การสื่อสารไมโครเวฟ

การสื่อสารด้วยคลื่นไมโครเวฟ
ระบบไมโครเวฟ

การประยุกต์ใช้ความถี่ไมโครเวฟในปัจจุบันมีอยู่อย่างแพร่หลายมากเนื่องจากเป็นช่วงความถี่ที่สูงทำให้มีแถบช่องสัญญาณให้ใช้อย่างมาก เหตุที่ถูกเรียกว่าไมโครเวฟเพราะว่าความยาวคลื่นของความถี่ดังกล่าวอยู่ในช่วง 1 มิลลิเมตรถึง1เมตรในขณะที่ความถี่ของคลื่นในย่านดังกล่าวอยู่ในช่วง 0.3 ถึง 300 กิกะเฮิรตซ์ (GHz : 109 ) นั่นคืออยู่ในแถบของความถี่อุลตร้าไฮความถี่ซูเปอร์ไฮและความถี่เอ็กซ์ต้าซูเปอร์ไฮและได้มีการกำหนดตัวอักษรซึ่งเป็นตัวบอกให้ทราบถึงส่วนหนึ่งของความถี่ในย่านไมโครเวฟ เช่น สำหรับความถี่ตั้งแต่ 1 ถึง 40 กิกะเฮิรตซ์ จะถูกแบ่งออกเป็นชื่อดังนี้ พี (P), เอส (S), ซี (C), เอ็กซ์ (X), เคยู (Ku), เค (K) และเคเอ(Ka)

สำหรับการใช้งานคลื่นไมโครเวฟนั้นจะสามารถแบ่งได้ดังต่อไปนี้
1. ระบบส่งสัญญาณ (Transmission) ในการโทรคมนาคมจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งเช่นสถานีต่อผ่านให้กับโครงข่ายโทรศัพท์ทางไกลโดยทั่วไปมักใช้ในย่านความถี่5.925 ถึง 6.425 กิกะเฮิรตซ์ หรือในระบบโทรทัศน์การถ่ายทอดสัญญาณจากรถถ่ายทอดไปยังห้องส่งจากห้องส่งไปยังเครื่องส่งไมโครเวฟ การเชื่อมต่อจากห้องส่งไปยังเครื่องส่งอาจใช้ความถี่ในช่วง 947 ถึง 952 เมกะเฮิรตซ์เป็นต้น
2. ระบบตรวจจับและวัดระยะด้วยคลื่น หรือที่เรียกว่าเรดาร์ (RADAR : Radio Detection And Ranging) ด้วยการส่งคลื่นวิทยุออกไปในมุมแคบจากสายอากาศเมื่อคลื่นวิทยุกระทบกับวัตถุก็จะสะท้อนกลับมาแล้วนำสัญญาณมาเปรียบเทียบกับสัญญาณเดิมและแปรออกมาป็นข้อมูลที่ต้องการ สำหรับความถี่ที่ใช้ก็ยังอยู่ในช่วง 8.5 ถึง 9.2 กิกะเฮิรตซ์ และ 13.25 ถึง 13.40 กิกะเฮิรตซ์ หรือในการวัดระยะทางในระบบนำร่องของการเดินอากาศอุปกรณ์วัดระยะที่เรียกว่า ดีเอ็มอี (DME : Distance Measuring Equipment) จะใช้ความถี่ที่ 962 ถึง 1,213 เมกะเฮิรตซ

3. เครื่องมือในอุตสาหกรรม เช่น การนำความร้อนด้วยคลื่นไมโครเวฟ การเชื่อมและติดวัตถุหรือในรูปของเครื่องใช้ในครัวเรือนเช่น เตาอบและทำอาหารอย่างเร็วที่ใช้คลื่นไมโครเวฟที่ความถี่ 2.45 กิกะเฮิรตซ์
4. ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียมในอวกาศ (Satellite Communication) ซึ่งคลื่นไมโครเวฟเป็นหัวใจสำคัญในระบบดังกล่าว
โครงสร้างของการใช้งานคลื่นไมโครเวฟในระบบส่งสัญญาณ ซึ่งเป็นการใช้งานที่มีอยู่อย่างแพร่หลายมากที่สุดในสาขาโทรคมนาคม โดยสามารถส่งข้อมูลทั้งอะนาลอกและดิจิตอลระหว่างจุดต่อจุดได้เป็นอย่างดี การใช้งานที่มีอยู่มากที่สุดก็คือไมโครเวฟลิงค์ ซึ่งหากมีการเชื่อมโยงกันระหว่างจุดสองจุดจะถูกเรียกว่าหนึ่งฮอป (Hop) องค์ประกอบของระบบเบื้องต้นได้แก่สายอากาศสองชุดซึ่งอาจถูกวางอยู่ห่างกันเพียงสองกิโลเมตร หรือการเชื่อมโยงระหว่างจุดแต่เป็นระยะทางไกลหลายช่วงเป็นหลายฮอป จนสามารถเรียกได้ว่าเป็นแบ็กโบนให้กับระบบโทรคมนาคมได้
ของระบบเบื้องต้นได้แก่สายอากาศสองชุดซึ่งอาจถูกวางอยู่ห่างกันเพียงสองกิโลเมตร หรือการเชื่อมโยงระหว่างจุดแต่เป็นระยะทางไกลหลายช่วงเป็นหลายฮอป จนสามารถเรียกได้ว่าเป็นแบ็กโบนให้กับระบบโทรคมนาคมได้
ของระบบเบื้องต้นได้แก่สายอากาศสองชุดซึ่งอาจถูกวางอยู่ห่างกันเพียงสองกิโลเมตร หรือการเชื่อมโยงระหว่างจุดแต่เป็นระยะทางไกลหลายช่วงเป็นหลายฮอป จนสามารถเรียกได้ว่าเป็นแบ็กโบนให้กับระบบโทรคมนาคมได้ข้อมูลที่จะส่งด้วยไมโครเวฟมักถูกทำการมัลติเพล็กซิ่งก่อน จากนั้นจึงถูกมอดูเลตไปสู่ความถี่กลางค่าหนึ่ง (Intermediate Frequency) และทำการเลื่อนความถี่ (อัพคอนเวิร์ต) ไปยังความถี่ในย่านไมโครเวฟแล้วส่งออกไปในอากาศ ในด้านรับก็จะทำการแปลงกลับมาที่ความถี่กลางและดีมอดูเลตไปเป็นสัญญาณที่ได้รับการมัลติเพล็กซ์เช่นเดียวกับการส่ง สัญญาที่ได้หลังจากการทำมัลติเพล็กซิ่งมักถูกเรียกว่าสัญญาณเบสแบนด์ (BB : BaseBand Signal)
ในหนึ่งฮอปอาจจะสามารถเชื่อมต่อสัญญาณได้ในระยะทางประมาณ 30 ถึง 60 กิโลเมตร และหากนำสายอาาศไปติดตั้งบนยอดเขาก็อาจสามารถติดต่อกับสถานีถัดไปได้ในระะทางถึง 200 กิโลเมตรได้ เนื่องจากระบบไมโครเวฟเป็นการเชื่อมโยงสัญญาณในแบบแนวสายตาหรือที่เรียกว่าไลน์ออฟไซต์ (Line of sight) แต่ในการส่งสัญญสัญญาณระหว่างกันก็ยังมีปัจจัยอื่นที่มีผลต่อการส่งของสัญญาณทำให้แม้จะตั้งสายอากาศให้ตรงกันก็ไม่อาจส่งสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อที่จะให้เข้าใจการทำงานของระบบไมโครเวฟและส่วนประกอบต่าง ๆ ขอให้พิจารณาพื้นฐานการทำงานของอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับคลื่นไมโครเวฟกันก่อน เนื่องจากว่าอุปกรณ์ไมโครเวฟมีความแตกต่างจากอุปกรณ์โดยทั่วไปอย่างมาก เพราะที่ความถี่สูงจะมีการสูญเสียพลังงานจากการแพร่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกจากตัวนำธรรมดามาก

ท่อนำคลื่น (Waveguides)

