ต้นแบบเครื่องส่งวิทยุกระจายเสียงขนาดกำลังส่ง 500 วัตต์

จากการที่สถานีวิทยุกระจายเสียงที่ได้รับอนุญาตทดลองประกอบกิจการ หรือ “วิทยุชุมชน” หลายแห่ง ยังออกอากาศสัญญาณวิทยุเอฟเอ็มที่ไม่ได้มาตรฐาน ทำให้เกิดปัญหาหลายด้าน ไม่ว่าจะเป็น เกิดการรบกวนวิทยุเอฟเอ็มด้วยกันเองทำให้ประชาชนผู้บริโภคด้านกระจายเสียงได้รับความเดือดร้อนไม่สามารถรับฟังวิทยุเอฟเอ็มได้ รบกวนการติดต่อสื่อสารและการเดินอากาศทางการบิน ซึ่งมีผลกระทบด้านความปลอดภัยทางการบิน เป็นต้น

สำนักงาน กสทช. ตระหนักถึงปัญหาดังกล่าว และมีการดำเนินงานเพื่อบรรเทาปัญหาดังกล่าวในหลายๆ ด้าน เช่น

1. กำหนดหลักเกณฑ์และมาตรฐานทางเทคนิคของเครื่องส่งวิทยุเอฟเอ็มที่เข้มงวดและเป็นไปตามมาตรฐานสากล
2. สนับสนุนการจัดตั้งศูนย์ทดสอบมาตรฐานเครื่องส่งวิทยุกระจายเสียง มากกว่า 30 ศูนย์ทั่วประเทศ เพื่อใช้เป็นศูนย์ทดสอบเครื่องส่งวิทยุเอฟเอ็มซึ่งทุกเครื่องต้องผ่านการตรวจสอบมาตรฐานทางเทคนิคก่อนถึงจะใช้ออกอากาศได้
3. สนับสนุนให้ทุนวิจัยเพื่อสร้างเครื่องส่งวิทยุชุมชนที่ได้มาตรฐาน ราคาไม่สูง ใช้วัสดุที่หาได้ในประเทศและเป็นการสนับสนุนอุตสาหกรรมโทรคมนาคมในประเทศไทยอีกด้วย

ในส่วนของการสนับสนุนทุนวิจัย สำนักงาน กสทช. ได้ว่าจ้างเนคเทควิจัยและพัฒนาต้นแบบ (Prototype) “เครื่องส่งวิทยุกระจายเสียงขนาดกำลังส่ง 500 วัตต์” ที่ตรงตามมาตรฐานโดยใช้เป็นชุดสาธิตให้ความรู้แก่ผู้ประกอบการ ผู้ผลิตเครื่องส่งวิทยุที่สนใจ สามารถนำไปสร้างเพื่อใช้ในสถานีวิทยุกระจายเสียง โดยต้นแบบที่พัฒนาขึ้นใช้อุปกรณ์ส่วนใหญ่ที่ผลิตภายในประเทศทำให้มีต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่า เมื่อเทียบกับเครื่องส่งที่นำเข้าจากต่างประเทศ และยังคงสามารถผ่านมาตรฐานทางเทคนิคที่เข้มงวดของ กสทช. ได้ ดังรายละเอียดเปิดเผยไว้ที่หน้าเว็บไซต์ กสทช.

ต้นแบบนี้พัฒนาโดยใช้ทฤษฎีการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์สำหรับคลื่นความถี่วิทยุ และการเข้ารหัสสัญญาณเสียงแบบสเตริโอ และทำการทดสอบโดยห้องปฏิบัติการทดสอบมาตรฐานทางเทคนิคของเครื่องส่งวิทยุกระจายเสียง สำหรับการทดลองประกอบกิจการวิทยุกระจายเสียง ที่ได้รับการรับรองจาก สำนักงาน กสทช. โดยผลการทดสอบต้นแบบเครื่องส่งวิทยุกระจายเสียงขนาดกำลังส่ง 500 วัตต์ มีค่ากำลังของคลื่นพาห์ 474 วัตต์ มีค่าการแพร่แปลกปลอม -86.52 dBc ที่ความถี่ 140.20 MHz มีค่าการแพร่นอกแถบอยู่ในกรอบที่กำหนด มีค่าผิดพลาดทางความถี่เท่ากับ 0.0682 KHz และ มีค่าเบี่ยงเบนทางความถี่ที่วัดได้ 70.783 KHz ซึ่งผลการทดสอบที่เกิดขึ้น สามารถสรุปได้ว่าต้นแบบเครื่องส่งวิทยุกระจายเสียงขนาดกำลังส่ง 500 วัตต์ที่พัฒนาขึ้นผ่านมาตรฐานของ กสทช. ได้รับการยอมรับและส่งมอบให้กับ กสทช. เป็นที่เรียบร้อยแล้ว

