ศูนย์รวมความรู้

กระทรวงเทคโนโลยี
สารสนเทศและการสื่อสาร

รายละเอียดแนวทางการพัฒนากิจการอวกาศ
ของประเทศไทย
 


หน่วยงานในสังกัดกระทรวงไอซีที












<< เชื่อมโยงเว็บไซต์ >>

  หน้าหลัก \ ศูนย์รวมความรู้

    ศูนย์รวมความรู้

โดย อาจารย์เชาวลิต ธรรมวิริยะกุล
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร 51 ถนนเชื่อมสัมพันธ์ เขตหนองจอก กรุงเทพ 10530
โทร 02-988-3655, 02-988-3666 โทรสาร 02-988-4040 E-mail: [email protected]


หลังจากที่ดาวเทียมถูกส่งขึ้นสู่อวกาศแล้ว การสื่อสารติดต่อกับดาวเทียมจะถูกจำกัดเพียงการใช้สัญญาณคลื่นวิทยุเพียงอย่างเดียว เนื่องจากดาวเทียมโคจรอยู่บนอวกาศเหนือพื้นโลกหลายร้อยกิโลเมตร ระบบสื่อสารดาวเทียมของดาวเทียมแต่ละดวงจะมีความซับซ้อนแตกต่างกัน โดยขึ้นอยู่กับจุดประสงค์การใช้งานของดาวเทียมดวงนั้นๆ

ในยุคแรกเริ่มก่อนที่จะมีการส่งดาวเทียมขึ้นสู่อวกาศนั้น ได้มีการทดลองส่งชิ้นโลหะขนาดเล็กหลายๆชิ้นขึ้นไปสู่อวกาศเพื่อเป็นตัวสะท้อนคลื่นความถี่วิทยุที่ส่งจากสถานีบนพื้นโลกกลับมายังอีกจุดหนึ่งบนพื้นโลกซึ่งต้องการสื่อสารไปถึง ต่อมาภายหลังดาวเทียมหลายต่อหลายดวงได้ถูกส่งขึ้นสู่ห้วงอวกาศเพื่อทำหน้าที่ทวนสัญญาณที่ส่งขึ้นไปกลับมายังอีกจุดหนึ่งบนโลก การทวนสัญญาณนี้จะมีการเปลี่ยนช่องความถี่ไปจากเดิมด้วยเพื่อไม่ให้เกิดการรบกวนกันกับสัญญาณความถี่ขาขึ้น และยังทำให้สามารถทำการรับและส่งสัญญาณได้อย่างต่อเนื่องตลอดเวลา


รูปที่ 1 INTELSAT I (Early Bird) เป็นดาวเทียมเพื่อการสื่อสารดวงแรกของโลก
ได้ถูกส่งขึ้นสู่วงโคจร เมื่อ 6 เมษายน 2508 สูงจากพื้นโลก 22300 ไมล์ เหนือทะเลแอตแลนติก
และได้ให้บริการระบบโทรศัพท์ 240 ช่องสัญญาณ และระบบโทรทัศน์ระหว่างยุโรปและอเมริกาเหนือ


ตัวอย่างของดาวเทียมที่ใช้ในการรับส่งสัญญาณโทรทัศน์เช่น INTELSAT I หรือEarly Bird ซึ่งมีวงจรสื่อสารเพียงหนึ่งทรานสปอนเดอร์ และ ไทยคม 1A ซึ่งมีวงจรสื่อสาร 15 ทรานสปอนเดอร์ ดาวเทียมทั้งสองดวงนี้มีอายุต่างกันเกือบสามสิบปี จึงมีระบบสื่อสารที่ซับซ้อนแตกต่างกัน แต่ก็ทำหน้าที่เดียวกันคือ ทวนสัญญาณกลับมายังพื้นโลก โดยอาศัยระบบสื่อสารคล้ายๆกัน

รูปที่ 2 ดาวเทียมไทยคม 1A ถูกส่งขึ้นสู่วงโคจรเมื่อวันที่ 17 ธันวาคม 2536 เป็นดาวเทียมดวงแรกของไทยมีช่องการสื่อสารสำหรับย่านความถี่ C-Band 12 ทรานสปอนเดอร์ และ Ku-band 3 ทรานสปอนเดอร์

องค์ประกอบของระบบสื่อสารดาวเทียมโดยทั่วไป ประกอบด้วยสองส่วนหลัก ได้แก่ สถานีฐาน และ ดาวเทียม การติดต่อสื่อสารระหว่างดาวเทียมกับสถานีต่างๆ อาจจะเป็นไปได้ทั้งการสื่อสารแบบทางเดียว(รับสัญญาณเพียงอย่างเดียว) และการสื่อสารแบบสองทาง(ทั้งรับและส่งสัญญาณ) โดยสื่อกลางที่เป็นคลื่นความถี่วิทยุ แต่การติดต่อสื่อสารระหว่างสถานีฐานกับเครือข่ายของผู้ใช้งานอาจเป็นได้ทั้งผ่านคลื่นวิทยุและสายเคเบิล