ท่อนำคลื่นไมโครเวฟมีลักษณะเฉพาะคือเป็นโลหะตัวนำกลางสามารถถ่ายทอดพลังงานไมโครเวฟได้เป็นอย่างดีใช้สำหรับเป็นสายส่งสัญญาณระหว่างอุปกรณ์ไมโครเวฟ หรือเพื่อต่อเชื่อมไปยังสายอากาศของไมโครเวฟเอง โดยมากมักสร้างจากทองแดงหรืออะลูมิเนียมและทำการต่อเชื่อมกันเป็นท่อทรงกลมหรือทรงสี่เหลี่ยมก็ได้ นอกจากนั้นภายในอาจมีการฉาบด้วยเงินเพื่อลดความต้านทานให้เหลือน้อยที่สุดเหตุที่สายส่งสัญญาณไมโครเวฟเช่นสายโคแอกเชียลและสายตัวนำคู่ไม่สามารถนำมาใช้ได้นั้น เนื่องจากมีการสูญเสียพลังงานซึ่งเกิดจากปรากฎการณ์สกินเอฟเฟกต์ในตัวนำ สกินเอฟเฟกต์ (Skin Effect) เป็นสาเหตุทำให้มีกระแสไหลอยู่เฉพาะที่ผิวหรือใกล้ผิวตัวนำซึ่งนำกระแสอยู่เดิมเป็นผลให้มีความต้านทานสูงและเกิดการสูญเสียพลังงานมากการส่งคลื่นเข้าไปในท่อนำคลื่นอาจทำได้โดยใช้สายอุปกรณ์ที่มีลักษณะคล้ายสายอากาศที่เรียกว่าโพรบ ตัวอุปกรณ์ดังกล่าวจะมีความยาวเท่ากับหนึ่งในสี่ของคลื่นที่จะส่งเข้าไป และต่อเข้าที่ปลายปิดของท่อนำคลื่นโดยอยู่ห่างจากผนังด้านหลังเป็นระยะหนึ่งในสี่ของคลื่นเพื่อให้คลื่นสะท้อนจากด้านปิดไปข้างหน้าได้ ตำแหน่งของโพรบอาจอยู่ในแนวตั้งหรือแนวนอนก็ได้นอกจากนี้การส่งคลื่นเข้าไปอาจทำได้โดยตัวนำต่อเป็นลูปก็ได้เช่นกันสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจะสะท้อนกลับไปกลับมาอยู่ภายในท่อนำคลื่นตลอดการเดินทางของคลื่นไมโครเวฟในท่อนำดังกล่าวท่อนำคลื่นส่วนมากจะอยู่ในรูปทรงสี่เหลี่ยม ขนาดของท่อนำคลื่นจะขึ้นอยู่กับความถี่ที่ใช้ ความกว้างของท่อนำจะมีความยาวเท่ากับความยาวครึ่งคลื่นของความถี่ต่ำที่สุดที่จะใช้งาน ส่วนความสูงของท่อนำจะมีความยาวเท่ากับครึ่งหนึ่งของความยาวด้านกว้าง และความถี่ต่ำสุดที่สามารถใช้งานได้นั้นถูกเรียกว่าความถี่คัตออฟ เห็นได้ว่าท่อนำคลื่นเปรียบเสมือนตัวกรองความถี่สูง สมการหาความถี่คัตออฟจะเป็นดังนี้fc = 300 ส่วน 2.wเมื่อ W คือความกว้างของท่อนำคลื่น
การเดินทางของคลื่นจะสะท้อนกับผนังกำแพงของท่อนำคลื่น มุมตกกระทบและมุมสะท้อนจะขึ้นอยู่กับถี่ที่ใช้งาน ที่ความถี่สูงมุมตกและมุมสะท้อนจะกว้างทำให้คลื่นเดินทางได้ระยะทางไกลกว่าความถี่ที่ต่ำลงมาโหมดของการแพร่สัญญาไมโครเวฟ
สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าจะมีรูปแบบและทิศทางได้หลายแบบในท่อนำคลื่น จากรูปแบบดังกล่าว ทำให้มีการกำหนดโหมดของการทำงานขึ้น สนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้าตัวใดตัวหนึ่งจะต้องตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่น

รูปแบบดังกล่าวได้ถูกแบ่งออกเป็นสองชนิดใหญ่ดังต่อไปนี้
1. ทีอีโหมด หรือทรานสเวิร์สอิเล็กทริก (TE : Transverse Electric) สนามไฟฟ้าจะมีอยู่เฉพาะในแนวขวางของท่อนำคลื่นตั้งฉากกับผนังตัวนำเท่านั้น จะไม่มีสนามไฟฟ้าอยู่ตามแนวยาวหรือทิศการแพร่ของท่อนำคลื่นเลย พลังงานจะเคลื่อนที่โดยสนามแม่เหล็กในกรณีนี้
2. ทีเอ็มโหมด หรือทรานเวิร์สแมกเนติก (TM : Transverse Magnetic) สนามแม่เหล็กจะเกิดเป็นลูปในระนาบที่ตั้งฉากกับผนังของท่อนำคลื่น และไม่มีสนามแม่เหล็กใดอยู่ตามความยาวคลื่นส่วนพลังงานจะเคลื่อนที่ด้วยคลื่นไฟฟ้าสำหรับสายส่งธรรมดาที่มีตัวนำคู่จะมีสนามแม่เหล็กทั้งในแบบทรานสเวิร์สอิเล็กทริกและในแบบทรานสเวิร์กแมกเนติกไปด้วยกันจะถูกเรียกว่าทีอีเอ็ม (TEM : Transverse Electric and Magnetic) และในตัวอักษรของทั้งสองโหมดจะมีตัวเลขกำกับสำหรับบอกโดมิแนนต์โหมด และเป็นการแสดงให้ทราบถึงรูปแบบของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า ตัวเลขตัวแรกเป็นตัวแสดงให้ทราบว่ามีจำนวนชุดของการเปลี่ยนแปลงสนามรูปแบบครึ่งคลื่นตามแนวด้านสั้นของท่อนำคลื่นเมื่อพิจารณาในภาคตัดขวางของท่อนำคลื่น ส่วนตัวเลขตัวที่สองจะเป็นตัวบอกจำนวนชุดของการเปลี่ยนแปลงสนามรูปแบบครึ่งคลื่นตามแนวด้านยาวของท่อนำคลื่น ตัวอย่างเช่นทีอีโหมดที่มีสัญลักษณ์เป็น TE01 ตัวเลขกำกับตัวแรกเป็นศูนย์แสดงให้ทราบว่าด้านสั้นไม่มีการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของสนามใด ๆ ส่วนในด้านยาวจะมีการกระจายความหนาแน่นของสนามไฟฟ้าเป็นชุดครึ่งคลื่นหนึ่งชุด แสดงภาคตัดขวางของท่อนำคลื่นชนิดสี่เหลี่ยมที่มีโหมดการทำงานดังต่อไปนี้ TE01 และ TE02 โปรดสังเกตทีอีโหมดจะมีสนามไฟฟ้าตามแนวตัดขวางของท่อนำคลื่น และมีสนามแม่เหล็กในแนวการส่งของคลื่นตามท่อนำคลื่นในการใช้งานทั่วไปท่อนำคลื่นจะต้องมีการต่อเพื่อให้คลื่นเดินทางเลี้ยวไปในทิศทางต่าง ๆ ท่อนำคลื่นจะต้องมีการปรับเป็นรูปโค้งของท่อ ตัวอย่างเช่นการหักมุม 90 องศา รัศมีความโค้งของท่อนำคลื่นจะต้องมีขนาดไม่น้อยกว่าสองเท่าของความยาวคลื่นที่ใช้งาน เพื่อให้มีการสูญเสียพลังงานน้อยที่สุด และที่ปลายทั้งสองข้างของท่อโค้งพิเศษจะมีลักษณะเป็นชอบซึ่งเรียกว่า แฟลนจ์ (Flange) ท่อนำคลื่นเป็นอุปกรณ์พื้นฐานสำหรับคลื่นไมโครเวฟในการเป็นสายส่งสัญญาณ นอกจากนั้นยังมีการใช้งานเป็นส่วนสั้น ๆ สำหรับจุดประสงค์อื่น ๆ เช่นทำเป็นอุปกรณ์ซิมูเลติ้งรีแอกตีฟ อุปกรณ์วงจรเรโซแนนซ์ รวมทั้งเป็นตัวเชื่อมต่ออุปกรณ์และตัวแมตชิ่งอิมพีแดนซ์ไดสายอากาศไมโครเวฟสายอากาศรูปแบบทั่วไปตามที่ได้อธิบายในเนื้อหาบทแรกนั้นสามารถนำมาใช้กับคลื่นไมโครเวฟได้ แต่ขนาดของสายอากาศก็จะมีขนาดเล็กไปตามความยาวของคลื่น เมื่อขนาดของสายอากาศมีขนาดเล็กสายอากาศก็จะแพร่กระจายคลื่นอย่างไม่ค่อยมีประสิทธิภาพ ในระบบไมโครเวฟต้องการสายอากาศพิเศษที่มีกำลังขยายสูงและมีมุมในการส่งหรือรับสัญญาณที่แคบ สายอากาศไมโครเวฟที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือชนิดฮอร์น สายอากาศฮอร์นประกอบด้วยท่อนำคลื่นที่มีปลายเปิดกว้างออกและยังเพิ่มประสิทธิภาพได้ด้วยการติดตั้งจานรูปพาราโบลาร์สำหรับสะท้อนคลื่นซึ่งมักถูกเรียกว่าดิสก์้ระบบสายส่งของไมโครเวฟและดาวเทียวปลายที่เปิดกว้างออกของท่อนำคลื่นจะช่วยในการแมตชิ่งอิมพีแดนซ์และทำให้มีการสูญเสียพลังงานลดน้อยลง ยิ่งปลายเปิดกว้างขึ้นและมีความลาดน้อยลงก็จะทำให้สายอากาศมีอิมพีแดนซ์แมตชิ่งดีขึ้นและมีการสูญเสียพลังงานลดลง และหากตัวฮอร์นมีความยาวขึ้นก็จะทำให้มีกำลังขยายและมุมในการส่งหรือรับสัญญาณแคบมากยิ่งขึ้น สายอากาศฮอร์นที่มีการกว้างออกเพียงด้านเดียวจะถูกเรียกว่าเซ็กเตอรัลฮอร์น (Sectoral Horn)ส่วนสายอากาศที่มีมุมเปิดกว้างออกทั้งสองด้านจะถูกเรียกว่าพีรามิดัลฮอร์น(PyramidalHorn)และสุดท้ายสำหรับท่อนำคลื่นที่เป็นทรงกระบอกก็จะเป็นสายอากาศแบบโคนิคอลฮอร์น(ConicalHorn)กำลังขยายและไดเร็กติวิตี้ของสายอากาศไมโครเวฟชนิดฮอร์นขึ้นอยู่กับขนาดความยาวของฮอร์นพื้นที่ปลายเปิดหรืออะเพอร์เจอร์แดเรีย (Aperture Area) และมุมที่กางออกของฮอร์นที่เรียกว่าแฟร์ (Flare Angle) หากตัวฮอร์นมีความยาวมากก็จะมีกำลังขยายและไดเร็กติวิตี้ที่ดีขึ้นเช่นกัน สำหรับพื้นที่ปลายเปิดของฮอร์นหากยิ่งมากก็ยิ่งได้กำลังขยายและไดเร็กติวิตี้ที่ดีขึ้น ส่วนมุมแฟร์จะมีค่าอยู่ในช่วง 20 ถึง 60 องศา เป็นรูปด้านข้างและด้านหน้าของสายอากาศฮอร์น
เมื่อมีการต่อสายอากาศชนิดฮอร์นเข้ากับตัวสะท้อนคลื่นรูปพาราโบริก (Parabolic Reflector) ซึ่งตัวสะท้อนคลื่นจะทำจากโลหะหรือตะแกรงเหล็กสานที่มีรูปร่างคล้ายจาน โดยติดปลายเปิดของสายอากาศให้อยู่ที่จุดโฟกัสของรูปโค้งพาราโบลาร์ คลื่นไมโครเวฟจะไปตกกระทบกับจานและสะท้อนออกมาเป็นเส้นขนานคล้ายคลึงกับปรากฎการณ์ของลำแสงที่ตกกระทบกระจกโค้ง อีกนัยหนึ่งสัญญาณไมโครเวฟจะถูกส่งออกเป็นลำเส้นตรงไปยังเป้าหมายที่ด้านรับ ซึ่งจานรูปพาราโบลาร์ดังกล่าวช่วยทำให้สายอากาศมีกำลังขยายและไดเร็กติวิตี้หรือมุมในการส่งสัญญาณดีขึ้น สำหรับจานรูปพาราโบลาร์จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ในช่วง 1 เมตร ถึง 36 เมตร

