อปุ กรณ์IoT (Internet of Things) หรอื ทเี่ ราเรยี กกนั สนั้ ๆ วา่ IoT เป็นสงิ่ ทเี่ ขา้มาเปลยี่ นโลกการสอื่ สารและ การเชอื่ มตอ่ ของเรา ทกุ วนั นเี้รามอี ปุ กรณ์IoT รอบตวั ตงั้แตส่ มารท์ โฟน อปุ กรณส์ วมใส่ (wearables) จนถงึ ระบบจัดการอตุ สาหกรรมขนาดใหญ่ แตส่ งิ่ หนงึ่ ทเี่ ป็นหวัใจสำ คญั ใหพ้ วกมนั ทำ งานไดอ้ยา่ งไรร้อยตอ่ กค็ อื "เสาอากาศ" ซงึ่ ทำ หนา้ทเี่ ชอื่ มโยงการสง่ สญั ญาณระหวา่ งอปุ กรณแ์ ละเครอื ขา่ ย การออกแบบเสาอากาศ สำ หรับอปุ กรณ์IoT ไมใ่ ชเ่ รอื่ งงา่ ย เพราะตอ้ งเจอกบั ความทา้ทายหลายอยา่ ง เรามาลงลกึ ในแตล่ ะประเด็น และวธิที นี่ ักออกแบบใชใ้นการแกไ้ขปัญหากนั ครับ 

การทำใหเ้สาอากาศมขี นาดเล็กพอทจี่ ะพอดกี บัอปุ กรณ์IoT 

ขนาดเสาอากาศเป็นเรอื่ งใหญค่ รับ เพราะอปุ กรณ์IoT โดยสว่ นใหญม่ กั ถกู ออกแบบมาใหม้ขี นาดเล็กกระทดั รัด เชน่ _{สมารท์ โฟน นาฬก}^ิ าอจัฉรยิ ะ หรอื แมแ้ตเ่ ซนเซอรเ์ล็กๆ ทตี่ อ้ งแอบซอ่ นไวต้ ามมมุ ตา่ งๆ การทำ ใหเ้สา อากาศมขี นาดเล็กพอทจี่ ะตดิ ตงั้ ไดโ้ดยไมเ่ สยีประสทิ ธภิ าพเป็นเรอื่ งยาก เสาอากาศทเี่ ล็กเกนิ ไปอาจทำ ให้ คณุ ภาพการรับ-สง่ สญั ญาณลดลง และเมอื่ ใสเ่ ขา้ไปในอปุ กรณ์อาจถกู วสั ดทุ ลี่ อ้มรอบรบกวนการทำ งานได ้ งา่ ยกวา่ 

แนวทางแกไ้ข

นักออกแบบจงึหนั มาใชเ้สาอากาศแบบ multi-layer และ multi-band ทสี่ ามารถรวมหลาย ชนั้ หรอื ทำ งานไดห้ ลายยา่ นความถใี่ นขนาดทเี่ ล็กกวา่ เดมิ เทคนคิ นชี้ ว่ ยลดขนาดเสาอากาศโดยยงัคง ประสทิ ธภิ าพการรับสง่ สญั ญาณไดด้ ีนอกจากนี้การฝังเสาอากาศลงในโครงสรา้งของอปุ กรณโ์ ดยตรง (embedded antenna) ชว่ ยใหเ้สาอากาศสามารถซอ่ นตวัอยใู่ นอปุ กรณไ์ ดด้ ีทำ ใหไ้มร่ บกวนดไีซนแ์ ละเพมิ่ พนื้ ทกี่ ารใชง้านอนื่ ๆ ไดอ้กี ดว้ย 

การรองรบัหลายยา่ นความถี่(Multi-Band Operation) 

อปุ กรณ์IoT ไมไ่ ดเ้ชอื่ มตอ่ กบั ระบบเดยี วครับ มนั ตอ้ งสอื่ สารกบั หลายระบบ ไมว่ า่ จะเป็น Wi-Fi, Bluetooth, LTE หรอื แมแ้ต่ Zigbee และ LoRa ซงึ่ มคี วามถตี่ า่ งกนั การทเี่ สาอากาศจะทำ งานไดใ้นหลายยา่ นความถี่ โดยไมท่ ำ ใหป้ ระสทิ ธภิ าพการเชอื่ มตอ่ แยล่ งเป็นเรอื่ งทตี่ อ้ งใชเ้ทคนคิ พเิศษ เพราะแตล่ ะยา่ นความถมี่ ี คณุ สมบตั แิตกตา่ งกนั ทำ ใหต้ อ้ งออกแบบเสาอากาศใหต้ อบสนองตอ่ ทกุ ยา่ นความถนี่ ัน้ ไดอ้ยา่ งดี 

