สมบัติทางไฟฟ้าของวัตถุ (ตอนที่1)

ตัวประกอบที่สำคัญเมื่อพิจารณาเกี่ยวกับพฤติกรรมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือ วัตถุหรือตัวกลางที่คลื่นตกกระทบ เฉพาะในเรื่องราวของคลื่นด้วยแล้ว เราอาจจะพบเจอกับลักษณะพิเศษของวัตถุที่จะอธิบายด้วยศัพท์เฉพาะบ่อยครั้งเช่น สภาพยอม(permittivity) ความซึมซาบ(peremeability) ความนำ(conductivity) เป็นต้น ศัพท์เฉพาะดังกล่าวเป็นลักษณะพิเศษทางไฟฟ้าของวัตถุในแต่ละกลุ่ม ซึ่งปกติแล้วเราจะเรียกกันแยกวัตถุเป็นสามกลุ่มด้วยกัน ได้แก่กลุ่มที่เป็นฉนวน กลุ่มที่เป็นสารประกอบแม่เหล็ก และกลุ่มที่เป็นตัวนำ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อตกกระทบกับวัตถุต่างชนิดกันจะมีพฤติกรรมที่แตกต่างกันด้วย เนื่องจากความแตกต่างกันของโครงสร้างของวัตถุและธาตุ ในระดับอะตอม ซึ่งเป็นอานุภาคขนาดเล็กมาก อะตอม แม้จะมีขนาดเล็กมากแต่อะตอมก็มีรูปแบบโครงสร้างที่แตกต่างกันไป ประกอบด้วยส่วนที่เรียกว่า นิวเคลียสและล้อมรอบด้วยประจุลบที่เรียกว่าอิเล็กตรอน นิวเคลียสนั้นจะประกอบด้วยส่วนประกอบย่อยๆ คือนิวตรอนซึ่งในทางไฟฟ้าจะมีสมบัติเป็นกลาง และ โปรตอนซึ่งในทางไฟฟ้าจะมีสมบัติเป็นบวก วัตถุทุกชนิดจะประกอบขึ้นมาจากธาตุที่แตกต่างกันกว่า 102 ธาตุ ในจำนวนนี้มีเพียง 92 ที่เป็นธาตุที่เกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติ[1]
[1] C. A. Balais., “Advanced Engineering Electromagnetics.” John Wiley & Sons, p-42, 1989.

วิเศษ ศักดิืศิริ เขียน

การประยุกต์ใช้งานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านความถี่สูง

นวัตกรรมที่น่าทึ่งสำหรับการนำคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามาใช้งาน เช่นระบบสื่อสารและระบบเรดาร์ หากว่าทั้งสองตัวอย่างก็เป็นเพียงจำนวนเล็กน้อยเมื่อเทียบกับการประยุกต์ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นอย่างหลากหลายมากมาย ทุกวันนี้ ความต้องการของภาคธุรกิจเป็นตัวขับเคลื่อนความเป็นไปด้านเทคโนโลยี เราได้เห็นการนำเสนอระบบสื่อสารส่วนบุคคล ระบบสื่อสารดังกล่าวเชื่อมโยงกับระบบดาวเทียม โทรศัพท์ และระบบสื่อสารข้อมูลเพื่อรองรับเนื้อหาขณะมีการสื่อสาร ได้เห็นว่าสัญญาณโทรทัศน์สามารถแพร่ภาพออกไปทั่วโลกด้วยสัญญาณไมโครเวฟผ่านดาวเทียม เครื่องบินขึ้นลงได้ด้วยการช่วยเหลือของระบบเรดาร์และระบบนำร่อง สัญญาณโทรศัพท์และสัญญาณข้อมูลต้องส่งผ่านสวิตซ์ไมโครเวฟ กองทัพใช้คลื่นไมโครเวฟในการช่วยเหลือ นำทาง และสื่อสารควบคุม สำหรับเรือ รถถังและเครื่องบิน และเราสามารถเข้าถึงบริการโทรศัพท์เคลื่อนที่แบบเซลลูลาร์ได้ในทุกที่ สรุปแล้วคลื่นวิทยุและคลื่นไมโครเวฟนั้น เป็นส่วนประกอบสำคัญสำหรับการสื่อสาร ซึ่งเป็นปัจจัยของการดำรงชีวิตในปัจจุบัน

เทคโนโลยีคลื่นวิทยุและไมโครเวฟนั้นประยุกต์ใช้ได้ในหลากหลายกิจการ ทั้งในกิจการทหาร ภาคธุรกิจ การประยุกต์นั้นรวมไปถึงการค้นคว้าในสาขาวิชาการสื่อสาร เรดาร์ การนำร่อง การควบคุมระยะไกล การระบุตัวตนด้วยคลื่นวิทยุ การแพร่ภาพ รถยนต์ และการควบคุมการจราจรบนทางหลวง การตรวจจับ การค้นหาผู้ประสบพิบัติภัย การแพทย์ และดาราศาสตร์ ดังนั้นอาจสามารถสรุป กลุ่มของการใช้งานคลื่นไมโครเวฟได้หลากหลายประเภท ดังต่อไปนี้

1. ระบบการสื่อสารแบบไร้สาย ใช้งานด้าน กิจการอวกาศ การสื่อสารระยะไกล โทรศัพท์ไร้สาย โทรศัพท์เคลื่อนที่ระบบเซลลูลาร์ ระบบการสื่อสารส่วนบุคคล ข่ายงานสื่อสารข้อมูลท้องถิ่น การสื่อสารกับอากาศยาน กิจการทหารเรือ การติดต่อยานพาหนะ กิจการดาวเทียม เป็นต้น