กำลังขยายของสายอากาศ (Antenna Gain)

สายอากาศในความเป็นจริงแล้วมิได้สามารถขยายสัญญาณได้จริงแต่เป็นเรื่องของความสามารถในการส่งสัญญาณคลื่นไปในทิศทางที่กำหนดได้แทนที่จะเป็นทุกทิศทาง ทิศทางในการส่งหรือรับคลื่นจะถูกเรียกว่า ไดเร็กชั่นนอลลิตี้ (Directionality) โดยปกติสายอากาศที่ส่งสัญญาณออกไปในทุกทิศทางเท่ากันจะถูกเรียกว่าออมนิไดเร็กชั่นนอล (Omnidirectional) หรือ ไอโซทรอปิก (Isotropic) ตามทฤษฎีสายอากาศแบบไอโซทรอปิกจะมีกำลังขยายเป็น 1 หรือ 0 dBกำลังขยายของสายอากาศพาราโบลิกขึ้นอยู่กับพื้นที่วงกลมรอบนอกของจานพาราโบลาร์ และส่วนใหญ่ถูกออกแบบให้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางไม่น้อยกว่าสิบเท่าของความยาวคลื่นความถี่ต่ำสุดที่ใช้งาน สำหรับกำลังขยายนั้นสามารถหาได้จากสมการดังนี้
2
G = 6 เมื่อ G = ค่ากำลังขยายที่แสดงเป็นอัตราส่วนของกำลัง
D = ค่าขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของจาน หน่วยเป็นเมตร
L = ค่าความยาวของคลื่นที่ใช้ หน่วยเป็นเมตร
หมายเหตุ กำลังขยายสามารถคิดเป็นเดซิเบลได้ด้วยการแทนค่าดังนี้ dB = 10log(G)ความกว้างของลำคลื่น (Beamwidth)คุณสมบัติของสายอากาศไมโครเวฟอีกอย่างหนึ่งก็คือความกว้างของลำคลื่นค่าไดเร็กติวิตี้ของสายอากาศไมโครเวฟจะสามารถวัดได้ในรูปของความกว้างของลำคลื่นหรือเรียกว่าบีมวิดธ์ โดยบีมวิดธ์จะมีค่าเป็นมุมที่เกิดขึ้นจากการวัดจากจุดกลางสายอากาศออกไปยังรูปกราพของผลตอบสนองสัมผัสกับกราฟที่จุดที่มีพลังงานต่ำจากค่าสูงสุด 3 dB ทั้งสองด้าน สายอากาศชนิดฮอร์นจะมีมุมของบีมวิดธ์อยู่ในช่วง 10 ถึง 60 องศา แสดงให้เห็นถึงการกระจายของพลังงานคลื่นไมโครเวฟจากสายอากาศไมโครเวฟกำลังของการกระจายคลื่นถูกวัดและวาดลงบนกราฟโพล่าพล็อต 360 องศา กำลังส่งที่สูงที่สุดวัดได้ในทิศทางข้างหน้าซึ่งถูกเรียกว่าบอร์ไซต์ (Boresight) โดยสนามพลังด้านหน้านี้ถูกกำหนดให้มีค่าเป็น ๐ dB เป็นสนามพลังอ้างอิงให้กับสนามพลังด้านอื่น ๆ รูปกราฟลูกด้านหน้าสุดจะถูกเรียกว่า เมเจอร์โหลบ (Major Lobes) หรือลำคลื่นหลัก (Main beam) ส่วนรูปกราฟลูกเล็กที่อยู่ถัดไปทางด้านซ้ายและขวาจะถูกเรียกว่าไซด์โหลบ (Side Lobes) และสนามพลังที่อยู่ด้านหลังจะเรียกว่าแบ็คโหลบ (Back Lobes) หรือแบ็คเวิร์ดเรดิเอชั่น (Backward Radiation) ในทางทฤษฎีสัญญาณควรจะอยู่เฉพาะในสนามพลังด้านหน้า (ลำคลื่นหลัก) เท่านั้น คุณสมบัติของสายอากาศอีกอย่างหนึ่งนั่นคืออัตราส่วนพรอนต์ทูแบ็ค (Front to Back Ratio) เป็นอัตราส่วนของกำลังขยายสูงสุดในทิศทางด้านหน้ากับกำลังขยายสูงสุดด้านหลัง หากอัตราส่วนดังกล่าวมีค่าน้อยหมายความว่าสนามพลังในด้านหลังของสายอากาศมีค่ามาก อาจทำให้เกิดการกวนกับสายอากาศอีกชุดที่ใช้ความถี่เดียวกันในระบบทวนสัญญาณได้ นอกจากนั้นยังอาจเกิดสัญญาณรบกวนขึ้นได้
บีมวิดธ์ที่มีขนาดเล็กจะทำให้สามารถลดการรบกวนของสัญญาณกับสายอากาศข้างเคียงด้ การทำให้บีมวิดธ์แคบลงสามารถทำได้ด้วยการใช้จากสะท้อนพาราโบลาร์ที่มีขนาดใหญ่ขึ้น แต่การทำให้บีมวิดธ์แคบลงจะมีปัญหาในการจัดให้สายอากาศทั้งด้านรับและด้านส่งหันให้ตรงกันด้วยความละเอียดมากขึ้นซึ่งทำได้ยากขึ้น หากสายอากาศถูกทำให้เคลื่อนไปเพียงเล็กน้อยก็จะทำให้รับสัญญาณได้ไม่ดีการคำนวณบีมวิดธ์ของสายอากาศที่มีจานสะท้อนรูปพาราโบลาร์หาได้จากสมการดังต่อไปนี้

B =
เมื่อ B = ความกว้างของลำคลื่นเป็นองศา วัดที่จุดที่มีกำลังส่งครึ่งหนึ่งหรือ
ระดับต่ำลงมา 3 dB
L = ความยาวคลื่น มีหน่วยเป็นเมตร
D = เส้นผ่าศูนย์กลางของจานพาราโบลาร์ มีหน่วยเป็นเมตร
หมายเหตุ จานสะท้อนพาราโบลาร์มิใช่สายอากาศ เป็นเพียงส่วนหนึ่งของสายอากาศเท่านั้น

โพลาไรเซชั่น (Polarization)