แนวทางแกไ้ข

เทคนคิ ทนี่ ยิ มใชค้ อื การสรา้ง multi-band antenna หรอื wideband antenna ทสี่ ามารถรับ และสง่ สญั ญาณไดห้ ลายความถใี่ นเสาอากาศเดยี ว ซงึ่ ชว่ ยลดความยงุ่ ยากของการตดิ ตงั้และเพมิ่ ประสทิ ธภิ าพการเชอื่ มตอ่ นอกจากนยี้ งัมกี ารพัฒนาเสาอากาศทสี่ ามารถปรับยา่ นความถไี่ ด ้(reconfigurable antenna) ทำ ใหส้ ามารถปรับตวัตามการใชง้านทเี่ ปลยี่ นแปลงไปได ้นับวา่ เป็นทางออกทชี่ าญฉลาดและเพมิ่ ความยดื หยนุ่ ใหก้บั อปุ กรณ์IoT ทตี่ อ้ งสอื่ สารกบั หลายระบบพรอ้ มกนั 

การรบกวนจากสญั ญาณอนื่ (Interference) 

การรบกวนจากสญั ญาณเป็นปัญหาทหี่ นไีมพ่ น้ ในเมอื งใหญห่ รอื พนื้ ทที่ มี่ กี ารใชง้านสญั ญาณไรส้ ายหลาย แบบพรอ้ มกนั เชน่ Wi-Fi, Bluetooth, หรอื สญั ญาณมอื ถอื สญั ญาณพวกนอี้ าจรบกวนเสาอากาศของอปุ กรณ์ IoT ทำ ใหเ้กดิปัญหาการรับสญั ญาณทไี่ มเ่ สถยี ร ซงึ่ อาจสง่ ผลใหข้ อ้มลู ทสี่ ง่ และรับนัน้ ผดิ พลาดหรอื ลา่ ชา้ 

แนวทางแกไ้ข

วธิกี ารแกป้ ัญหาทใี่ ชก้นั ทวั่ ไปคอื การใช ้เทคนคิ beamforming ซงึ่ เป็นการควบคมุ ทศิ ทาง ของสญั ญาณใหส้ ง่ ไปยงัทศิ ทางทตี่ อ้ งการโดยตรง ทำ ใหล้ ดการรบกวนจากสญั ญาณอนื่ นอกจากนยี้ งัมกี าร ใช ้วงจรกรองสญั ญาณ (filter circuit) เพอื่ ตดั สญั ญาณทไี่ มต่ อ้ งการออกไป รวมถงึการออกแบบ MIMO (Multiple Input, Multiple Output) ซงึ่ สามารถรับและสง่ สญั ญาณไดห้ ลายทศิ ทางพรอ้ มกนั การใช ้MIMO ชว่ ยเพมิ่ ความเสถยี รในการเชอื่ มตอ่ แมใ้นพนื้ ทที่ มี่ สี ญั ญาณหนาแน่นมาก

ความทนทานตอ่ สภาพแวดลอ้ มทหี่ ลากหลาย 

อปุ กรณ์IoT ไมไ่ ดใ้ชง้านแคใ่ นบา้นหรอื ทที่ ำ งานเทา่ นัน้ ครับ แตบ่ างครัง้กถ็ กู ตดิ ตงั้ ในพนื้ ทกี่ ลางแจง้ หรอื ใน สภาพแวดลอ้มทมี่ คี วามชนื้ ฝ่นุ หรอื อณุ หภมู ทิ เี่ ปลยี่ นแปลงบอ่ ย การทำ ใหเ้สาอากาศทนทานและสามารถ ทำ งานไดด้ ใีนทกุ สภาพแวดลอ้มจงึเป็นสงิ่ สำ คญั เพราะอปุ กรณบ์ างประเภท เชน่ เซนเซอรใ์ นระบบการ เกษตรหรอื อปุ กรณต์ ดิ ตงั้ ในโรงงานอตุ สาหกรรม ตอ้ งเจอกบั สภาพแวดลอ้มทไี่ มเ่ ป็นมติ รเสมอ 

