งและรับสัญญาณโทรศัพท์เคลื่อนที่ การสื่อสารด้วยโทรศัพท์เคลื่อนที่มีขั้นตอนของการส่งและ รับสัญญาณคล้ายกับการกระจายสัญญาณเสียงของสถานี วิทยุ แต่มีความแตกต่างที่การแบ่งขอบเขตพื้นที่การรับและส่ง สัญญาณ หรือ เซลล์(cell) ออกเป็นพื้นที่ไม่กว้างมาก โดย แต่ละเซลล์มีสถานีฐาน (base station) ที่ทำหน้าที่รับและส่ง ต่อสัญญาณระหว่างกัน ดังรูป 18.26ขอบเขตพื้นที่ให้บริการรับและส่ง แปลงเสียงหรือข้อมูล สัญญาณโทรศัพท์เคลื่อนที่ หรือ เซลล์ เป็นสัญญาณไฟฟ้า ผสม สถานีฐาน สถานีฐาน แยก สัญญาณ สัญญาณ คลื่นวิทยุ สถานีฐาน สถานีฐาน แปลงสัญญาณไฟฟ้า กลับเป็นเสียงหรือ ข้อมูลที่เหมือนเดิม รูป 18.26 การรับและส่งสัญญาณของเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่

5 การสื่อสารโดยใช้โทรศัพท์เคลื่อนที่เริ่มจากการที่เสียงพูด หรือข้อมูลต่างๆถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า จากนั้นสัญญาณ ไฟฟ้าที่ได้จะนำไปผสมกับคลื่นวิทยุกลายเป็นสัญญาณเสียง หรือสัญญาณข้อมูลที่ถูกส่งต่อไปยังสายอากาศขนาดเล็กของ โทรศัพท์เพื่อการกระจายออกไปยังเสารับสัญญาณที่อยู่ใกล้ เคียง จากนั้นเสารับสัญญาณจะส่งสัญญาณต่อไปยังสถานีฐาน ที่มีขอบเขตพื้นที่ให้บริการครอบคลุมบริเวณที่ผู้ใช้โทรศัพท์อยู่ ลำดับต่อมา สถานีฐานจะทำหน้าที่รับแล้วส่งต่อสัญญาณเสียง หรือข้อมูลไปยังสถานีฐานอื่นๆ ที่อยู่ใกล้เคียงจนกระทั่งถึง สถานีที่มีขอบเขตพื้นที่ให้บริการครอบคลุมบริเวณที่มีผู้รับ ปลายทางอยู่ เมื่อสัญญาณเสียงหรือข้อมูลไปถึงสายอากาศ ของโทรศัพท์เคลื่อนที่ของผู้รับ จะถูกแยกออกเป็นคลื่นวิทยุ และสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งสัญญาณไฟฟ้าจะถูกแปลงกลับเป็น เสียงหรือข้อมูลที่เหมือนกับที่ส่งมาจากต้นทาง

6 ความรู้เพิ่มเติม วิวัฒนาการของระบบโทรศัพท์เคลื่อนที่ถูกแบ่งเป็นยุคๆ (generation) โดยยุคแรก(first generation) เรียกว่า ยุค IG และยุคต่อไปมีชื่อเรียกตามลำดับตัวเลขที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆโดย แต่ละยุคมีช่วงเวลาประมาณ 10 ปี ซึ่งในปัจจุบันอยู่ในช่วงของ ยุค 4G ที่ประเทศไทยได้ร่วมใช้งานในปี พ.ศ.2556 และต่อไปจะ เป็นช่วงของยุค 5G การพัฒนาของระบบโทรศัพท์ในแต่ละยุค ได้นำไปสู่การ ขยายการรองรับปริมาณการใช้งานที่มากขึ้น ประสิทธิภาพการ ส่งสัญญาณที่ดีขึ้น รวมทั้งความสามารถในการส่งสัญญาณที่ ดีขึ้น รวมทั้งความสามารถในการส่งสัญญาณอื่นๆ นอกจาก สัญญาณเสียง โดยในยุค 4G ได้มีการพัฒนาให้การส่งและรับ สัญญาณข้อมูลรวดเร็วขึ้นกว่าในยุค 3G ช่วยให้โทรศัพท์ที่ใช้ ระบบ 4Gสามารถใช้ชมคลิปวิดีโอแบบคมชัดสูง (high definition) ประชุมทางไกล (video conference) หรือเข้าชม เว็บไซต์ที่มีสื่อต่างๆจำนวนมากได้อย่างชัดเจนและไม่ติดขัด