การจัดวางสายอากาศรูปฮอร์นแบบสี่เหลี่ยมไม่ว่าชนิดใดจะสามารถแบ่งได้เป็นสองชนิดตามปลายเปิดรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า หากรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าดังกล่าวอยู่ในแนวตั้งและสนามไฟฟ้าอยู่ในแนวนอนสายอากาศจะถูกเรียกว่าฮอริซอนตอลลี่โพลาไรเซฃั่น (Horizontally pllarization) หากรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าอยู่ในแนวนอนและสนามไฟฟ้าอยู่ในแนวตั้ง สายอากาศจะถูกเรียกว่าเวอติคอลลี่โพลาไรเซชั่น (Vertically polarization) โดยทั่วไปหากสายอากาศอยู่ในโพลาไรเซชั่นแบบใดแบบหนึ่งจะมีสัญญาณที่เป็นในรูปโพลาไรเซชั่นอีกชนิดหนึ่งออกมาด้วย แต่มีกำลังต่ำกว่าสัญญาณแบบแรกประมาณ 30 ถึง 40 dB จะเรียกปรากฎการณ์ดังกล่าวว่าครอสโพลาไรเซชั่นดิสครีมิเนชั่น (XPD : Cross polariztion) ในขณะเดียวกันก็สามารถใช้ประโยชน์จากโพลาไรเซชั่นที่ต่างกันได้ เช่น สายอากาศเดียวกันมีช่องสัญญาณอยู่สองช่องที่ใช้ความถี่เดียวกันแต่ให้สัญญาณมีโพลาไรเซชั่นที่ต่างกันเรียกว่าเป็นการใช้ความถี่ซ้ำ (Frequency Reused) หรือฟรีเควนซี่ไดเวอร์ซิตี้ (Frequency Diversity)NFdB = 10 lob10
เมื่อ T = นอยส์เทมเพอเรเชอร์ (Noise Temperature)
NFdB = นอยส์ฟิกเกอร์ (Noise Figure)

นอยส์เทมเพอเรเชอร์จะขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ ดังต่อไปนี้
1. การสูญเสียพลังงานในท่อนำคลื่นระหว่างสายอากาศและเครื่องรับ
2. สัญญาณรบกวนในอากาศที่เกิดจากดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และจักรวาล
3. การดูดซับโดยก๊าซในบรรยากาศและปริมาณฝนหรือหิมะที่ตกลงมา
4. รังสีจากพื้นโลกที่เข้าไปยังแบ็คโลปของสายอากาศ
5. สัญญาณรบกวนจากแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุที่มนุษย์สร้างขึ้น
วิธีการลดสัญญาณรบกวนในสายอากาศอาจทำได้โดยพยายามลดผลตอบสนอง
ของไซด์โหลบลงแม้ว่าผลตอบสนองในลำคลื่นตรงหรือเมนบีมของสายอากาศจะไม่หันเข้าหาด้านที่มีสัญญาณรบกวนมากในอากาศ แต่ไซด์โหลบลูกใดลูกหนึ่งอาจหันไปทางนั้นทำให้สัญญาณรบกวนเข้ามาสู่สายอากาศได้ ทำให้ค่าของนอยส์เทมเพอเรเชอร์มีมากขึ้น วิธีการที่ใช้ในการลดปัญหาของไซด์โหลบคือการติดตั้งตัวปกคลุมหรือชีลด์ (Shield)รอบขอบของจานพาราโบลาร์ซึ่งจะทำให้เกิดขอบโลหะรอบ ๆ วิธีการดังกล่าวจะช่วยเพิ่มอัตราส่วนฟรอนต์ทูแบ็คให้กับสายอากาศได้ทำให้สามารถใช้สายอากาศในระบบทวนสัญญาณที่ความถี่เดียวกันซึ่งต่อแบบหันหลังชนกันได้ เนื่องจากสัญญาณรบกวนถูกลดให้น้อยลงส่วนหนึ่งนอกจากนั้นที่ด้านนอกของสายอากาศอาจมีแผ่นพลาสติกบางซึ่งมีผลลดทอนสัญญาณน้อยมากคลุมตัวชีลด์ไว้อีกชั้นหนึ่งเรียกว่าราโดม (Raome) เพื่อป้องกันอุปกรณ์จากสภาพอากาศเสาติดตั้งสายอากาศในระบบสสื่อสารไมโครเวฟส่วนประกอบที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งคือเสาสำหรับติดตั้งสายอากาศ หากต้องการให้สัญญาณไมโครเวฟเดินทางได้ระยะทางไกลขึ้นเสาติดตั้งก็ควรจะสูงขึ้น จากการคำนวณปรากฎว่าสำหรับฮอปที่มีระยะทาง 48 กิโลเมตร และภูมิประเทศราบเรียบก็จะต้องใช้เสาที่มีความสูงประมาณ 76 เมตร ถ้าหากว่ามีสิ่งกีดขวางต่าง ๆ เช่นต้นไม้ เนินเขา เป็นต้น เสาติดตั้งก็ต้องเพิ่มความสูงขึ้นไปอีก ชนิดของเสาติดตั้งที่เป็นที่นิยมมีอยู่สองชนิดดังนี้
1. เสาชนิดเซลฟ์ซัพพอร์ตติ้ง (Self supporting Tower) เป็นเสาติดตั้งที่มีราคาสูงมากขึ้นเป็นทวีคูณหากต้องการเสาที่มีความสูงยิ่งขึ้น เป็นเสาขนาดใหญ่มีภาคตัดขวางของเสาจากล่างขึ้นบนค่อย ๆ เล็กลง เหมาะสำหรับบริเวณที่มีพื้นที่จำกัด เช่น ตัวเมือง และสามารถติดตั้งสายอากาศได้จำนวนมาก เสาเซลฟ์ซับพอร์ตติ้งมีอยู่สองชนิดด้วยกันคือแบบที่ฐานเป็นสามเหลี่ยมและแบบที่มีฐานเป็นรูปสี่เหลี่ยม เสามแบบสามเหลี่ยมต้องการพื้นที่ที่ฐานมากกว่าเสาแบบสี่เหลี่ยม แต่เสาชนิดสี่เหลี่ยมจะได้พื้นที่ติดตั้งสายอากาศมากขึ้น โปรดดูตารางความสูงของเสาอากาศและขนาดความกว้างยาวของฐานในรูปที่ 2 –11

ตารางแสดงความสูงและขนาดฐานของเสาชนิดเซลฟ์ซับพอร์ต

2. เสาชนิดกาย (Guyed Mast) เป็นเสาที่มีราคาของตัวเสาเหมาะสมกับความสูงที่มากขึ้น เป็นเสาที่มีขนาดภาคตัดขวางของเสาเท่ากันตลอดความสูงแต่ต้องการสายรั้งนำให้เสาตั้งขึ้น ความแข็งแรงของเสาจะขึ้นอยู่กับสายที่รั้งอยู่ ความตึงที่เหมาสมของสายเคเบิลเป็นสิ่งที่สำคัญและที่พื้นจะต้องมีสมอปักที่มั่นคงสำหรับยึดสายเคเบิลซึ่งเรียกว่า กายไวร์ (Gry wires) ข้อด้อยของเสาชนิดนี้คือพื้นที่ฐานจะต้องการมากกว่าเสาในแบบแรก และพื้นที่ฐานจะยิ่งมากขึ้นตามความสูงของเสาด้วย ดังนั้นจึงเหมาสำหรับในพื้นที่ชนบทที่ราคาที่ดินไม่แพงนักระยะจากตัวเสากายไปยังสมอบกที่ติดเคเบิลกายไวร์จะมีระยะประมาณเท่ากับ 80เปอร์เซ็นต์ของความสูงของเสาแสดงตารางการใช้พื้นที่ในสองรูปแบบของเสานอกจากการพิจารณาพื้นที่ที่ใช้งานและความสูงของเสา ชนิดของดินที่อยู่ในบริเวณติดตั้งก็ต้องมีความเหมาะสมด้วยไม่แข็งจนเกินไปหรืออ่อนจนเกินไปจนไม่สามารถติดตั้งเสาได้การเสริมฐานรากอาจทำได้ด้วยการปูพื้นคอนกรีตเป็นฐานรองเสาก็ได้ นอกจากนั้นความแรงของลมก็มีส่วนที่จะต้องนำมาคิดในการติดตั้งเสาอากาศ เพราะการเคลื่อนไปเพียงเล็กน้อยของเสาก็จะมีผลต่อสายอากาศที่ติดตั้งอยู่
ผลของบรรยากาศต่อไมโครเวฟบรรยากาศมีผลต่อการสูญเสียพลังงานของคลื่นไมโครเวฟดังต่อไปนี้การดูดซับ (Absorption)
เส้นการเดินทางของไมโครเวฟเหนือพื้นดินก็คือบรรยากาศ ในบรรยากาศจะมีก๊าซออกซิเจนที่ดูดซับพลังงานของไมโครเวฟ แต่ก็เป็นเพียงส่วนน้อยเท่านั้นสำหรับคลื่นในช่วงไมโครเวฟ โดยจะมีค่าประมาณ 0.01 dB ต่อกิโลเมตร ที่ความถี่ 2 กิกะเฮิรตซ์ และเพิ่มขึ้นเป็น 0.02 dB ต่อกิโลเมตร ที่ความถี่ 26 กิกะเฮิรตซ์เท่านั้น ผลกระทบที่มีมากต่อการแพร่ของคลื่นวิทยุไมโครเวฟโดยเฉพาะที่ความถี่สูง ๆ ก็คือเม็ดฝนบริมาณน้ำในบรรยากาศยิ่งมากเท่าใดการสูญเสียพลังงานของคลื่นก็จะมากขึ้นเท่านั้น ตัวอย่างเช่นที่ความถี่ 6 กิกะเฮิรตซ์ การลดทอนของสัญญาณเนื่องจากไอน้ำในบรรยากาศมีค่าเพียง 0.001 dB ต่อกิโลเมตร เมื่อปริมาณน้ำเพิ่มขึ้นเป็นฝนขนาดเบาค่าลดทอนเพิ่มขึ้นเป็น 0.01 dB ต่อกิโลเมตร และที่ฝนตกหนักมากค่าลดทอนสัญญาณจะมีค่าถึง 1 dB ต่อกิโลเมตร มากจนอาจทำให้สัญญาณเคลื่อนที่ไปไม่ถปลายทาง สำหรับความถี่ที่มีค่าสูงมากขึ้นโดยเฉพาะที่เหนือ 10 กิกะเฮิรตซ์ขึ้นไปจะยิ่งมีการลดทอนมากถึงประมาณ 10 dB ต่อกิโลเมตร