2. ระบบเรดาร์[1] ซึ่งเริ่มมีบทบาทอย่างมากตั้งแต่สงครามโลกครั้งที่หนึ่ง เพื่อตรวจจับอากาศยานที่บุกรุกเข้ามา หลังจากผ่านพ้นสงครามโลกครั้งที่สองเรดาร์ก็พัฒนาขีดความสามารถให้สูงขึ้นสามารถใช้ได้ในหลากหลายการประยุกต์ใช้งานเช่น การเดินเรือ การทหารเรือ การติดต่อกับยานพาหนะ การตรวจและพยากรณ์อากาศ การควบคุมการจราจร การตำรวจ อาวุธนำวิถี การช่วยเหลือผู้ประสบภัย เป็นต้น

3. เทคโนโลยีนำร่อง ระบบไมโครเวฟสำหรับนำอากาศยานลงจอด การบอกพิกัดตำแหน่งบนโลก สัญญาณช่วยนำทาง เรดาร์ช่วยหาตำแหน่งสัตว์น้ำ ระบบนำร่องสำหรับช่วยขับอากาศยานแบบอัตโนมัติ การเดินเรือสมุทร กิจการกองทัพเรือ เป็นต้น

4. ระบบตรวจจับระยะไกล เช่นระบบเฝ้าระวังสภาวะการเปลี่ยนแปลงของโลก อุตุนิยมวิทยา การเฝ้าระวังมลพิษ การปกปักษ์รักษาป่า การตรวจเก็บสภาวะความชื้นของดิน กิจการด้านพฤกษศาสตร์ ด้านเกษตรกรรม การสำรวจแหล่งน้ำและทรัพยากรธรรมชาติ สมุทรศาสตร์ การศึกษาลักษณะพื้นผิวโลก การจราจรทางน้ำและทางอากาศ เป็นต้น

5. ระบบระบุตัวตนด้วยคลื่นวิทยุ มักจะใช้ในงานด้าน การรักษาความปลอดภัย การต่อต้านการจารกรรม ควบคุมสั่งการ ลำเลียงผลิตภัณฑ์ ควบคุมรายการสินค้า การจัดการทรัพย์สิน

6. ระบบแพร่กระจายข่าวสาร วิทยุที่ใช้เทคนิคการมอดูเลตเชิงขนาดและเชิงความถี่ โทรทัศน์ ระบบกระจายภาพและเสียงชนิดตรงสู่ที่พัก

7. กิจการทางหลวงและการขนส่ง ใช้เพื่อป้องกันอุบัติเหตุ ใช้ระบุตำแหน่ง ใช้ตรวจจับความเร็วรถยนต์ ควบคุมและรักษาระดับความเร็วรถยนต์ใช้นำทางอัตโนมัติ ควบคุมการจราจร

8. ระบบเซนเซอร์ ตรวจจับความชื้น ตรวจจับอุณหภูมิ การตรวจตราการจราจร เซนเซอร์อุตสาหกรรม

9. การเฝ้าระวัง และการต่อต้านและการทำสงครามอิเล็กทรอนิกส์ [2]สงครามอิเล็กทรอนิกส์ เป็นกรณีพิเศษ ที่ใช้เทคนิคขั้นสูงเป็นการเฉพาะสำหรับวัตถุประสงค์ด้านกิจการทหาร การเมืองระหว่างประเทศ และทางธุรกิจ ผ่านเครื่องมือและวิธีการเช่นดาวเทียมจารกรรม การส่งสัญญาณรบกวน การต่อต้านการส่งสัญญาณรบกวน การเคลื่อนย้ายทหาร การตรวจจับผู้บุกรุก

10. การประยุกต์ใช้งานทางการแพทย์[4]’[5] ซึ่งเริ่มต้นจากการใช้คลื่นไมโครเวฟทำลายเซลมะเร็ง หลังจากนั้นไม่นานการประยุกต์ใชทางการแพทย์ เริ่มมีเพิ่มขึ้นหลากหลาย เช่นการเอ็กซ์เรย์ช่วยให้แพทย์สามารถรักษาผู้ป่วยกระดูกหักได้สะดวกและตรงจุดมากยิ่งขึ้น การสแกนภาพอวัยวะภายในร่างกายผู้ป่วยด้วยเครื่องสร้างภาพแบบแม็กเนติก เรโซแนนซ์ เป็นต้น

วิเศษ ศักดิ์ศิริ เขียน

11. ระบบส่งสัญญาณกำลังงานสูง การส่งสัญญาณจากอวกาศสู่อวกาศ การส่งสัญญาณจากอวกาศสู่ภาคพื้นดิน การส่งสัญญาณจากภาคพื้นดินสู่อวกาศ
[1] D. K. Barton., “A Half Century of Radar,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques., vol. 32, pp. 1161-1170, September. 1984.
[2] A. E. Spezio., “Electronics Warfare Systems,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques., vol. 50, pp. 633-644, March. 2002.
[3] ภาพโดยผู้เขียน เขียนด้วยโปรแกรม Microsoft office visio 2003, มกราคม 2005.
[4] A. W. Guy., “History of Biological Effects and Medical Applications of Microwave Energy,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques., vol. 32, pp. 1182-1200, September. 1984.
[5] A. Rosen, M. A. Stuchly, A. V. Vorst. , “Applications of RF/Microwaves in Medicine,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques., vol. 32, pp. 1182-1200, March. 2000.