แนวทางแกไ้ข

การใชว้สั ดกุ นั น้ำและฝ่นุ เชน่ การเคลอื บเทฟลอนหรอื วสั ดทุ กี่ นั สนมิ เพอื่ ใหเ้สาอากาศ สามารถทนตอ่ สภาพอากาศทแี่ ปรปรวน นอกจากนยี้ งัมกี ารออกแบบใหเ้สาอากาศสามารถปรับตวัตามสภาพ แวดลอ้มได ้เชน่ เสาอากาศแบบ flexible ทที่ นตอ่ การบดิ งอหรอืเสาอากาศทมี่ โีครงสรา้งสามารถปรับ ทศิ ทางได ้ทำ ใหก้ ารเชอื่ มตอ่ มปี ระสทิ ธภิ าพแมอ้ ยใู่ นพนื้ ทที่ มี่ กี ารเปลยี่ นแปลงของสภาพอากาศบอ่ ยครัง้ 

การออกแบบทสี่ อดคลอ้ งกบัดไีซนข์ องอปุ กรณ์ 

อปุ กรณ์IoT มกั มดี ไีซนท์ หี่ ลากหลาย และบางครัง้กเ็นน้ ความสวยงาม การออกแบบเสาอากาศทสี่ ามารถ สอดคลอ้ งกบั รปู ลกั ษณภ์ ายนอกของอปุ กรณจ์ งึเป็นความทา้ทาย เพราะเสาอากาศใหญเ่ กนิ ไปจะทำ ให้ อปุ กรณเ์สยีความสวยงามหรอื ไมส่ ะดวกตอ่ การพกพา 

แนวทางแกไ้ข

การใชเ้สาอากาศแบบฝัง (embedded antenna) เป็นทางออกทเี่ หมาะสมมากทสี่ ดุ โดยเสา อากาศฝังสามารถตดิ ตงั้ภายในตวัอปุ กรณแ์ ละไมร่ บกวนดไีซนภ์ ายนอก หรอื อาจใช ้เสาอากาศแบบ flexible ทสี่ ามารถปรับรปู รา่ งไดต้ ามโครงสรา้งของอปุ กรณ์ทำ ใหต้ อบโจทยก์ ารออกแบบไดด้ โีดยไมล่ ด ประสทิ ธภิ าพการทำ งาน 

การสง่ สญั ญาณระยะไกลและครอบคลมุ พนื้ ทกี่ วา้ง 

สำ หรับอปุ กรณ์IoT ทตี่ อ้ งใชใ้นพนื้ ทกี่ วา้ง เชน่ ในระบบเกษตรอจัฉรยิ ะ การจัดการสงิ่ แวดลอ้ม หรอื การ ควบคมุ ในระบบโลจสิ ตกิส์การเชอื่ มตอ่ ระยะไกลและครอบคลมุ พนื้ ทใี่ หญเ่ ป็นสงิ่ สำ คญั แตป่ ัญหาคอื การสง่ สญั ญาณใหไ้กลขนึ้ มกั จะตอ้ งใชพ้ ลงังานมากขนึ้ ทำ ใหอ้ปุ กรณห์ มดพลงังานไว 

แนวทางแกไ้ข

เทคโนโลยีLoRa (Long Range) และ LPWAN (Low Power Wide Area Network) ถกู ออกแบบมาเพอื่ รองรับการสง่ สญั ญาณไดไ้กลโดยไมใ่ ชพ้ ลงังานมาก ซงึ่ ทำ ใหเ้หมาะสมสำ หรับการใชง้านใน พนื้ ทเี่ ปิดโลง่ หรอื พนื้ ทที่ ตี่ อ้ งการเชอื่ มตอ่ ระยะไกลเป็นพเิศษ นอกจากนเี้สาอากาศทรี่ องรับเทคโนโลยเีหลา่ นยี้ งัชว่ ยใหส้ ามารถสอื่ สารไดด้ ขี นึ้ ในสภาพแวดลอ้มทไี่ มเ่ ออื้ อำ นวย 