การหักเห (Refraction)

ผลของการหักเหของคลื่นไมโครเวฟในอากาศจะทำให้ลำคลื่นของไมโครเวฟเบี่ยงเบียนออกไปจากเส้นทางเดิม ปรากฎการณ์ดังกล่าวอาจมีผลเป็นระยะยาวนานทำให้เกิดความเสียหายกับสายส่งสัญญาณได้มากพอสมควร การหักเหของลำคลื่นเกิดจากคุณสมบัติของบรรยากาศ ได้แก่ อุณหภูมิ ความหนาแน่นบรรยากาศ และความชื้นในบรรยากาศ เมื่อความสูงของผิวโลกเพิ่มขึ้นการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของบรรยากาศมีผลกับความเร็วของคลื่นไมโครเวฟที่เดินทางในบรรยากาศดังนี้
v =
เมื่อ v = ความเร็วคลื่น
c = ความเร็วแสง
n = ค่าดัชนีการหักเห
การหักเหของคลื่นไมโครเวฟก็มีลักษณะเช่นเดียวกับคลื่นแสงที่เดินทางผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นไม่เท่ากันดังเช่นแสงเดินทางจากอากาศลงไปในน้ำ หากคลื่นไมโครเวฟเดินทางจากชั้นบรรยากาศที่มีความหนาแน่นอากาศสูงไปยังชั้นที่มีความหนาแน่นอากาศสูงไปยังชั้นที่มีความหนาแน่นอากาศต่ำลำคลื่นไมโครเวฟจะโค้งลงเข้าหาพื้นโลกซึ่งทำให้คลื่นไมโครเวฟถูกส่งไปได้ไกลกว่าเส้นทางที่อยู่ในแนวสายตา ด้วยการปรับมุมเงยของสายอากาศให้สูงขึ้นเล็กน้อยเท่าของรัศมีจริงของโลก ซึ่งจะทำให้ระยะในการเดินทางของคลื่นมากกว่าระยะขจัดในแนวสายตา (Line-of-sight) ประมาณ 15 เปอร์เซ็นต์ การเปลี่ยนแปลงของความโค้งของผิวโลกเนื่องจากการหักเหจะถูกกำหนดโดยค่าเคแฟกเตอร์ (k-factor) ซึ่งอัตราส่วนของรัศมีที่เกิดขึ้นของโลก (Effective earth radius) กับรัศมีจริงของโลก (Tue earth radius) ดังสมการ

k = รัศมีที่เกิดขึ้นของโลกมักจะถูกเข้าใจผิดว่าเป็นรัศมีของลำคลื่นไมโครเวฟที่สภาวะอากาศหนึ่งๆจะเป็นรัศมีของโลกจำลองซึ่งยอมให้ลำคลื่นไมโครเวฟสามารถเขียนเป็นเส้นตรงได้ สำหรับการคำนวณที่แน่นอนของรัศมีที่เกิดขึ้นของโลกคือ
11 dn
a dh
เมื่อ a เป็นรัศมีจริงของโลก
dn/dh เป็นการเปลี่ยนแปลงของดัชนีการหักเห (n) เทียบกับค่าความสูง (h) โดยจะได้ค่า
1
k =
1

ค่าโดยปกติมาตรฐานของ k คือ 4/3 การเปลี่ยนแปลงของสภาพบรรยากาศของแต่ละวันและแต่ละชั่วโมงขึ้นอยู่กับสภาพภูมิประเทศด้วย สำหรับในช่วงเวลายาวการเปลี่ยนแปลงฤดูก็จะมีผลต่อสายส่งสัญญาณเช่นกัน ค่าของ k จะมากกว่า 4/3 ในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิอบอุ่น และน้อยกว่า 4/3 ในพื้นที่มีอุณหภูมิเย็น บางครั้งจะอยู่ในช่วง 1.1 ถึง 1.6 ขึ้นอยู่กับความสูงและฤดูกาล
ค่า k สามารถมีค่าต่ำกว่าหนึ่งจนถึงติดลบหรือมีค่าเป็นอนันต์ก็ได้ ตัวอย่างเช่นเมื่ออุณหภูมิมีค่ากลับกันโดยชั้นอากาศอุ่นดักชั้นอากาศเย็น ค่า k แฟกเตอร์ในกรณีนี้จะน้อยกว่า 0 หรือในกรณีอื่นที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของอากาศอย่างรวดเร็วจากพื้นผิวโลกไปยังความสูงที่หลายร้อยเมตรจะทำให้ค่า k เท่ากับอนันต์ กรณีพิเศษดังกล่าวแสดงว่าลำคลื่นไมโครเวฟจะตามเส้นทางเดียวกับผิวโลกหากเกิดเงื่อนไขดังกล่าวรอบผิวโลกทั้งหมด ก็จะทำให้มีความเป็นไปได้ที่จะส่งสัญญาณข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกได้โดยใช้ลิงค์เพียงฮอปเดียว ในทางปฏิบัติเหตุการณ์ดังกล่าวไม่มีทางเกิดขึ้นได้ และแม้ว่าจะเกิดขึ้นสัญญาณที่ได้รับที่ปลายทางก็จะอ่อนมากจนไม่สามารถนำมาใช้งานได้ แต่อย่างไรก็ตามค่า k ที่เป็นอนันต์ก็จะปรากฎในระยะทางสั้น ๆ ภายใต้สภาวะอากาศที่เหมาะสม การโค้งลงยิ่งขึ้นเกินค่า k เท่ากับอนันต์ทำให้เกิดค่า k แฟกเตอร์ที่เป็นลบ
จะแสดงลำคลื่นไมโครเวฟที่เป็นเส้นตรงและผลของรัศมีโลกที่เป็นสาเหตุให้เกิดปรากฎการณ์บัลก์กิ้งเอฟเฟกต์(Bulging)ซึ่งมีผลต่อเส้นการเดินทางของคลื่นว่าจะมีสิ่งกีดขวางหรือไม่ขึ้นอยู่กับค่า k แฟกเตอร์ แสดงสภาพที่แท้จริงของความโค้งของโลกที่แท้จริงและวิถีทางที่ลำคลื่นไมโครเวฟส่งสัญญาณที่มุม 90 องศา เทียบกับแนวโค้งของผิวโลก ซึ่งขึ้นอยู่กับค่า k แฟกเตอร์ แสดงระยะทางถูกเปลี่ยนแปลงไปตามค่า k แฟกเตอร์ที่เปลี่ยนไปข้อสังเกตคือสายอากาศจะถูกปรับไปยังมุมที่แตกต่างกันไปเมื่อเทียบกับพื้นโลกสำหรับค่า k แต่ละค่า เพื่อที่จะให้มีระยะเดินทางมากที่สุดสำหรับค่า k ที่ได้รับ นั่นหมายความว่าถ้าฮอปถูกออกแบบสำหรับค่า k เท่ากับ 4/3 และสายอากาศถูกติดตั้งในวันที่ค่า k = 4/3 ถ้าอุณหภูมิเปลี่ยนทำให้ค่า k เปลี่ยนไปเป็น 2/3 ลำคลื่นที่สออกมาจะโค้งงอขึ้น (Upward) และพลังงานบางส่วนจะสูญหายไปเพราะการรับสัญญาณจะเลยยอดของเมเจอร์โหลบ ค่าพลังงานที่ได้รับสูงสุดจะเสมือนไม่สามารถรับได้ ถ้าอุณหภูมิทำให้ค่า k เปลี่ยนเป็น 2.0 ในกรณีนี้ลำคลื่นจะโค้งงอลง (Dowawardเมื่อสายอากาศถูกตั้งค่าสำหรับ k = 4/3 สิ่งเหล่านี้เป็นการเปลี่ยนแปลงค่า k อย่างมาก แต่ค่ากำลังสูญเสียจะมีค่าเพียง 1 dB สำหรับระยะทางเชื่อมโยง 50 กิโลเมตร ซึ่งใช้สายอากาศขนาด 3 เมตร สำหรับระยะทางมากกว่าหรือสายอากาศที่ใหญ่ขึ้นการสูญเสียก็จะยิ่งมากขึ้นด้วยในการออกแบบฮอปของไมโครเวฟมักจะมีการพล็อตข้อมูลของเส้นทางซึ่งใช้เป็นเส้นตรงของแนวคลื่นไมโครเวฟมากกว่าพล็อตเป็นเส้นโค้ง ดังนั้เพื่อให้สามารถลากเส้นเป็นเส้นตรงได้ตารางของข้อมูลความโค้งของโลกจะต้องมีการเก็บไว้เป็นแบบ ซึ่งคำนวณได้จากสมการ