คลื่นและสายส่ง

ที่ความถี่ต่ำมนุษย์เป็นสัตว์สังคมอยู่รวมกันเป็นกลุ่ม ติดต่อสื่อสารระหว่างกันมาตั้งแต่ในยุคอดีต กระบวนการดังกล่าวเรียกว่าการสื่อสาร เริ่มจากวิธีการสื่อสารแบบพื้นฐานที่พัฒนาขึ้นจากทรัพยากรแวดล้อมเช่นควัน เสียง กระทั่งใช้สัตว์เป็นสื่อนำสาร จนกระทั่งพัฒนาการใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อใช้เป็นสื่อในการส่งข่าวสาร การพัฒนาเพื่อใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสื่อนำสาร เกิดขึ้นมาราวกลางคริสต์ศตวรรษที่ 18 จากจุดเริ่มต้นเมื่อปรากฏผลงานของนักวิทยาศาสตร์ชาวยุโรปสองคนคือ แมกซ์เวลล์(James Clerk Mexwell, 1831-1879)[1] ได้เสนอสมการของแมกซ์เวลล์ ที่เกิดขึ้นจากการรวบรวม ผลงานของ แอมแปร์ (Ampère, André-Marie, 1775-1836 )[2] นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ผู้ซึ่งให้คำจำกัดความของศาสตร์ด้านพลศาสตร์ไฟฟ้าว่า “แม่เหล็กไฟฟ้า” ผลงานของ ฟาราเดย์ (Michael Faraday, 1791-1867)[3] นักฟิสิกส์ และนักเคมี ชาวอังกฤษ ผู้ซึ่งทดลองเกี่ยวกับปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าไว้เป็นจำนวนมาก ซึ่งช่วยให้เราเข้าใจปรากฏการณ์ต่างๆที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติได้ดียิ่งขึ้น และผลงานของ เกาส์ (Carl Friedrich Gauss, 1777-1855)[4] นักคณิตศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ชาวเยอรมนี ตลอดชีวิตของเกาส์ได้รวบรวมทฤษฎีต่างๆจำนวนมาก เช่นทฤษฎีจำนวน ทฤษฎีเกี่ยวกับเรขาคณิต ทฤษฎีความน่าจะเป็น ทฤษฎีเกี่ยวกับการทำแผนที่โลก ทฤษฎีเกี่ยวกับปฐพีและดาราศาสตร์ ทฤษฎีเกี่ยวกับฟังก์ชัน ทฤษฎีเกี่ยวกับศักย์และความต่างศักย์ รวมไปถึงทฤษฎีเกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งผลงานของแมกซ์เวลล์ได้ทำนายถึงการแพร่กระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ความเร็วแสง อีกทั้งแสดงหลักฐานว่าแสงนั้นเป็นปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้า เป็นกรณีเฉพาะที่ความยาวคลื่นแสง และสามารถที่จะนำผลจากปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในกรณีนี้ไปทำนายผลที่เกิดขึ้นสำหรับกรณีของความยาวคลื่นอื่นที่แตกต่างกันออกไปได้เป็นอย่างดี
กว่าข้อสรุปของแมกซ์เวลล์จะเป็นที่ยอมรับต้องใช้เวลาถึง 20 ปี กระทั่ง เฮิร์ต(Hertz, Heinrich (Rudolf))[5] นักฟิสิกส์ชาวเยอรมนีผู้ที่พยายามพิสูจน์และทดลองเกี่ยวกับข้อสรุปของแมกซ์เวลล์เช่นการกำเนิด การส่งและรับคลื่นวิทยุขึ้นในห้องทดลอง เฮิร์ตได้รับฉายาว่าบิดาแห่งคลื่นวิทยุ และเพื่อยกย่องและเป็นเกียรติสูงสุดแก่เฮิร์ต บรรดานักฟิสิกส์ได้กำหนดให้ใช้ชื่อ เฮิร์ต(Hz) เป็นหน่วยเรียกของความถี่ งานของเฮิร์ตสร้างความประหลาดใจแก่ผู้ที่ไดศึกษากว่าสองทศวรรษ กระทั่งในปี ค.ศ.1896 มาร์โคนี(Guglielmo Marconi, 1874-1937)[6] นักฟิสิกส์ชาวอิตาลีประดิษฐ์ระบบโทรเลขแบบไร้สาย ใช้อากาศเป็นสื่อกลางของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อรับส่งข่าวสารขึ้น ผลงานดังกล่าวทำให้มาร์โคนีได้รับรางวัลโนเบล สาขาฟิสิกส์[7]ในปี ค.ศ.1909 และนำไปสู่การประดิษฐ์เชิงพาณิชย์ ซึ่งหมายถึงการที่มนุษย์สามารถติดต่อกันได้อย่างรวดเร็ว สิ่งประดิษฐ์ดังกล่าวมีคุณค่ามากโดยเฉพาะในยามฉุกเฉินกรณีหนึ่งที่กล่าวถึงเช่น กรณีเกิดอุบัติเหตุกับเรือไททานิค[8]ในเดือนเมษายน ค.ศ.1912[9] กัปตันเรือไททานิคได้พยายามขอความช่วยเหลือผ่านโทรเลขแบบไร้สาย ก่อนที่เรือจะอับปางสู่ท้องทะเลลึก
ก่อนปี ค.ศ.1900 เทคโนโลยีการสื่อสารไร้สายทั้งหลายยังพัฒนาขึ้นบนฐานความรู้ของเทคโนโลยีความถี่ต่ำ หรือช่วงความถี่ที่มีความยาวคลื่นยาว หลังจากนั้นนักวิทยาศาสตร์พัฒนาเทคโนโลยีสำหรับความถี่ที่สูงขึ้น ด้วยเหตุที่ความถี่ต่ำมีข้อจำกัดทางด้านแบนด์วิดถ์สำหรับข้อมูลหรือข่าวสารที่สามารถนำพาไปด้วย ซึ่งทำให้ข่าวสารจะส่งไปได้ในปริมาณจำกัด แม้เทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นจากคลื่นความถี่ต่ำจะมีข้อดีอยู่บ้างตรงที่สามารถส่งได้เป็นระยะทางไกลมากก็ตาม ในสมัยนั้นระบบเครื่องส่งจะประกอบด้วย เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสลับแบบเอล็กซานเดอร์สัน[10] (Alexanderson alternators), เครื่องอาร์กแบบพอลเซน[11] (Poulsen arcs) และ สปาร์กแก็ป (Spark gap) หรือเรียกว่า เครื่องส่งแบบสปาร์ก[12] (Spark transmitter) สำหรับเครื่องรับจะใช้ โคฮีเรอรส์[13] (Coherers) และวาล์วของเฟลมิ่ง[14] (Fleming valves) ในเวลาต่อมาเทคโนโลยีการส่งคลื่นแบบต่อเนื่อง[15](Continuous waves, CW)ได้เข้ามาแทนที่เครื่องส่งแบบสปาร์ก ทำให้ความถี่ที่ได้เป็นไปอย่างมีเสถียรภาพ สำหรับถ่ายทอดวิทยุที่มีความถี่ต่ำกว่า 1.5 เมกะเฮิร์ต