การจดัการพลงังานเพอื่ ยดื อายแุ บตเตอรี่ 

อปุ กรณ์IoT มกั ถกู ออกแบบใหท้ ำ งานอยา่ งตอ่ เนอื่ งในระยะเวลานาน การใชพ้ ลงังานอยา่ งประหยดั จงึมคี วามสำ คญั มาก โดยเฉพาะกบั อปุ กรณท์ มี่ แีบตเตอรจี่ ำ กดั การออกแบบเสาอากาศทใี่ ชพ้ ลงังานอยา่ งมี ประสทิ ธภิ าพชว่ ยยดื อายกุ ารใชง้านของแบตเตอรแี่ ละลดความจำ เป็นในการเปลยี่ นแบตเตอรบี่ อ่ ยครัง้ 

แนวทางแกไ้ข

นักออกแบบเสาอากาศหนั มาใชก้ ารออกแบบเสาอากาศทมี่ โีหมด low power mode เพอื่ ชว่ ยลดการใชพ้ ลงังานเมอื่ อปุ กรณไ์ มไ่ ดใ้ชง้าน หรอืเสาอากาศทสี่ ามารถปรับระดบั พลงังานไดต้ ามสภาพ แวดลอ้ม เชน่ การลดพลงังานในชว่ งทมี่ กี ารเชอื่ มตอ่ ทมี่ นั่ คง เพอื่ ประหยดั แบตเตอรแี่ ละเพมิ่ ความทนทานให้ อปุ กรณ์IoT สามารถทำ งานไดต้ อ่ เนอื่ งโดยไมต่ อ้ งกงัวลเรอื่ งพลงังานหมด

การตอบสนองแบบเรยี ลไทมส์ ำหรบั IoT ทตี่ อ้ งการความเร็วสงู 

อปุ กรณ์IoT ในบางระบบ เชน่ ระบบสขุ ภาพหรอื การควบคมุ ความปลอดภยั จำ เป็นตอ้ งมกี ารตอบสนองแบบ เรยีลไทม์เพราะถา้มคี วามลา่ ชา้ในการสง่ ขอ้มลู อาจทำ ใหเ้กดิความเสยี่ งหรอื ผลกระทบตอ่ ผใู้ชง้านได ้การ ออกแบบเสาอากาศทสี่ ามารถตอบสนองไดเ้ร็วและเสถยี รจงึเป็นสงิ่ ทขี่ าดไมไ่ ดใ้นระบบเหลา่ นี้ 

แนวทางแกไ้ข

การใชเ้ทคโนโลยีlow-latency เชน่ เครอื ขา่ ย 5G ชว่ ยเพมิ่ ความเร็วในการเชอื่ มตอ่ นอกจากนกี้ ารออกแบบเสาอากาศใหม้ปี ระสทิ ธภิ าพในการประมวลผลสญั ญาณแบบ real-time สามารถชว่ ย ใหข้ อ้มลู ถกู สง่ ไปยงัปลายทางไดอ้ยา่ งรวดเร็ว การใชเ้ครอื ขา่ ย 5G หรอื การเชอื่ มตอ่ ทมี่ ีlatency ต่ำ เป็นทาง เลอื กทดี่ ใีนการตอบสนองตอ่ การใชง้านทตี่ อ้ งการความรวดเร็ว 

สรปุ 

การออกแบบเสาอากาศสำ หรับอปุ กรณ์IoT ตอ้ งอาศยั การปรับตวัและพัฒนาทางเทคนคิ หลายดา้น ทงั้ขนาด เล็ก การทำ งานในหลายยา่ นความถี่ การทนทานตอ่ สภาพแวดลอ้ม การใชพ้ ลงังานอยา่ งมปี ระสทิ ธภิ าพ และ การตอบสนองทรี่ วดเร็ว แนวทางการแกป้ ัญหาทใี่ ช ้เชน่ การใช ้multi-band antenna, flexible antenna, LoRa, LPWAN และเทคโนโลยีbeamforming ชว่ ยใหเ้สาอากาศสามารถตอบสนองตอ่ ความทา้ทายของ IoT ไดอ้ยา่ งครบถว้น การออกแบบทดี่ จี ะชว่ ยใหอ้ปุ กรณ์IoT มคี วามสามารถในการเชอื่ มตอ่ ทยี่ อดเยยี่ ม และ ตอบสนองตอ่ การใชง้านไดอ้ยา่ งมปี ระสทิ ธภิ าพในทกุ สถานการณ์