h =

เมื่อ h = เป็นระยะทางในแนวตั้ง (หน่วยเป็นเมตร) ระหว่างพื้นโลกที่เรียบ
(K = อนันต์) กับแนวรัศมีโลกที่เกิดขึ้นที่จุดใด
d1* d2 = เป็นระยะ (หน่วยเป็นกิโลเมตร) จากจุดใดไปยังปลายทั้งสองข้าง
ข้อด้อยของวิะการออกแบบฮอปดังกล่าวคือ ถ้าต้องการพิจารณาค่า k หลายค่าจะต้องมีการพล็อตกราฟหลายครั้งบนกระดาษข้อมูลหลายแผ่น แต่ถ้ามีการใช้วิธีการกำหนดให้พื้นโลกแบนราบแล้วจึงพล็อตค่าของคลื่นไมโครเวฟที่ค่า k ต่าง ๆ ก็จะทำให้สามารถวาดลงในกราฟเดียวกันได้

ดักตึ้ง (Ducting)

การหักเหในบรรยากาศสามารถทำให้ลำคลื่นไมโครเวฟถูกกักอยู่ในท่อนำคลื่นที่เป็นชั้นบรรยากาศซึ่งถูกเรียกว่าดักต์ (Duct) หรือท่อน้ำ มีผลทำให้ไม่สามารถส่งสัญญาณไปยังปลายทางได้ การเกิดดักติ้งมักเป็นระยะความสูงไม่มากในชั้นบรรยากาศที่มีความหนาแน่นสูง โดยส่วนมากมักเกิดบ่อยครั้งในบริเวณที่คลื่นมีการข้ามผืนน้ำหรือในที่ซึ่งมีอุณหภูมิและความชื้นต่างกันมากแสดงตัวอย่างของท่อนำคลื่นซึเป็นชั้นของบรรยากาศโดยลำคลื่นไมโครเวฟจะติดอยู่ในนั้น เมื่อลำคลื่นผ่านเข้าไปในดักต์(Duct)และเดินทางผ่านชั้นความหนาแน่นของบรรยากาศที่แตกต่างกันจะเกิดการสะท้อนของคลื่นขึ้นภายในชั้นบรรยากาศทำให้ไม่สามารถรับสัญญาณที่สายอากาศด้านรับได้

ผลของภูมิประเทศต่อไมโครเวฟ
การแพร่ของพลังงานไมโคาเวฟก็ถูกกระทบจากสิ่งกีดขวางตามเส้นทางเดินของคลื่นเช่นกันความโค้งของผิวโลก(Earthcurvature)เป็นปัจจัยหลักในการกำหนดความยาวของฮอปในการสำรวจเส้นทางของคลื่นก็ต้อง

พิจารณาทุกอย่างรวมทั้งสิ่งที่อยู่ใกล้กับแนวของคลื่นด้วย
การสะท้อนของคลื่น (Reflection)
ลำคลื่นไมโครเวฟจะมีลักษณะเป็นลำแคบแม้ว่าจะมีมุมหรือความกว้างของลำคลื่น (บีมวิดธ์) เพียง 1 หรือ 2 องศา ก็จะมีค่าเป็นบริเวณกว้างสำหรับการส่งสัญญาณข้ามระยะทางไกลๆจากการวิเคราะห์ทำให้ทราบว่าลำคลื่นที่มีลักษณะเป็นรูปกรวยที่มีขนาดกำลังส่งครึ่งหนึ่งหรือจุดที่ต่ำกว่ากำลังส่งสูงสุด 3 dB นั้นมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของลำคลื่นสำหรับมุม 2 องศา ประมาณ 1.4 กิโลเมตรและสำหรับมุม 1องศา จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.7 กิโลเมตร แสดงให้เห็นว่าจะมีคลื่นบางส่วนไปตกกระทบกับวัตถุที่อยู่ใกล้เคียงเช่นพื้นดิน คลื่นไมโครเวฟที่ไปตกกระทบและสะท้อนกับพื้นดินอาจมีเฟสที่เปลี่ยนแปลงไป ที่สายอากาศด้านรับก็จะได้รับสัญญาณสองส่วนคือสัญญาณโดยตรงจากสายอากาศด้านส่งและสัญญาณที่ได้จากการสะท้อนจากวัตถุข้างเคียง หากสัญญาณที่สะท้อนมาที่ด้านรับมีเฟสที่คงเดิมก็จะทำให้สัญญาณที่รับได้มีความแรงมากขึ้นเป็นการเสริมสัญญาณให้กับสัญญาณโดยตรงแต่ถ้าสัญญาณที่สะท้อนมามีเฟสที่ตรงข้างกับสัญญาณโดยตรงสัญญาณทั้งสองก็จะหักล้างกัน ทำให้ข้อมูลที่ได้รับอาจสูญหายไป เฟสที่ตรงข้ามกันจะมีมุมต่างเฟสที่ 180 องศา จะเกิดขึ้นกับคลื่นความถี่ไมดครเวฟที่มีโพลาไรเซชั่นในแนวนอน ส่วนคลื่นที่มีโพลาไรเซชั่นในแนวตั้งก็จะมีมุมต่างเฟสอยู่ในช่วงระหว่าง 0 ถึง 180 องศา ขึ้นอยู่กับพื้นดินที่ตกกระทบและมุมที่ตกกระทบเฟรสเนลโซน (Fresnel Zone)พลังงานคลื่นไมโครเวฟที่เดินทางไปถึงสายอากาศด้านรับที่มีความต่างเฟส 180 องศา หรือกลับเฟส เมื่อเทียบกับลำคลื่นตรงจะเป็นตัวก่อให้เกิดบริเวณขึ้นเรียกว่าเฟรสเนลโซนที่หนึ่งและที่ความถี่ค่าหนึ่งๆจุดทุกจุดภายในลำคลื่นไมโครเวฟซึ่งคลื่นจะถูกสะท้อนทำให้มีระยะการเดินทางของคลื่นเพิ่มขึ้นอีกประมาณครึ่งความยาวคลื่นจะเกิดเป็นวงแหวนชุดแรกซึ่งเรียกว่าเฟรสเนลโซนที่หนึ่งเช่นกัน สำหรับเฟรสเนลโซนที่สองและที่สามจะถูกกำหนดด้วยขอบเขตของจุดทุกจุดซึ่งมีระยะการเดินทางของคลื่นเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าและสามเท่าของความยาวครึ่งคลื่น ที่ทุกจุดใด ๆ ตามแนวการแพร่ของคลื่นจะมีวงกลมซึ่งจุดศูนย์กลางอยู่ที่เส้นตรงจากสายอากาศต้นทางถึงสายอากาศปลายทาง หากมองจากระยะทางที่ออกไปไกลจากสายอากาศต้นทางรัศมีของเฟรสเนลโซนที่หนึ่งก็จะขยายวงกว้างขึ้นเรื่อย ๆ รัศมีของเฟรสเนลโซนมีความสำคัญเมื่อสิ่งกีดขวางเช่นต้นไม้หรือภูเขาเข้ามาภายในรัศมีการเดินทางของคลื่นไมโครเวฟใกล้กับเฟรสเนลโซนชั้นแรก ในการออกแบบฮอปไมโครเวฟจะต้องมีการสำรวจสิ่งกีดขวางต่าง ๆ ตามแนวเส้นทางเดินคลื่นให้ละเอียดระหว่างเครื่องส่งและเครื่องรับ และนำมาวาดเป็นข้อมูลไว้ โปรดพิจารณาจากรูปที่ 2 – 18 แสดงให้เห็นแนวของเฟรสเนลโซนที่หนึ่งสำหรับคลื่นไมโครเวฟที่ความถี่ 100 เมกะเฮิรตซ์ และที่ความถี่ 10 กิกะเฮิรตซ์ โดยเส้นประรูปวงรีแสดงให้เห็นถึงโซนดังกล่าว รัศมีของเฟรสเนลที่ความถี่ 100 เมกกะเฮิรตซ์ จะเป็น 170 เมตร ส่วนรัศมีของเฟรสเนลที่ความถี่ 10 กิกะเฮิรตซ์ จะเป็น 17 เมตร ดังนั้นหากมีภูเขาดังรูปคือยอดเขา C อยู่ในทางเดินของคลื่นถ้าหากมีการใช้ความถี่ต่ำยอดเขาดังกล่าวจะเข้าไปอยู่ในเฟรสเนลโซน อาจมีโอกาสทำให้เกิดการสะท้อนของคลื่นไมโครเวฟกับยอดเขาดังกล่าว ซึ่งจะทำให้ระยะทางเดินของคลื่นเพิ่มขึ้นและทำให้คลื่นที่ไปถึงปลายทางมีการกลับเฟสขึ้น ทำให้มีผลกักล้างกับคลื่นทางตรง สัญญาณที่ได้รับก็จะอ่อนลงหรือรับไม่ได้เลย