ช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง เป็นช่วงเวลาที่มีความต้องการใช้งานเรดาร์ อย่างเร่งด่วน เพื่อที่จะตรวจจับอากาศยานฝ่ายตรงกันข้ามที่ล่วงล้ำอาณาเขตเข้ามา เรดาร์[16](Radar)เป็นชื่อย่อที่ผสมขึ้นมาจากชื่อเต็มของ(Radio Detection and Ranging) ตามความหมายของเรดาร์ก็จะเป็นการตรวจจับวัตถุในระยะที่ไกลเกินกว่าระยะสายตา และมีลักษณะเด่นคือสามารถประมาณระยะห่างระหว่างสถานีตรวจจับและวัตถุที่ตรวจจับหรือสังเกตุอยู่ และแม้ว่าเทคโนโลยีการสื่อสารแบบไร้สายจะพัฒนาขึ้นมาก่อนสงครามโลกครั้งที่สอง แต่การใช้อย่างกว้างขวางของวิธีสื่อสารดังกล่าวเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วภายหลังสงคราม จากนั้นก็เริ่มเข้าสู่ยุคดาวเทียมในปี 1957 ด้วยการส่งดาวเทียมสปุทนิค[17](Sputnik)ของอดีตสหภาพโซเวียตเข้าสู่วงโคจรในปี1957 แต่ดาวเทียมที่พัฒนาขึ้นเพื่อใช้ในการสื่อสารพัฒนาขึ้นในปี ค.ศ.1963 รู้จักกันในนามของ SyncomII ที่วงโคจรค้างฟ้าระยะห่างจากพื้นผิวโลกประมาณ 35,887กิโลเมตร(22,300ไมล์) เหนือมหาสมุทรแอตแลนติก และมีการติดต่อสื่อสารกันครั้งแรกอย่างเป็นทางการ เมื่อวันที่ 26 กรกฎาคม 1963 ระหว่างเรือรบของกองทัพเรือสหรัฐอเมริกา ที่ลอยลำอยู่ในน่านน้ำของประเทศไนจีเรีย และทหารบกของสหรัฐอเมริกาซึ่งประจำการอยู่ในรัฐนิวเจอซี่ สหรัฐอเมริกา[18] การสื่อสารผ่านดาวเทียมเป็นการสื่อสารที่ใช้แถบความถี่กว้างในย่านความถี่สูง สามารถให้บริการโทรศัพท์ โทรทัศน์ หรือการสื่อสารข้อมูลผ่านดาวเทียมเป็นจำนวนมาก จากนั้นหลังจากปี ค.ศ.1980 โทรศัพท์ไร้สาย โทรศัพท์เซลลูลาร์เป็นที่นิยมเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วกว้างขวาง ด้วยเหตุจากความสะดวกสบายจากการติดต่อสื่อสารที่ได้รับเป็นอย่างมาก
[1] "Maxwell, James Clerk." Encyclopædia Britannica. Ultimate Reference Suite. Chicago: Encyclopædia Britannica, 2006.
[2] "Ampère, André-Marie." Encyclopædia Britannica. Ultimate Reference Suite. Chicago: Encyclopædia Britannica, 2006.
[3] "Faraday, Michael." Encyclopædia Britannica. Ultimate Reference Suite. Chicago: Encyclopædia Britannica, 2006.
[4] "Gauss, Carl Friedrich." Encyclopædia Britannica. Ultimate Reference Suite. Chicago: Encyclopædia Britannica, 2006.
[5] "Hertz, Heinrich (Rudolf)." Encyclopædia Britannica. Ultimate Reference Suite. Chicago: Encyclopædia Britannica, 2006.
[6] "Marconi, Guglielmo." Encyclopædia Britannica. Ultimate Reference Suite. Chicago: Encyclopædia Britannica, 2006.
[7] http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/index.html,2007.
[8] http://www.telegraph-office.com/pages/arc2-2.html,1999.
[9] http://en.wikipedia.org/wiki/SO, 2005.
[10]“ IEEE History Center.”,www.ieee.org/web/aboutus/history_center/alexanderson.html, 2006.
[11]“ IEEE History Center.” Poulsen-Arc Radio Transmitter, www.ieee.org/web/aboutus/history_center/poulsen.html, 2006.
[12] Fessenden and Marconi: Their Differing Technologies and Transatlantic Experiments During the First Decade of this Century, www.ieee.ca/millennium/radio/radio_differences.html, 2006.
[13] เรื่องเดียวกับ 12 หน้าเดียวกัน
[14] IEEE History Center: Fleming Valve, http://www.ieee.org/web/aboutus/history_center/fleming.html, 2006
[15] เรื่องเดียวกับ 11 หน้าเดียวกัน
[16] Introduction to Naval Weapons Engineering, Navy Document, Lesson 7, http://www.fas.org/man/dod-101/navy/docs/es310/syllabus.htm,2007
[17] The History of... Satellite TV Systems, www.fcc.gov/cgb/kidszone/history_sat_tv.html, 2007
[18] เรื่องเดียวกับ17 หน้าเดียวกัน