คุณสมบัติของผลิตภัณฑ์

• ต้นแบบเครื่องส่งวิทยุกระจายเสียงขนาดกำลังส่ง 500 วัตต์ที่ตรงตามมาตรฐาน โดยปัจจุบัน กสทช ใช้ผลงานนี้เป็นชุดสาธิตให้ความรู้กับผู้ประกอบการ รวมถึง ผู้ประกอบการที่สนใจ สามารถนำไปสร้างเพื่อใช้ในสถานีวิทยุกระจายเสียง โดยต้นแบบที่พัฒนาขึ้นใช้อุปกรณ์ส่วนใหญ่ที่ผลิตภายในประเทศทำให้มีต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่า เมื่อเทียบกับเครื่องส่งที่นำเข้าจากต่างประเทศ
• มีค่าผิดพลาดทางความถี่เพียง 0.0682 kHz ซึ่งดีกว่าค่ามาตรฐานมาก (ค่าผิดพลาดทางความถี่น้อยกว่า 2 kHz ) ซึ่งเป็นผลมาจากการออกแบบวงจรสังเคราะห์ความถี่ที่มีประสิทธิภาพสูง สามารถผลิตความถี่ได้เที่ยงตรงและล็อคความถี่ได้เสถียร โดยที่มี Phase Noise ที่ต่ำมากเพียง -85 dBc/Hz เมื่อวัดที่ระดับ Resolution bandwidth ที่ 10 kHz ซึ่งผลที่ได้มีคุณภาพเทียบเท่ากับเครื่องส่งวิทยุเอฟเอ็มรุ่น SR8050 ของบริษัท Rohde & Schwarz ประเทศเยอรมนี
• มีค่าความถี่เบี่ยงเบนไม่เกิน ±75 kHz และการแพร่นอกแถบที่สัญญาณที่ออกอากาศต้องอยู่ในกรอบของสเปกตรัม (Spectrum Mask) ที่กำหนด ซึ่งเป็นหัวข้อที่มีความท้าทายมาก การออกแบบที่ไม่ถูกต้องเพียงจุดใดจุดหนึ่งตลอด Signal Chain ก็จะทำให้ไม่ผ่านมาตรฐานได้ทันที เริ่มตั้งแต่การเข้ารหัสเสียงที่มีวงจรลิมิตสัญญาณเสียงที่มีประสิทธิภาพสูง สามารถปรับสัญญาณเสียงก่อนเข้ามอดูเลตให้มีขนาดคงที่ตลอดการทำงานได้ การควบคุม Phase Noise ที่อยู่ในระดับต่ำของวงจร FM Modulator การควบคุมสัญญาณรบกวนทุกจด รวมถึงการวางลายวงจรพิมพ์ ทั้งหมดนี้ต้องได้รับการออกแบบอย่างละเอียดถี่ถ้วนเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้นแบบนี้ผ่านมาตรฐาน กสทช. ได้
• มีค่าการแพร่แปลกปลอมที่ความถี่อื่นๆ ต้องมีค่าต่ำกว่า -70 dBc เมื่อออกอากาศที่ 500 วัตต์ โดยต้นแบบของเราผลิตสัญญาณแปลกปลอมที่ -74.52 dBc ซึ่งผ่านตามข้อกำหนด โดยภายในต้นแบบนี้มีวงจรกรองความถี่ที่สามารถในตัดการแพร่แปลกปลอมสูงถึง 80 dB โดยที่มีค่าการสูญเสียสอดแทรก (Insertion Loss) เพียง 0.8 dB เท่านั้น
• มีกำลังส่งออกอากาศสูงถึง 500 วัตต์ นับว่าต้นแบบนี้ เป็นหนึ่งในเครื่องส่งวิทยุ ที่มีกำลังส่งสูงมากที่สุดที่ เนคเทค เคยทำการวิจัยและพัฒนา ทีมวิจัยได้ทำการออกแบบวงจรโดยใช้อุปกรณ์ Solid State ที่สามารถขับกำลังออกได้สูง ออกแบบบนแผ่นซับเสตรต RO4350B ที่มีค่าความสูญเสียต่ำ ทำให้วงจรมีกำลังขยายสูงถึง 24 dB กำลังที่เอาต์พุตสูงถึง 500 วัตต์ และมีประสิทธิภาพสูงถึง 60% อีกทั้งยังได้ทำการวิจัยโครงสร้างของ Housing เพื่อให้มีประสิทธิภาพในการระบายความร้อนได้ดี โดยในการทดสอบพบว่า อุณหภูมิที่ตัว High Power Device มีอุณหภูมิสูงขึ้นเพียง 2-5 °C เป็นเปิดเครื่องทดสอบต่อเนื่องเป็นเวลา 1 ชั่วโมง
• มีการป้องกันสัญญาณวิทยุสะท้อนกลับ (VSWR) โดยทั่วไปแล้วเครื่องส่งที่มีขายอยู่ส่วนใหญ่ จะไม่มีคุณสมบัตินี้ หรืออาจแยกขายโดยมีราคาเพิ่มสูงขึ้นมาก เนื่องจากการป้องกัน VSWR นี้จะต้องใช้อุปกรณ์เพิ่มเติม เช่น Bi-directional RF coupler ซึ่งมีราคาแพงมาก (50,000 บาท) ดังนั้นเราจึงจำเป็นต้องวิจัยและพัฒนาวงจร coupling สัญญาณขึ้นมาเองจากวัสดุภายในประเทศ โดยใช้หลักการของ RF Transformer ทำให้สามารถ coupling สัญญาณได้ 10 dB ตลอดย่าน 88-108 MHz มี amplitude variation ± 0.4 dB และมี Insertion loss เพียง 0.5 dB