การกระเจิงของคลื่น (Diffraction)
แม้ว่าจะมีการพูดถึงพื้นผิวที่มีการสะท้อนของคลื่นอย่างสมบูรณ์แต่ในความเป็นจริงการสะท้อนดังกล่าวจะสามารถใช้ได้กับพื้นที่ที่เป็นทะเลทรายหรือผืนน้ำเท่านั้น พื้นผิวที่มีการสะท้อนได้ดีดังกล่าวมักถูกเรียกว่าแนวการกระเจิงของบรรยากาศที่สงบ (Smooth sphere diffraction path) โดยมากแนวเดินคลื่นไมโครเวฟจะมีสิ่งกีดขวางซึ่งถูกเรียกว่าไนฟ์เอดจ์ดิฟแฟรกชั่น (Dnifeedge diffraction) แนวเดินคลื่นดังกล่าวจะข้ามพื้นที่ค่อนข้างหยาบซึ่งปกคลุ่มด้วยต้นไม้และพุ่มไม้ต่าง ๆ การกระเจิง (Diffraction) เป็นคุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเกิดขึ้นเมื่อลำคลื่นผ่านเข้าไปใกล้สิ่งกีดขวางที่เรียกว่าเกรซซิ่งอินซิเด็นซ์ (Grazing incident) เป็นเพียงการสัมผัสกับสิ่งกีดขวางลำคลื่นจะกระเจิงไปเป็นปริมาณที่ขึ้นอยู่กับขนาดและรูปร่างของวัสดุ และจะมีคำอธิบายถึงการสูญเสียในพื้นด้านหลังของสิ่งกีดขวางเรียกว่า แชโดว์ลอส (Shadow loss) การสูญเสียพลังงานของคลื่นดังกล่าวจะขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่นคลื่นที่ความถี่สูงจะไกระเจิงเข้าไปในพื้นที่เงาด้านหลังของสิ่งกีดขวางและจะเดินทางเป็นเส้นตรงไป สำหรับความถี่ต่ำการกระเจิงจะเกิดขึ้นมากทำให้เกิดแชโดว์ลอสมากขึ้น ถ้าสายอากาศของฮอปไมโครเวฟติดตั้งที่ความสูงต่ำเมื่อเปรียบเทียบกับแนวของเฟรสเนลโซน จะเกิดมุมตกกระทบกับสิ่งกีดขวางใกล้กับทางเดินคลื่นในแนวสายตา และจะเกิดแชโดว์ลอสขึ้นได้เนื่องจากเกรชชิ่งอินซิเด็นซ์

เฟดดึ้ง (Fading)

การเฟดของสัญญาณ หมายถึง การที่สัญญาณถูกลดทอนลงไปทำให้มีความแรงสัญญาณอ่อนลงเฟดดิ้งถูกแบ่งออกเป็นสองชนิดด้วยกันคือแฟลดเฟดดิ้ง(ไม่ขึ้นอยู่กับความถี่) และฟรีเควนซี่ซีเล็กเฟดดิ้งเฟดดิ้งทั้งสองอย่างไม่สามารถจะทำนายได้แน่นอนเพราะเกิดขึ้นจากเงื่อนไขของบรรยากาศขณะนั้นจากสภาพอากาศและภูมิประเทศบางแบบก็ทำให้เกิดการเฟดดิ้งมากกว่าธรรมดา นั่นคือสภาพการทำงานของระบบไมโครเวฟก็จะมีช่วงที่ทำงานได้ไม่ดีขึ้นอยู่กับฤดูเช่นกัน
1. แฟลดเฟดดิ้ง เกิดขึ้นบ่อยครั้งเมื่อลำคลื่นถูกทำให้โค้งไปจากเดิม การลด
ทอนโดยฝนและดักติ้งก็เป็นรูปแบบหนึ่งของแฟลดเฟดดิ้ง ลำคลื่นไมโครเวฟจะถูกอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงค่าดัชนีการหักเห (Refractive index) ของอากาศ ค่าดังกล่าวเรียกว่าค่า k ปกติค่า k = 4/3 ซึ่งจะเป็นค่ามาตรฐานของบรรยากาศ ซึ่งลำคลื่นไมโครเวฟจะมีขนาดความโค้งเท่ากับหนึ่งในสี่ของความโค้งของโลก สายอากาศด้านส่งและด้านรับจะถูกจัดให้ตามเงื่อนไขมาตรฐาน สัญญาณที่แรงที่สุดจะสามารถรับได้ที่ด้านรับเมื่อความหนาแน่นอากาศเกิดการเปลี่ยนแปลงค่าดัชนีของการหักเหจะแตกต่างไปจากค่ามาตราฐาน ทำให้ลำคลื่นโค้งขึ้นหรือโค้งลงขึ้นอยู่กับค่า k หากค่า k ต่ำกว่า 4/3 จะถูกเรียกว่าซับรีแฟรกตีฟหรือเงื่อนไขซับแสตนดาร์ด ซึ่งจะทำให้ลำคลื่นโค้งขึ้น และเมื่อค่า k มากกว่า 4/3 จะถูกเรียกว่าซูเปอร์รีแฟรกตีฟหรือเงื่อนไขซูเปอร์แสตนดาร์ดซึ่งจะทำให้เกิดการโค้งลง หากมีการโค้งมากจะทำให้สัญญาณที่จะรับได้ขาดหายไป โดยปกติมักจะเกิดการโค้งแบบโค้งขึ้นมากกว่า สำหรับการโค้งลงลำคลื่นจะไม่โค้งมากนัก
2. ฟรีเควนซี่ซีเล็กตีฟเฟดดิ้ง แบ่งออกเป็นสองชนิดดังนี้? แดตโมสเฟียริกมัลติพาธเฟดดิ้ง (Atmosspheric multipath fading)
เมื่อบรรยากาศมีการเปลี่ยนแปลงโดยแบ่งออกเป็นชั้น ๆ และมีความหนาแน่นต่าง ๆ กัน อาจเกิดการหักเหของคลื่นเป็นวงย้อนกลับและคลื่นถูกดักที่เรียกว่าดักติ้ง ถ้าส่วนประกอบของชั้นบรรยากาศเหล่านั้นไม่ทำให้คลื่นถูกดักไว้แต่เพียงเบี่ยงเบนไปสัญญาณก็อาจไปถึงปลายทางได้ แต่ไม่ได้ใช้เส้นทางโดยตรงเดิม สัญญาณที่มาจากหลาย ๆ เส้นทางเมื่อไปรวมกันที่ปลายทางก็ยากที่จะได้สัญญาณที่มีเฟสตรงกัน ดังนั้นเฟดดิ้งก็จะเกิดขึ้นเพราะสัญญาณอาจหักล้างกันที่ปลายทางจนอาจหายไปได้ถ้ามีเฟสตรงข้ามกัน? กราวน์รีเฟล็กชั่นมัลติพาธเฟดดิ้ง (Ground reflection multipath fading) เป็นผลเนื่องจากการรับสัญญาณที่สะท้อนมาจากพื้นดินหลาย ๆ แห่งซึ่งก็จะกลายเป็นเฟดดิ้งเมื่อสัญญาณที่ได้รับมีเฟสที่ตรงข้ามไป และหากสัญญาณสะท้อนจากพื้นและสัญญามัลติพาธเฟดดิ้งจากบรรยากาศเกิดขึ้นพร้อม ๆ กันสัญญาณอาจถูกลดทอนได้ถึง 40 dB เป็นช่วงสั้น ซึ่งหากไม่มีการแก้ไขก็จะมีผลต่อการทำงานของระบบสื่อสารได้ มัลติพาธเฟดดิ้งเกิดขึ้นเฉพาะความถี่เท่านั้นเพราะว่าการเกิดการหักล้างกันของสัญญาณที่เฟสตรงข้ามกันจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อคลื่นที่ต่างกันเกิดนทางมาถึงเครื่องรับโดยมีความแตกต่างของระยะทางเป็นจำนวนครึ่งคลื่น และเพราะว่าขนาดของความยาวครึ่งคลื่นเปลี่ยนแปลงไปอย่างมากในช่วงความถี่ระหว่าง 1 ถึง 12 กิกะเฮิรตซ์ การเกิดเฟดดิ้งที่ความถี่หนึ่งก็อาจไม่เกิดที่อีกความถี่หนึ่งก็ได้
ปัจจัยต่าง ๆ ที่ทำให้เกิดมัลติพาธเฟดดิ้งได้แก่ช่วงที่อากาศร้อย มีความชื้นสูงและไม่มีลม ได้มีการค้นพบว่าปรากฎการณ์มัลติพาธเฟดดิ้งจะเกิดขึ้นบ่อยครั้งในเวลาหลังพระอาทิตย์ขึ้นและหลังพระอาทิตย์ตกเพียงเล็กน้อย ในเวลากลางวันอุณหภูมิของกระแสอากาศมักจะรบกวนบรรยากาศ จนทำให้บรรยากาศไม่สามารถจัดเรียงตัวเป็นชั้น ๆ ได้ดังนั้นจึงไม่เกิดปัญหามัลติพาธเฟดดิ้ง สำหรับระยะทางที่มากกว่า 40 กิโลเมตร จะมีโอกาศเกิดมัลติพาธเฟดดิ้งที่ความถี่ใช้งานสูงกว่า 890 เมกะเฮิรตซ์ได้ โดยทั่วไปการเกิดฟรีเควนซี่ซีเล็กตีฟเฟดดิ้งจะถูกเรียกว่าเป็นฟาสต์เฟดดิ้ง (Fast Fading) เป็นช่วงเวลาที่เกิดการเฟดดิ้งที่ 20 dB จะประมาณ 40 วินาที และช่วงเวลาที่เกิดเฟดดิ้งที่ 40 dB จะประมาณ 4 วินาที ซึ่งสั้นมากเมื่อความยาวของฮอปไมโคาเวฟเพิ่มขึ้นจะมีจำนวนเส้นทางที่อ้อมไปยังปลายทางมากขึ้น ซึ่งสัญญาณอาจได้รับจากเส้นทางดังกล่าวมากขึ้น ถ้ามีการใช้งานไมโครเวฟฮอปในทะเลทรายหรือข้ามน้ำก็มักมีการลดระยะทางระหว่างฮอปลงเป็นระยะประมาณ 35 กิโลเตร เพื่อหลีกเลี่ยงผลของการสะท้อนสัญญาณจากพื้นดินที่เป็นมัลติพาธเฟดดิ้ง