วิเศษ ศักดิ์ศิริ เขียน

แถบความถี่ไมโครเวฟ

หากจะกล่าวถึงแถบความถี่ในช่วงไมโครเวฟแล้ว โดยทั่วไปในเชิงกายภาพคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นอยู่ระหว่าง 1 เซนติเมตร – 1 เมตร หรืออยู่ในช่วงความถี่ 300 เมกะเฮิร์ต – 30 กิกะเฮิร์ต ซึ่งก็คือแถบความถี่ที่อยู่ในช่วงความถี่ ยูเอชเอฟ. และ เอสเอชเอฟ. ความถี่ในช่วงไมโครเวฟนี้เป็นช่วงความถี่ที่นับได้ว่าเข้ามามีบทบาทในชีวิตประจำวันของมนุษย์สูง ใช้การกระจายคลื่นออกอากาศเพื่อส่งข้อมูลข่าวสารของสถานีโทรทัศน์ การใช้งานสำหรับติดต่อสื่อสารระหว่างบุคคล หรือองค์การเช่น โทรศัพท์เคลื่อนที่ในระบบต่างๆ การใช้งานในงานสื่อสารผ่านดาวเทียม เพื่อประโยชน์ในการพัฒนาประเทศ ตัวอย่างที่สำคัญนั้นได้แก่ การใช้ดาวเทียมโดยนำมาใช้เพื่อสำรวจทรัพยากรธรรมชาติ ซึ่งทรัพยากรธรรมชาติเหล่านั้นได้แก่ ป่าไม้ แร่ธาตุ การป้องกันสาธารณภัย ตัวอย่างได้แก่การใช้ในงานอุตุนิยมวิทยา การใช้ดาวเทียมในการสำรวจรังวัดที่ดิน หรือระบบนำร่อง จีพีเอส.(Global Positioning System, GPS.) การใช้งานเพื่อประโยชน์ต่างๆ มีมากจนทำให้ในช่วงความถี่ไมโครเวฟนี้ ต้องกำหนดแถบหรือช่วงการใช้งานของความถี่เพิ่มเติม ให้เหมาะสมกับลักษณะสมบัติทางเทคนิคและพฤติกรรมการใช้งาน ดังนั้นจึงจำเป็นที่จะต้องทราบถึงข้อกำหนดดังกล่าว และเข้าใจถึงลักษณะการใช้งานในแต่ละแถบความถี่ การกำหนดและเลือกใช้แถบความถี่ไมโครเวฟให้เหมาะกับงานแต่ละชนิด ด้วยเหตุผลดังกล่าวมาแล้วข้างต้น นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจึงได้แบ่งและกำหนดชื่อย่อยเป็นแถบเล็กๆ ย่อยลงไป แถบความถี่ไมโครเวฟ เรียกอีกอย่างหนึ่งว่าเป็นย่านความถี่(Band) ซึ่งได้ทำการกำหนดแบ่งย่านความถี่นี้แรกเริ่มได้ทำการแบ่งเป็นทั้งหมด 7ย่านด้วยกัน โดยเริ่มจากความถี่ต่ำ(1 – 2GHz) ไปยังความถี่สูง(20 – 40GHz) เพื่อให้มองเห็นภาพและเข้าใจได้ชัดเจนยิ่งขึ้น ย่านความถี่ข้างต้นแสดงไว้ในตารางที่1.2 ในคอลัมน์แรกจะบอกถึงช่วงความถี่ในแต่ละค่า และส่วนคอลัมน์ตำแหน่งตรงกลางแสดงให้เห็นถึงชื่อที่กำหนดในแบบเดิม ของแต่ละช่วงความถี่ คอลัมน์สุดท้ายจะเป็นชื่อใหม่ที่กำหนดขึ้นมา

วิเศษ ศักดิ์ศิริ เขียน

ทรัพยากรสารสนเทศ

อาจจะกล่าวได้ว่าบทบาทของเทคโนโลยีสารสนเทศ เป็นบทบาทที่มีนัยสำคัญต่อการบริหารและการจัดการ เป็นบทบาทสำหรับที่ช่วยแก้ปัญหางานที่ซ้ำซาก งานในลักษณะที่ทำกันบ่อยเป็นปกติ กระบวนการไม่ค่อยเปลี่ยนแปลง อาจจะเรียกว่าซ้ำซากก็เป็นไปได้ กระบวนการทั้งหมดได้อยู่ในแผนการคิดและวิเคราะห์ จนได้รับการเปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงที่น่าสนใจได้แก่การเปลี่ยนให้อยู่ในรูปแบบอัตโนมัติ การเปลี่ยนแปลงเป็นรูปแบบอัตโนมัตินี้เองคือองค์ประกอบหลักและเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่ทำให้ ทุน หรือต้นทุนลดต่ำลง เมื่อทุนหรือต้นทุนดังกล่าวลดต่ำลง ผลที่ตามมาย่อมทำให้ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นหรือสูงขึ้น เป้นฟังก์ชันเชิงเส้นที่มีการแปรตามกันแบบนี้เสมอ ประสิทธิภาพตามที่กล่าวนี้หมายรวมไปถึงความรวดเร็ว ไม่ว่าอย่างไรก็ตามสิ่งที่ได้แนะนำไปในตอนต้นคือบทบาทที่อยู่ในสภาพเริ่มต้นหรือสภาพเดิมๆของระบบ ระบบดังกล่าวเรียกว่าเป็นระบบอัตโนมัติ เป็นระบบอัตโนมัติด้วยเทคโนโลยีสารสนเทศ ทำให้คุณภาพของงานดีขึ้นยิ่งกว่า มีต้นทุนที่ต่ำลง ใช้เวลาน้อยลง อีกทั้งช่วยลดขนาดขององค์กร ตัวอย่างเช่น BMW และ Microsoft ได้วางแผนและกำหนดให้มียุทธศาสตร์ด้านการจัดการเพื่อเป็นผู้นำทั้งสินค้า และเทคโนโลยี ซึ่งมีระบบเทคโนดลยีสารสนเทศเป็นองค์ประกอบหลัก สิ่งที่นั้นเป็นการชี้ให้เห็นถึงความแตกต่างกันของระบบอัตโนมัติแบบเดิมๆ และระบบอัตโนมัติที่พัฒนามาด้วยเทคโนโลยีสารสนเทศ ข้อแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่งที่จะกล่าวคือ การยอมรับและการหวังผลที่จะเปลี่ยนแปลงขึ้นอย่างรวดเร็วของผู้ร่วมงาน สมาชิกที่เกี่ยวข้อง ตลอดจนรายละเอียดของการวัดผลที่แม่นยำซึ่งมีรายละเอียดแตกต่างกันอย่างชัดเจนในแต่ละกลุ่มของเทคโนโลยีสารสนเทศ และระบบสารสนเทศในแต่ละประเภทของงาน ความแตกต่างดังกล่าวจะสามารถชี้แจงในรูปแบบของรายละเอียดเชิงเทคนิคที่เกี่ยวข้อง ข้อมูลดังกล่าวจะเก็บไว้อย่างละเอียดที่สุดเท่าที่จะทำได้เพื่อให้สามารถรื้อฟื้นกลับ หรือเพื่อใช้วิเคราะห์ เป็นตัวอย่าง กรณีศึกษา หรือเป็นประสบการณ์ มาใช้วางแผนส่งผลต่อต้นทุนหรือกำไร คุณภาพและบริการของสินค้า ซึ่งสิ่งนั้นจะเป็นดั่งขุมทรัพย์ขององค์กร โดยใช้เทคโนโลยีสารสนเทศเป็นตัวสนับสนุน