คุณสมบัติทางเทคนิค

• กำลังคลื่นพาห์ (Carrier Power) ไม่เกิน 500 วัตต์ และสามารถลดกำลังคลื่นพาห์ลงได้โดยผู้ใช้งาน ในกรณีที่ความแรงของสัญญาณ (Field Strength) ที่วัดได้ระยะห่างออกไปมีค่าเกินกว่าที่กำหนด
• สามารถปรับเปลี่ยนความถี่ของคลื่นพาห์ (Carrier Frequency) ได้โดยผู้ใช้งาน ซึ่งต้องคำนึงถึงหลักเกณฑ์การใช้คลื่นความถี่สำหรับทดลองประกอบกิจการวิทยุกระจายเสียงด้วย
• สามารถรองรับสัญญาณเสียงสเตอริโอ และสามารถเลือกการออกอากาศในระบบ สเตอริโอหรือ โมโนได้โดยผู้ใช้งาน
• สามารถรายงานความบกพร่องของระบบสายอากาศที่มาต่อกับเครื่องส่งได้ โดยแสดงผลเป็นข้อความ หลอดไฟสี หรือแบบมิเตอร์เข็มที่หน้าปัดเครื่อง อย่างใดอย่างหนึ่ง
• สามารถใช้งานได้ต่อเนื่องเป็นเวลาอย่างน้อย 1 ปี โดยยังคงค่าพารามิเตอร์ที่สำคัญไว้ให้อยู่ในค่าที่ กสทช. กำหนด หรือสามารถปรับแต่งให้มีค่าที่กำหนดได้
• สามารถรองรับแหล่งจ่ายไฟกระแสสลับ 220 โวลต์/ 50 เฮิรตซ์ และต้องมีระบบป้องกันหากกระแสไฟเกิน อยู่ภายในด้วย
• ประกอบขึ้นโดยใช้อุปกรณ์ส่วนใหญ่ เช่น แผงวงจรพิมพ์ (PCB), สายไฟ, สายนำสัญญาณ ที่สามารถหาซื้อได้ภายในประเทศไทย และมีขนาดที่เหมาะสมสำหรับการติดตั้งใช้งานในสถานีวิทยุกระจายเสียง

การใช้งานจริง

ปัจจุบันต้นแบบเครื่องส่งวิทยุชุมชนกำลังส่ง 500 วัตต์ มีประสิทธิภาพการทำงานเป็นที่น่าพอใจ เนื่องจากได้ผ่านการทดสอบจากห้องปฏิบัติการทดสอบมาตรฐานทางเทคนิคของเครื่องส่งวิทยุกระจายเสียง สำหรับการทดลองประกอบกิจการวิทยุกระจายเสียง และได้รับการตรวจรับงานจากสำนักงาน กสทช. เป็นที่เรียบร้อยแล้ว โดยมีข้อมูลการออกแบบ schematics ลายวงจร PCB และรายการวัสดุ (Bill of Material) สามารถผลิตในลักษณะ Mass Production หรือขายสิทธิให้เอกชนที่สนใจนำไปผลิตจำหน่ายได้

ทีมวิจัยและพัฒนา

• ห้องปฏิบัติการวิจัยโพรโตคอลและเครือข่ายไร้สาย
• หัวหน้าโครงการ ดร.กิตติ วงศ์ถาวราวัฒน์