7 แบบฝึกหัด คำชี้แจง : จงตอบคำถามต่อไปนี้ให้ถูกต้อง 1.การใช้คลื่นวิทยุเพื่อการสื่อสารมีกี่แบบ อะไรบ้าง 2.การผสมคลื่นวิทยุกับสัญญาณไฟฟ้าแบบเอเอ็มและแบบ เอฟเอ็มต่างกันอย่างไร 3.ระบบวิทยุเอเอ็มมีข้อได้เปรียบอย่างไรบ้าง 4.สถานีฐานมีหน้าที่อะไร 5.จงอธิบายการรับและส่งสัญญาณของเครือข่ายโทรศัพท์ เคลื่อนที่

8 เฉลยแบบฝึกหัด 1.การใช้คลื่นวิทยุเพื่อการสื่อสารมีกี่แบบ อะไรบ้าง ตอบ มี 3 แบบ คือ 1.การกระจายสัญญาณเสียงของสถานีวิทยุ 2.การส่งและรับสัญญาณโทรศัพท์เคลื่อนที่ 3.การส่งและรับ สัญญาณอินเตอร์เน็ตแบบไร้สาย 2.การผสมคลื่นวิทยุกับสัญญาณไฟฟ้าแบบเอเอ็มและแบบ เอฟเอ็มต่างกันอย่างไร ตอบ การผสมแบบเอเอ็ม เป็นการผสมในลักษณะที่แอมพลิจูด ของคลื่นวิทยุมีการปรับแต่งตามลักษณะของสัญญาณไฟฟ้าที่ นำมาผสม ในขณะที่ความถี่ของคลื่นวิทยุไม่มีการเปลี่ยนแปลง ส่วนการผสมแบบเอฟเอ็ม เป็นการผสมในขณะที่ความถี่ของ คลื่นวิทยุมีการปรับแต่งตามสัญญาณไฟฟ้าที่นำมาผสม ใน ขณะที่แอมพลิจูดของคลื่นวิทยุไม่เปลี่ยนแปลง 3.ระบบวิทยุเอเอ็มมีข้อได้เปรียบอย่างไรบ้าง ตอบ ขนาดพื้นที่ครอบคลุมการส่งสัญญาณที่มากกว่า และ สามารถส่งสัญญาณผ่านสิ่งกีดขวางต่างๆ เช่น ตึกสูง หรือ ภูเขาใหญ่ ได้ดีกว่าระบบวิทยุเอฟเอ็ม

9 4.สถานีฐานทำหน้าที่อะไร ตอบ ทำหน้าที่รับและส่งต่อสัญญาณระหว่างกัน 5.จงอธิบายการรับและส่งสัญญาณของเครือข่ายโทรศัพท์ เคลื่อนที่ ตอบ เสียงพูดหรือข้อมูลต่างๆถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า จาก นั้นสัญญาณไฟฟ้าที่ได้จะนำไปผสมกับคลื่นวิทยุกลายเป็น สัญญาณเสียงหรือสัญญาณข้อมูลส่งต่อไปเพื่อการกระจายไป ยังเสารับสัญญาณที่อยู่ใกล้เคียง เสารับสัญญาณต่อไปยัง สถานีฐาน สถานีฐานรับแล้วส่งต่อสัญญาณเสียงหรือข้อมูลไป ยังสถานีฐานอื่นๆ ที่อยู่ใกล้เคียงจนถึงสถานีที่มีขอบเขตพื้นที่ให้ บริการครอบคลุมบริเวณที่มีผู้รับปลายทางอยู่

จัดทำโดย นางสาวสิริญญาภรณ์ ลีสี ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6/2 เลขที่ 37 เสนอ อาจารย์ไพโรจน์ ขุมขำ โรงเรียนชาติตระการวิทยา สำนักงานเขตพื้นที่การศึกษามัธยมศึกษาพิษณุโลกอุตรดิตถ์