Friday, April 28, 2017

සන්නිවේදනය හා ආධුනික ගුවන් විදුලිය (Amateur radio) 97

Antenna Fields

සම්ප්‍රේෂක ඇන්ටනාවක් අවට ප්‍රදේශය කළාප 3කට බෙදිය හැකියි එම කලාපවල විකිරණය පවතින ස්වරූපය අනුව.

1. Reactive Near Field
2. Radiating Near Field (Fresnel (ෆ්‍රේනල්) region හෝ Transition Region)
3. Far Field (Fraunhofer Region)


මින් වැඩිපුරම කතා කරන කලාපය ෆාර්ෆීල්ඩ් වේ. සාමාන්‍ය රේඩියෝ සන්නිවේදනය පදනම් වන්නේ මෙම කලාපයයි; එනම්, රිසීවිං ඇන්ටනා පිහිටුවන්නේ මෙම කලාපයේය. මීට ඉහතදී රේඩියේෂන් පැටන් ගැන කතා කිරීමේදී එම පැටන් පිහිටා තිබෙන්නේද ෆාර්ෆීල්ඩ් එකේය. විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර ත්‍රීව්‍රතාව ඇන්ටනාවේ සිට ඈතට යන විට ප්‍රතිලෝමව සමානුපාතික වේ; එනම්, විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර ත්‍රීව්‍රතා අගය 1/R යන වේගයෙන් අඩු වේ (R යනු ඇන්ටනාවේ සිට ඇති අරීය දුර වේ). එලෙසම සංඥා ජවය 1/R2 වේගයෙන් අඩු වේ. ෆාර්ෆීල්ඩ් එක ඇන්ටනාව පිහිටි තැන සිට පටන් ගන්නා දුර (R) වන්නේ පහත සූත්‍ර 3ම තෘප්ත කරන දුරකින් පසුවයි.


මෙහි λ යනු රේඩියෝ තරංගයේ තරංග ආයාමය වන අතර, D යනු ඇන්ටනාවේ/ඩයිපෝලයේ/රේඩියෝ තරංග නිකුත් කරන කොටසේ සයිස් එකයි (aperture size). සාමාන්‍යයෙන් ඇන්ටනා ඇපර්චර් සයිස් එක තරංග ආයාමයට වඩා කුඩාය (එනම්, ඩයිපෝලයේ දිග වූයේ තරංග ආයාමයෙන් අඩකි). ඉහත සූත්‍රය අනුව ෆාර්ෆීල්ඩ් දුර තරංග ආයාමයට වඩා ඉතා විශාල වේ (>> යනු “ඉතා විශාල වේ” යන්නයි); ඇන්ටනා ඇපර්චර් එකට වඩා ඉතා විශාල වේ; ඉහත පළමු සූත්‍රය සුලු කිරීමෙන් ලැබෙන අගයට වඩා ටිකක් හෝ විශාල විය යුතුය.

ෆාර්ෆීල්ඩ් හි ඇති වැදගත්ම ලක්ෂණය වන්නේ ඇන්ටනාවේ සිට විකිරණය වූ ශක්තිය එම කලාපයේ තිබෙන්නේ රේඩියෝ තරංග ලෙසයි (නිකංම විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් ලෙස හෝ නිකංම චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් ලෙස හෝ රේඩියෝ තරංග සමඟ මිශ්‍රව එම තනි තනි ක්ෂේත්‍ර ලෙස හෝ නොපවතී). මෙනිසා සියලු ශක්තිය රේඩියෝ විකිරණ ලෙස පවතී. එහි විද්‍යුත් හා චුම්භක ක්ෂේත්‍ර දෙක එකිනෙකට ලම්භකව පිහිටනවා මෙන්ම සමකලාවෙන්ද (in phase) යුතු වේ. ක්ෂේත්‍ර දෙක සමකාලාවෙන් යුක්ත වෙනවා යනු, ඒ දෙක විචලනය වන්නේ එකටයි; එකට ඉහල පහල යයි පෙර පසු නොවී.

තවද, ෆාර්ෆීල්ඩ් එක පිහිටන්නේ ඇන්ටනාවේ සයිස් එකට වඩා ඉතා විශාල දුරකින් නිසාත්, රේඩියෝ තරංගයේ තරංග ආයාමයට වඩා ඉතා විශාල දුරකින් නිසාත් ෆාර්ෆීල්ඩ් එකේ රේඩියෝ තරංග දළ වශයෙන් තල තරංග (plane waves) ලෙස පිහිටයි.