วิเศษ ศักดิ์ศิริ เขียน

ฟังก์ชันของกรีน

ในทางแม่เหล็กไฟฟ้า คำตอบมักจะได้มาจากสมการเชิงอนุพันธ์ย่อยกำลังสอง การได้มาของสมการดังกล่าว ปกติเริ่มด้วยความสัมพันธ์ของตัวแปรต่างๆได้แก่ สนามไฟฟ้า สนามแม่เหล็ก ฟลักซ์ไฟฟ้า ฟลักซ์แม่เหล็ก กระแสไฟฟ้า และกระแสแม่เหล็ก ตามที่ปรากฏในสมการของแมกซ์เวลล์ และกำหนดเงื่อนไขขอบเขตของปัญหาให้สอดคล้องหรือเข้ากันได้กับตัวแปรดังกล่าว จากนั้นแก้สมการเพื่อหาคำตอบ อาจจะด้วยด้วยวิธีแยกตัวแปรตามพิกัดที่เลือกใช้งาน คำตอบของสมการเชิงอนุพันธ์ที่กล่าวมาปกติจะเป็นสมการเชิงอนุพันธ์กำลังสอง มักจะอยู่ในรูปแบบของอนุกรมอนันต์ ปัญหาที่เกิดขึ้นจากวิธีการดังกล่าวคือ คำตอบที่อยู่ในรูปแบบอนุกรมอนันต์เหล่านั้น จะได้มาด้วยการปรับค่าและลู่เข้าอย่างช้าๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณที่มีการเปลี่ยนแปลงของคำตอบอย่างรวดเร็ว และในหลายกรณีวิธีดังกล่าวจะรองรับเพียงบางลักษณะโครงสร้างของปัญหาเท่านั้น นอกจากวิธีดังกล่าวที่ใช้หาคำตอบของสมการเชิงอนุพันธ์ย่อยกำลังสอง ยังมีอีกวิธีหนึ่งซึ่งเป็นที่นิยมและยอมรับโดยทั่วไป และจะให้คำตอบของสมการเชิงอนุพันธ์กำลังสองในรูปแบบสมการเชิงปริพันธ์ นั่นคือการสร้างฟังก์ชันของกรีนขึ้นเพื่อมาช่วยหาคำตอบ ก่อนจะกล่าวต่อไปเกี่ยวกับการหาคำตอบของฟังก์ชันของกรีน สำหรับปัญหาทั่วไปในเชิงแม่เหล็กไฟฟ้า จะแนะนำเบื้องต้นก่อนว่าเราสามารถหาฟังก์ชันของกรีนและใช้ฟังก์ชันของกรีนหาคำตอบอย่างไร ด้วยการกำหนดระบบอย่างง่ายในเชิงวิศวกรรมเพื่อใช้หาคำตอบในรูปฟังก์ชันของกรีน ก่อนที่จะหาฟังก์ชันของกรีนสำหรับปัญหาที่ซับซ้อนต่อไป