ข้อมูลหรือข่าวสารที่ต้องการสื่อสารผ่านดาวเทียมมีทั้งข้อมูลที่เป็นแอนาลอก และ ข้อมูลที่เป็นดิจิทัล ตัวอย่างข้อมูลที่เป็นแอนาลอก เช่นภาพและเสียงของสัญญาณโทรทัศน์วิทยุ ส่วนตัวอย่างข้อมูลที่เป็นดิจิทัลเช่น ไฟล์ข้อมูลดิจิทัล ภาพถ่ายจากดาวเทียม เป็นต้น ข้อมูลที่ต้องการสื่อสารเหล่านั้นอาจจะถูกส่งจากสถาณีภาคพื้นดินไปยังดาวเทียมโดยผ่านทางช่องความถี่วิทยุขาขึ้น (Uplink) ดาวเทียมจะทำหน้าที่คล้ายๆกับตัวสะท้อนสัญญาณกลับมายังอีกจุดหนึ่งบนพื้นโลก แต่จะเปลี่ยนช่องความถี่วิทยุไปเป็นความถี่วิทยุขาลง (Downlink) ช่องความถี่สำหรับใช้งานในการสื่อสารดาวเทียมนี้สามารถแบ่งช่วงความถี่ใช้งานได้หลายช่วงคือ

แถบความถี่ ช่วงความถี่
L band 1 ถึง 2 GHz
S band 2 ถึง 4 GHz
C band 4 ถึง 8 GHz
X band 8 ถึง 12 GHz
Ku band 12 ถึง 18 GHz
K band 18 ถึง 26.5 GHz
Ka band 26.5 ถึง 40 GHz
Q band 30 ถึง 50 GHz
U band 40 ถึง 60 GHz
V band 50 ถึง 75 GHz
E band 60 ถึง 90 GHz
W band 75 ถึง 110 GHz
F band 90 ถึง 140 GHz
D band 110 ถึง 170 GHz

โครงสร้างของระบบสื่อสารดาวเทียม โดยทั่วไปมักจะประกอบด้วย สายอากาศสำหรับรับส่งสัญญาณ ตัวแยกสัญญาณรับส่ง ชุดขยายกำลัง ชุดขยายสัญญาณแบบสัญญาณรบกวนต่ำ ชุดแปลงความถี่ สายส่งสัญญาณ ท่อนำสัญญาณ เครื่องรับส่งสัญญาณวิทยุ โมเด็ม ชุดเข้ารหัสสัญญาณ ชุดควบคุมทิศทางของจานสายอากาศ มัลติเพล็กเซอร์


รูปที่ 3 ระบบสื่อสารของดาวเทียมโทรคมนาคมโดยทั่วไป


สายอากาศ (antenna)
เป็นอุปกรณ์ที่เห็นเด่นชัดที่สุดของสถานีฐาน และ มีความสำคัญมากเพราะเป็นตัวกำหนดความสามารถในการรับส่งสัญญาณของระบบรับส่งสัญญาณ โดยทั่วไปแล้วสายอากาศที่มีขนาดใหญ่จะมีกำลังการขยายดีเพราะมีพื้นที่ในการรับส่งสัญญาณกว้าง สายอากาศมีหลายชนิด มีหน้าที่โฟกัสสัญญาณให้มีทิศทางเพื่อที่จะเพิ่มความเข้มของสัญญาณในทิศทางที่ต้องการสื่อสาร (คล้ายๆกับเลนซ์นูนที่ทำหน้าที่รวมแสงให้มีความเข้มขึ้น) ความเข้มของสัญญาณที่เพิ่มขึ้นก็คือสัญญาณมีความแรงขึ้นนั่นเอง และเมื่อเราเปรียบเทียบความเข้มของสัญญาณที่ได้จากสายอากาศที่ใช้กับสายอากาศแบบรอบทิศทาง( isotropic antenna) เราก็จะได้อัตราขยายกำลังของสายอากาศที่ใช้ ดังนั้นสายอากาศจึงมีส่วนช่วยในการเพิ่มกำลังของสัญญาณในการรับส่งสัญญาณในทิศทางที่ต้องการ


รูปที่ 4 ภาพจำลองรูปแบบการกระจายคลื่นของสายอากาศแบบสามมิติของสายอากาศแบบยากิ


สายอากาศที่นิยมใช้ในการรับส่งสัญญาณดาวเทียมได้แก่ สายอากาศแบบจาน (Dish antenna) ซึ่งทำหน้าที่สะท้อนสัญญาณที่ตกกระทบผิวจานสายอากาศไปยังตัวป้อนสัญญาณซึ่งทำหน้าที่แปลงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า(กรณีรับสัญญาณ) หรือในทางกลับกัน ตัวป้อนสัญญาณจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าที่ต้องการส่งให้เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ไปยังผิวของจานสายอากาศเพื่อสะท้อนไปยังทิศทางที่ต้องการสื่อสาร สายอากาศแบบยากิ(Yagi antenna) สายอากาศแบบเกลียวที่มักใช้ในดาวเทียมสำหรับนักวิทยุสมัครเล่น สายอากาศแบบแพทซ์ (Patch antenna)ซึ่งมักจะพบในเครื่องรับ GPS เป็นต้น ดังแสดงในรูปที่ 5