සටහන

තල තරංග

තල තරංග (plane waves) යනු යම් ස්ථානයක සරල රේඛාවක් ඇන්ද විට, එම සරල රේඛාවට ලම්භකව එන තරංග පෙරමුණ (wave front) එකවර එම රේඛාව මතට ස්පර්ශ වන පරිදි තරංග පෙලම පැවතීමයි. එනම් රූපමය වශයෙන් එය පහසුවෙන් තේරුම් ගත හැකියි පහත ආකාරයට. තල තරංග දළ වශයෙන්වත් සරල රේඛා සේ පෙනේ.


රේඩියෝ තරංග පටන් ගන්නේ ඇන්ටනාවෙන් නිකුත් වන ගෝලාකාර තරංග (spherical waves) ලෙසයි. රේඩියෝ තරංග සම්ප්‍රේෂක ඇන්ටනාවේ සිට ඉවතට යන විට (එනම් අරය වැඩි වන විට) ක්‍රමයෙන් තල තරංග බවට පත් වෙනවා.

එය ආදර්ශනයකින් තේරුම් ගත හැකියි. ටෙනිස් බෝලයක් වැනි කුඩා ගෝලයක් ඔබේ අතට ගත් විට, එහි වක්‍ර මතුපිට ඔබට මැනවින් පෙනෙනවා හා දැනෙනවා. එම ගෝලයේ අරය ක්‍රමයෙන් දැන් වැඩි කර ගෙන යන ලෙස සිතින් දකින්න. එවිට තවමත් පෙර සේම වක්‍ර මතුපිට තවත් විශාලව ඇතත්, එම වක්‍රතාව එන්න එන්නම පෙනෙන හා දැනෙන ගතිය අඩු වෙනවා. පොලොවද ටෙනිස් බෝලය සේම ගෝලයක් වුවත්, එහි වක්‍ර මතුපිට අපට පෙනෙන්නේ හා දැනෙන්නේ නැහැනෙ (ඔබ පොලොව මත ඇවිදින විට බෝලයක් උඩ ඇවිදිනවා වැනි හැඟීමක් ඇති වන්නේ නැහැනෙ).

ගෝලාකාර තරංග ඈතට ඈතට ගමන් කරන විට ඉබේම තල තරංග බවට පත් වේ. එහෙත් තල තරංග ඉබේම ගෝලාකාර තරංග බවට පත් වන්නේ නැත. තල තරංග ගෝලාකාර තරංග බවට පත් කළ හැකියි කුඩා සිඳුරකින් හෝ “ගැට්ටකින්”.


මෙලෙස තල රේඩියෝ තරංග ගෝලාකාර කිරීමෙන් වාසියක් ලබා ගත හැකි බව මීට පෙරත් අප ඉගෙන ගත්තා. එනම්, සාමාන්‍යයෙන් නොයන තැන්වලට පවා රේඩියෝ තරංග වක්‍ර වී දැන් ගමන් කරනවා. මෙම සංසිද්ධිය diffraction ලෙස හැඳින්වෙනවා. සිඳුරෙහි විශාලත්වය තරංග ආයාමයට සාපේක්ෂව කුඩා කරගෙන යන විට, තල තරංගය වක්‍රවීමේ (ගෝලාකාර තරංග සෑදීමේ) ප්‍රවණතාවද වැඩි වේ.


සන්නිවේදනයේදී විසුරුවාලන රේඩියෝ තරංග තල තරංග වීම අත්‍යවශ්‍ය කරුණකි. මෙනිසා, යම් සංඥාවකට අදාල රේඩියෝ තරංග සම්ප්‍රේෂක ඇන්ටනාවෙන් නික්ම විත් ආදායක ඇන්ටනා ඩයිපෝලය (සරල රෙඛාව) මතට වැටෙන්නේ එකම වෙලාවටයි. එසේ නොවුණා නම්, එකම සංඥාවට අයත් තරංග විවිධ වෙලාවලදී ඇන්ටනා ඩයිපෝලය මත විවිධ ස්ථාන මත පතිත වුවොත්, සංඥා අච්චාරුවක් රිසීවරයට ලැබෙනු ඇත (හරියට මල්ටිපාත් ෆේඩිං වගේ).

