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