รูปที่ 5 ตัวอย่างสายอากาศแบบจานสะท้อน สายอากาศ GPS และสายอากาศสำหรับดาวเทียมของนักวิทยุสมัครเล่น ตามลำดับ


ชุดขยายสัญญาณแบบสัญญาณรบกวนต่ำ (Low Noise Amplifier - LNA)
LNA มักจะต่อไว้ใกล้กับตัวสายอากาศ เป็นอุปกรณ์ที่กำหนดคุณสมบัติความสามารถในการรับสัญญาณ ชุดขยายสัญญาณนี้มีหน้าที่ขยายสัญญาณวิทยุหรือไมโครเวฟที่รับมาได้จากสายอากาศให้มีความแรงเพิ่มขึ้น โดยให้กำเนิดสัญญาณรบกวนออกมาต่ำมาก สัญญาณที่เดินทางมาจากระยะไกลหลายร้อยกิโลเมตรจะมีขนาดลดลงอย่างมาก และอาจจะมีค่าใกล้เคียงกับสัญญาณรบกวนที่มีอยู่หรือที่วงจรขยายสร้างขึ้น ดังนั้นการขยายสัญญาณโดยไม่สร้างสัญญาณรบกวนเพิ่มขึ้นมาจึงมีความสำคัญมากๆ และในกรณีที่ต้องการให้สัญญาณรบกวนต่ำมากอาจจำเป็นต้องควบคุมอุณหภูมิของวงจรขยายและเครื่องรับ ให้มีค่าต่ำๆ โดยใช้เครื่องปรับอากาศ หรือการหล่อเย็น

ชุดขยายสัญญาณนี้อาจจะรวมชุดแปลงความถี่ของสัญญาณเอาไว้ในตัวด้วยซึ่งจะเรียกว่า LNB (Low noise block) ทำหน้าที่ขยายสัญญาณและแปลงความถี่ให้ต่ำลงทำให้สามารถใช้ระบบสายส่งสัญญาณที่มีราคาถูกลงและมีการสูญเสียของสัญญาณในสายส่งน้อยลงเพื่อนำสัญญาณจากสายอากาศมายังชุดเครื่องรับสัญญาณที่อยู่ในห้องภายในอาคาร

ท่อนำคลื่น(Wave Guide)
เป็นอุปกรณ์ที่นำสัญญาณไมโครเวฟจากจานสายอากาศมายังอาคารที่เครื่องรับส่งวิทยุติดตั้งอยู่ ท่อนำคลื่นโดยทั่วไปสร้างจากแผ่นโลหะและมีรูปทรงเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้า และมีขนาดที่เหมาะสมกับค่าความถี่ของสัญญาณที่ต้องการลำเลียง ซึ่งควรจะมีการสูญเสียในท่อนำคลื่นไม่มาก เพราะการลดทอนของสัญญาณในท่อนำคลึ่นจะทำให้สัญญาณที่เข้าสู่เครื่องรับต่ำลง ในกรณีที่ความถี่ที่ต้องการรับไม่สูงก็จะใช้สายส่งแบบโคเอ็กเชียลแทนเพราะมีราคาถูกกว่าและใช้งานสะดวกกว่ามาก



เครื่องรับวิทยุ
จะทำหน้าที่แยกข้อมูลข่าวสารหรือสัญญาณที่ส่งมากับสัญญาณดาวเทียม ในกรณีที่เป็นข้อมูลดิจิทัลก็จะมีโมเด็มทำการแปลงสัญญาณให้เป็นข้อมูลดิจิทัล

เครื่องส่งวิทยุ
ทำหน้าที่ตรงข้ามกับเครื่องรับวิทยุ ในกรณีที่เป็นข้อมูลดิจิทัล โมเด็มจะทำการเข้ารหัสสัญญาณและปรับแต่งสัญญาณก่อนที่เข้ามายังเครื่องส่ง ข้อมูลข่าวสารที่จะส่งออกไปจะถูกผสมกับความถี่วิทยุหรือไมโครเวฟ ก่อนที่จะถูกขยายด้วยวงจรขยายกำลังและผ่านไปยังสายอากาศต่อไป

กลับไปด้านบน


copyright © 2016 กองโครงสร้างพื้นฐานเทคโนโลยีดิจิทัล สำนักงานคณะกรรมการดิจิทัลเพื่อเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ กระทรวงดิจิทัลเพื่อเศรษฐกิจและสังคม
ชั้น 7 อาคาร B ศูนย์ราชการเฉลิมพระเกียรติ 80 พรรษา 5 ธันวาคม 2550 ถนนแจ้งวัฒนะ แขวงทุ่งสองห้อง เขตหลักสี่ กรุงเทพฯ 10210
โทรศัพท์ 0-2141-6877 โทรสาร 0-2143-8027 e-mail: [email protected]