ระบบการสื่อสารไร้สาย

ระบบการสื่อสารไร้สายความถี่วิทยุและไมโครเวฟประกอบด้วย การเชื่อมโยงผ่านคลื่นวิทยุ การกระจายหรือการอ้อมของคลื่นในชั้นบรรยากาศ ระบบดาวเทียม ระบบการสื่อสาร ลักษณะเซลล์แบบไร้สายซึ่งจะเป็นแบบส่วนบุคคล (PCSs) หรือเครือข่ายสื่อสารส่วนบุคคล(PCNs) และเครือข่ายท้องถิ่นไร้สาย (WLANs) การใช้คลื่นไมโครเวฟ การเชื่อมโยงผ่านคลื่นวิทยุนำมาใช้อย่างกว้างขวางในระหว่างสงครามโลกครั้งที่2 และหลังจากสงครามโลกครั้งที่2ก็ได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย นอกจากนั้นแล้วยังมีการใช้ระบบเชื่อมโยงสัญญาณที่มีการเดินทางไปเป็นเส้นตรง(LOS) การเชื่อมโยงดังกล่าวจะครอบคลุมอาณาเขต 40 ไมล์ขึ้นไป ซึ่งจะพบว่าหากใช้การเชื่อมโยงดังกล่าวประมาณ 20 การเชื่อมโยง สามารถครอบคลุมบริการสื่อสารทั้งอาณาเขตของประเทศไทย แต่หากจะอธิบายไปถึงบริการระบบสื่อสารข้ามทวีป จะต้องกล่าวถึงการกระจายของคลื่นในชั้นบรรยากาศ(การกระจายและการอ้อมของคลื่นจากชั้นโทรโพสเฟียร์) เป็นเทคนิกที่ใช้เพิ่มความสามารถขยายการเชื่อมโยงไมโครเวฟ จากที่ใช้การเชื่อมโยงแบบเส้นตรงไปได้หลายร้อยไมล์ นับจากปี 1960 ดาวเทียมค้างฟ้ามีบทบาทที่สำคัญในระบบโทรคมนาคม ได้มีการขยายแถบความถี่ให้สามารถใช้งานได้กว้างขวางเราทราบกันอยู่แล้วว่าดาวเทียมสามารถเชื่อมโยงไปยัง 2 จุดบนโลกซึ่งอยู่ห่างกัน 8,000 ไมล์ (ประมาณ 1 ใน 3 ของเส้นรอบโลก) ดังนั้นดาวเทียม 3 ดวงสามารถจัดให้บริการครอบคลุมศูนย์กลางหลักที่มีประชากรทั้งหมดในโลก ดาวเทียมใช้ระบบบรอดแบนด์ซึ่งสามารถรองรับช่องสัญญาณโทรศัพท์ได้หลายพันช่อง ช่องสัญญาณโทรทัศน์หลายร้อยช่อง และหลายๆการเชื่อมโยงข้อมูล ปัจจุบันหากนับจากหลังกลางปี 1980 โทรศัพท์เซลลูลาร์และโทรศัพท์ไร้สายได้กลายเป็นที่นิยม การสื่อสารระบบเซลลูลาร์และไร้สายได้มีอัตราการเติบโตอย่างเร็วที่สุดในวงการอุตสาหกรรมโทรคมนาคม ระบบดาวเทียมส่วนมากเริ่มถูกแปรเปลี่ยนสำหรับการสื่อสารข้อมูลและเสียงไร้สายจากส่วนใดๆของโลก สู่การใช้โทรศัพท์มือถือหรือคอมพิวเตอร์แล็ปทอป

หลักการวิเคราะห์ทางไฟฟ้า

หลักการพื้นฐานที่สำคัญอย่างหนึ่งในทฤษฎีด้านวิศวกรรมไฟฟ้านั้น คือความสัมพันธ์ที่เชื่อมโยงกันระหว่างทฤษฎีสนามและทฤษฎีวงจร หลักการพื้นฐานดังกล่าวทำให้สามารถพัฒนาวิธีเชิงเลขขึ้น สำหรับแก้ปัญหาสมการเชิงอนุพันธ์ย่อยในปัญหาเกี่ยวกับสนาม ด้วยการเทียบเคียงกับทฤษฎีวงจรซึ่งช่วยให้เกิดความเข้าใจได้ง่ายและถูกต้อง สำหรับการแก้ปัญหาเกี่ยวกับสนามแล้วโดยปกติจะแบ่งออกได้เป็น 3 กลุ่มเมื่อเปรียบเทียบกับสเปกตรัมของความถี่ การเปรียบเทียบดังกล่าวจะใช้ความยาวคลื่น และความยาว ของอุปกรณ์หรือชิ้นงานคือ กรณีแรกเป็นกรณีพิเศษที่เรารู้จักในนามของทฤษฎีวงจร กรณีถัดมาจะเป็นกรณีของทฤษฎีไมโครเวฟ ส่วนกรณีสุดท้ายจะเป็นกรณีของเรขาคณิตของแสง ผู้ที่ศึกษาด้านวิศวกรรมไฟฟ้าจะทราบว่า กฎพื้นฐานเกี่ยวกับทฤษฎีวงจรนั้นสามารถหาได้จากการประยุกต์สมการของแมกซ์เวลล์ กับเงื่อนไข อย่างไรก็ตามทฤษฎีวงจรที่ใช้ไม่ได้เกิดขึ้นจากทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ หากแต่เกิดขึ้นด้วยการทดลองแล้วสรุปขึ้นเป็นกฎเกี่ยวกับทฤษฎีวงจร ความเชื่อมโยงระหว่างทฤษฎีวงจรและสมการของแมกซ์เวลล์ เป็นสิ่งที่ทำให้สามารถเข้าใจหลักการพื้นฐานของทฤษฎีทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างถูกต้อง