ไดเวอร์ซิตี้ (Diversity)
ไดเวอร์ซิตี้เป็นการทำงานของระบบตั้งแต่สองระบบขึ้นไป คล้ายกับมีการใช้อุปกรณ์ชุดที่สองทำงานควบคู่กันไปหรือทำงานซ้ำซ้อนกันไป เป็นวิธีการที่จะพัฒนาระบบให้มีความน่าเชื่อถือขึ้น เส้นทางของคลื่นไมโครเวฟที่มีการออกแบบโดยคำนึงถึงการเฟดดิ้งของสัญญาณที่เรียกว่าค่าเฟดมาจิ้น (Fade Margin) เส้นทางที่ไม่มีสิ่งกีดขวางและการกำจัดการสะท้อนของสัญญาณซึ่งอาจเกิดขึ้นได้แล้วนั้นก็ยังอาจมีประสิทธิ์ภาพที่ไม่ดีอยู่ ผลของมัลติพาธเฟดดิ้งก็ยังสามารถมีผลทำให้สัญญาณสูญหายชั่วคราวในเส้นทางที่ถูกออกแบบไว้อย่างดีแล้ว ผลของมัลติพาธเฟดดิ้งก็ยังสามารถมีผลทำให้สัญญาณสูญหายชั่วคราวในเส้นทางที่ถูกออกแบบไว้อย่างดีแล้ว ในสภาพแวดล้อมที่มีการเกิดมัลติพาธเฟดดิ้งขึ้นก็ได้มีการประยุกต์ใช้ไดเวอร์ซิตี้เขาไปในการออกแบบระบบ (โปรดพึงระลึกไว้ว่าไดเวอร์ซิตี้ไม่สามารถป้องกันการลดทอนสัญญาณเนื่องจากฝนได้) โดยไดเวอร์ซิตี้สองชนิดที่นิยมใช้คือ
1. สเปซไดเวอร์ซิตี้ (Space Diversity) สำหรับวิธีการทำงานนั้นที่เครื่องรับคลื่นไมโครเวฟจะรับสัญญาณจากสายอากาศตั้งแต่สองต้นขึ้นไปซึ่งติดตั้งอยู่ห่างกันเประยะหลายเท่าของความยาวคลื่น โดยสัญญาณที่ได้รับจากแต่ละสายอากาศจะถูกต่อเข้ากับตัวไดเวอร์ซิตี้คอมไบเนอร์ หน้าที่ของตัวคอมไบเนอร์ก็จะทำการเลือกสัญญาณที่ดีที่สุดหรือทำการรวมสัญญาณเข้าด้วยกันแล้วแต่การออกแบบสัญญาณจากด้านส่งจะเดินทางเป็นเส้นตรงสองเส้นทางไปยังสายอากาศด้านรับสองต้น และสัญญาณจากเครื่องส่งอาจจะเดินทางไปในอีกหลายเส้นทางที่แตกต่างกัน และเส้นทางที่สัญญาณเกิดมีความต่างเฟสกับสัญญาณเส้นตรงก็จะทำให้เกิดมัลติพาธเฟดดิ้งขึ้นที่สายอากาศด้านรับ แต่สายอากาศทั้งสองต้นก็จะไม่เกิดมัลติพาธเฟฟดิ้งที่เหมือนกันเพราะระยะทางของสายอากาศทั้งสองต้นแตกต่างกัน นั่นคือ แม้ว่าสัญญาณที่เดินทางในระยะทางจากสายอากาศด้านส่งไปยังสายอากาศด้านรับข้างใดข้างหนึ่งอาจเกิดการหักล้างทางเฟสกัน แต่ในสายอากาศด้านรับอีกข้างหนึ่งก็จะไม่เกิดเหตุการณ์ดังกล่าว จากสถิติพบว่าการใช้สเปซไดเวอร์ซิตี้ทำให้คุณภาพของสัญญาณดีขึ้นหลายร้อยเท่า ซึ่งเป็นที่น่าพอใจมาก และสายอากาศมักติดตั้งห่างกันเป็นระยะทาง 200 เท่า ของความยาวคลื่นที่ใช้จากการค้นพบล่าสุดการจัดสายอากาศไดเวอร์ซิตี้ที่ดีที่สุดจะอยู่ในแนวนอนให้สายอากาศอยู่ข้าง ๆ กัน นอกจากนี้การใช้สเปชไดเวอร์ซิตี้ยังมีประสิทธิภาพดีกว่าฟรีเควนซี่ไดเวอร์ซิตี้ เพราะว่าสเปซไดเวอร์ซิตี้ใช้ความถี่น้อยกว่า และสำหรับช่องสัญญาณเพียงช่องเดียวก็จะประหยัดกว่าด้วย 2. ฟรีเควนซี่ไดเวอร์ซิตี้ (Frequency Diversity) การใช้ไดเวอร์ซิตี้ชนิดนี้จะต้องใช้ความถี่ไมโครเวฟสองช่องระหว่างสายอากาศด้านส่งและด้านรับ ข้อมูลจะถูกส่งโดยเครื่องส่งสองตัวที่ทำงานที่ความถี่แตกต่างกัน ซึ่งสัญญาณทั้งสองจะถูกรวมกันไปสู่ท่อนำคลื่นและสายอากาศตามลำดับสัญญาณจะถูกส่งออกไปในสายอากาศเดียวกัน (แต่อาจมีโพลาไรเซชั่นต่างกัน) ที่ด้านรับสายอากาศจะรับสัญญาณและผ่านท่อนำคลื่นไปยังตัวกรองความถี่แยกความถี่ทั้งสองออกมา เครื่องรับคนละตัวก็จะแยกสัญญาณข้อมูลออกมา ด้วยวิธีการดังกล่าวก็จะทำให้ลดผลของเฟดดิ้งได้ ถ้าหากการแยกกันของความถี่ของเครื่องส่งสัญญาณมีมากเฟดดิ้งซึ่งเกิดเฉพาะที่ความถี่หนึ่ง ๆ จะมีโอกาศน้อยมากที่จะเกิดกับสัญญาณทั้งสองความถี่พร้อมกัน จึงเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพให้ระบบ สำหรับความถี่ที่ห่างกันประมาณ 2 เปอร์เซ็นต์ ถือว่าเพียงพอ และถ้ายิ่งห่างกัน 5 เปอร์เซ็นต์ ก็จะดีมากที่สุด

ข้อเสียของฟรีเควนซี่ไดเวอร์ซิตี้คือ

จะต้องใช้แถบความถี่มากกว่าจึงไม่เหมาะที่จะใช้ในพื้นที่ในเมืองใหญ่ จำนวนช่องสัญญาณจะมีจำกัด การเพิ่มประสิทธิภาพของฟรีเควนซี่ไดเวอร์ซิตี้ถือว่าน้อยเมื่อเทียบกับแบสเปซไดเวอร์ซิตี้ จากการคำนวณพบว่าเพิ่มขึ้นเพียง 10 เท่าเท่านั้น เมื่อเทียบกับระบบที่ไม่มีไดเวอร์ซิตี้