ประวัติของสายอากาศ

สายอากาศคืออะไร สายอากาศเป็นส่วนประกอบที่สำคัญในระบบวิทยุ ซึ่งหน้าที่ของสายอากาศไม่จำเพาะไว้สำหรับเพียงการรับคลื่นเท่านั้นสายอากาศยังเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการส่งคลื่นอีกด้วย
วิทยุที่มีสายอากาศเครื่องแรกสร้างโดย เฮนริชเฮิร์ต ศาสตราจารย์อยู่ที่สถาบันในเมือง คาร์ลซรู ประเทศเยอรมณี เฮิร์ตผู้ที่ได้รับชื่อว่าเป็นวิศวกรไมโครเวฟคนแรกของโลก ได้นำเสนอผลงานที่ยิ่งใหญ่ของเขาคือทำการทดลองการสะท้อนของสายอากาศในปี ค.ศ. 1886 ณ. ที่ประชุมเกี่ยวกับระบบคลื่นวิทยุ
แม้ว่า เฮิร์ต จะเป็นผู้ริเริ่มและเป็นเหมือนเจ้าแห่งวิทยุ สิ่งประดิษฐ์ของเขายังคงถูเก็บไว้ในห้องทดลอง จนกระทั่ง 20ปีให้หลัง ที่ประเทศอิตาลีได้ทำการปรับวงจร มีสายอากาศที่ใหญ่ขึ้น และ มีระบบสายดินเพื่อให้ความยาวคลื่นยาวมากกว่าเดิม และสามารถส่งสัญญาณไปได้ในระยะทางที่ไกลมากๆได้ กลางเดือนธันวาคม ปี ค.ศ. 1901 เขาได้ทำให้ทั้งโลกต้องตกใจด้วยการรับสัญญาณที่ เซนท์ จอห์น, เกาะนยูฟันแลนด์ ซึ่งถูกส่งมาจากสถานีส่งสัญญาณที่เขาสร้างที่ Poldhu ในเมืองคอร์นวอล ประเทศอังกฤษ 1 ปีหลังจากนั้นเขาได้เริ่มมีการบริการส่งข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก ซึ่งไม่บ่อยนักที่จะมีสิ่งประดิษฐ์ที่ถูกจับตามองโดยทั่วไปอย่างเช่นสิ่งประดิษฐ์ของมาร์โคนี เริ่มในศตวรรษที่ 20 หลังจากนั้นความนิยมของสิ่งประดิษฐ์ดังกล่าวเป็นไปอย่างน่าทึ่งโดยกลุ่มนักบุญและจากที่ได้นำไปใช้บนเรือไททานิก มาร์โคนีถูกจับตามองด้วยความน่าเกรงขามไปทั่ว ก่อนที่วิทยุจะแตกแยกสาขาออกไปจนกระทั่งปัจจุบันการใช้เรดาร์ระหว่างสงครางโลกครั้งที่ 2 ทำให้คลื่นที่มีขนาดความยาวคลื่นเป็นเซนติเมตร ได้กลายเป็นที่นิยมหากแต่ระยะคลื่นของวิทยุที่ขึ้นอยู่กับความกว้างของแถบความถี่ที่จะใช้ การใช้คลื่นวิทยุติดต่อเป็นพันๆไมล์โดยสายอากาศเป็นตัวกลางในการสื่อสาร ซึ่งสามารถติดต่อรอบโลกโดยดาวเทียมเป็นวงโคจรเหนือโลก ใช้ดาวเทียมบอกตำแหน่ง (GPS) ส่งสัญญาณมายังตัวรับซึ่งจะบอกละติจูด ลองติจูดด้วยความแม่นยำสูงทุกตำแหน่งบนโลกสายอากาศนับได้ว่าเป็นสิ่งจำเป็นที่สุดอย่างหนึ่งสำหรับงานสื่อสาร

การจัดแถบความถี่

ความถี่วิทยุ, ไมโครเวฟ, และมิลิมิเตอร์เวฟ, จะอยู่ในย่านของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีแถบความถี่ต่ำกว่า 300 กิกะเฮิร์ต หากแยกออกมาเฉพาะสำหรับแถบความถี่ไมโครเวฟ แถบความถี่ดังกล่าวคือความถี่ที่อยู่ในช่วงความถี่ 300 เมกะเฮิร์ต ถึง 30 กิกะเฮิร์ต หรือในช่วงความยาวคลื่นระหว่าง 100 เซนติเมตร ถึง 1 เซนติเมตร แถบความถี่ที่ต่ำกว่าแถบความถี่ไมโครเวฟคือ แถบความถี่วิทยุ และแถบความถี่ที่สูงกว่าแถบไมโครเวฟคือ แถบความถี่มิลิลมิเตอร์เวฟ สูงกว่ามิลลิมิเตอร์เวฟคือ ซับมิลิมิเตอร์เวฟ แถบความถี่อินฟราเรดและแถบความถี่ออพติคัล ในช่วงของมิลลิมิเตอร์เวฟ (30-300MHz) ซึ่งได้มาจากขนาดของความยาวคลื่น ซึ่งอยู่ระหว่าง(1-10มม.) เพื่อแยกให้ชัดเจนระหว่างแถบความถี่ไมโครเวฟและมิลลิเตอร์เวฟ เพราะช่วงความถี่ไมโครเวฟและมิลลิมิเตอร์เวฟเป็นย่านความถี่ที่สูงมาก ในย่านแถบความถี่ดังกล่าวจึงแบ่งได้ออกเป็นหลายแถบความถี่ย่อย ในภาพที่1 เป็นภาพของแถบความถี่ตั้งแต่ความถี่ต่ำมากจนถึงความถี่สูงสุดโต่ง

ใจเขาใจเรา เป้าหมายร่วมกัน

เมื่อวันเสาร์ที่ 29 พ.ย.2551 มีการเทปูนตามที่เล่าเมื่อวันเสาร์ที่ 29 ได้โอกาสปรึกษาทางอาจารย์ จรัส รองคณบดี คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรม ฝ่ายบริหาร เป้าหมายแต่เริ่มแรกก็เพื่อไปประสานงานให้เรียบร้อย แต่ผิดคาดนิดหน่อย อ.จรัสถามกลับมายังข้าพเจ้าว่า เราห้ามเขาได้เหรอ น่าสนใจว่า ได้หรือไม่นั้นขึ้นอยู่กับข้อตกลง จะเอาประเพณีที่เคยปฏิบัติมาตัดสินไม่ได้ ให้นึกถึงใจเขาใจเราบ้าง จริงๆๆๆๆๆๆๆๆๆๆๆๆ ด้วย
จากนั้นก็คุยแลกเปลี่ยนความเห็นกับอาจารย์ไพศาลเป็นปกติ ใจความสำคัญอยู่ที่การขับเคลื่อนกลุ่ม ต้องมีเป้าหมายร่วมกัน ต้องมีสัญลักษณ์ แล้วสัญลักษณ์ คืออะไรต้องสร้างร่วมกันให้ได้ แล้วเป้าหมายร่วมกันของภาควิชาครุศาสตร์ไฟฟ้าอยู่ที่ใหน ดาวอังคาร มั้งๆๆๆๆๆๆๆๆๆๆๆ