ඇන්ටනාවට ආසන්නතම ප්‍රදේශය reactive nearfield වේ. මෙම ප්‍රදේශයේදී ඇන්ටනාවෙන් පිටවන විකිරණයේ චුම්භක ක්ෂේත්‍රය ප්‍රබල ආකාරයෙන් පවතිනවා. තවද, චුම්භක ක්ෂේත්‍ර ත්‍රීව්‍රතාව 1/R3 ක වේගයෙන් හායනය වන අතර, විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය 1/R2 ක වේගයෙන් හායනය වේ. මතකද ෆාර්ෆීල්ඩ් එකේදී විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය හායනය වූයේ 1/R ක වේගයෙන්? ඒ කියන්නේ මෙම කලාපයේදී ඉතා වේගයෙන් විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය හායනය වන අතර, චුම්භක ක්ෂේත්‍රය ඊටත් වැඩි වේගයෙන් හායනය වේ. මෙම කලාපයේදීත් චුම්භක හා විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර දෙක ලම්භකව පවතිනවා. තවද, එකිනෙකට ලම්භකව පැවතියත්, මෙම ක්ෂේත්‍ර දෙක කලා සමාන නැත (out of phase); අංශක 90ක කලා වෙනසක් දළ වශයෙන් එම ක්ෂේත්‍ර දෙක අතර පවතිනවා. ඒ කියන්නේ චුම්භක ක්ෂේත්‍රය විචලනය හා විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර විචලනය එකට ඉහල පහල නොයයි. මෙම කලාපය පිහිටන්නේ ඇන්ටනාවේ සිට පහත සූත්‍රය සුලු කර ලැබෙන අගයට සමාන දුරක් දක්වාය.


ඉහත කලාප දෙක අතරමැදි කලාපය radiating near field වේ. මෙහි ගතිලක්ෂණ ඉහත කලාප දෙකෙහිම ගතිලක්ෂණවල මිශ්‍රණයකි. ඇත්තටම මෙය සංක්‍රාන්ති කලාපයකි. එනිසා රියැක්ටිව් නියර්ෆීල්ඩ් එක ආසන්නයේදී වැඩිපුර එම කලාපයේ ලක්ෂණ පෙන්වන අතර, ෆාර්ෆීල්ඩ් එකට ආසන්න වන විට වැඩිපුර එම කලාපයේ ලක්ෂණ පෙන්වයි.

Antenna Impedance

ඇන්ටනාවක් සම්බන්දයෙන් වැඩියෙන්ම කතා බහට ලක් වන පරාමිතිය මෙයයි. සෑම විදුලි හෝ ඉලෙක්ට්‍රොනික් උපාංගයකටම/උපකරණයකටම ප්‍රතිරෝධයක් තිබේ. බල්බය, මෝටරය, හීටරය, හොට් ප්ලේට්, රෙසිස්ටර්, කැපෑසිටර්, කොයිල්, ඩයෝඩ්, ටීවී, පරිගනකය ආදී ලෙස මේ ඕනෑම එකක ප්‍රතිරෝධයක් තිබේ. එලෙසම රිසීවරයට (එනම් රිසීවරයට සංඥා ඉන්පුට් කරන අග්‍ර දෙකෙහි), ට්‍රාන්ස්මීටරයට (ට්‍රාන්ස්මීටරයෙන් සංඥා අවුට්පුට් කරන අග්‍ර දෙකෙහි), හා ඇන්ටනාවට (ඇන්ටනාවට ෆීඩ්ලයින්/වයරය සම්බන්ද කරන අග්‍ර දෙකෙහි) ප්‍රතිරෝධ/සම්බාධක අගයන් තිබේ.

ප්‍රතිරෝධය හා සම්බාදකය යනු එකම ජාතියේ රාශි දෙකකි (එනිසා දළ වශයෙන් ඒ දෙක සමාන ලෙස සිතන්නට යැයි මීට පෙර මා පැවසුවත් මේ දෙකෙහි වෙනසක් ඇත). මේ දෙකෙන්ම කියන්නේ විදුලි ධාරාවට ඇති කරන බාධකය කියාය. එනිසා දෙකම ඕම් ඒකකයෙන් මැනේ. ප්‍රතිරෝධ/සම්බාදක අගය වැඩි වන්නට වන්නට ධාරාව එන්න එන්නම අඩු වේ.

සටහන

ප්‍රතිරෝධය, ප්‍රතිබාදකය, හා සම්බාධකය

සාමාන්‍ය රෙසිස්ටරයක (ප්‍රතිරෝධයක) ප්‍රතිරෝධය (resistance – R) තිබේ. පෙරත් සඳහන් කළ ලෙසම ප්‍රායෝගික ලෝකයේ සෑම උපාංගයකටම ප්‍රතිරෝධයක් තිබේ. සෛද්ධාන්තිව ප්‍රතිරෝධ අගයක් නැතැයි සිතන ධාරිත්‍රක, කොයිල්, වයර්, ස්විච්, ට්‍රාන්ස්ෆෝමර් ආදී උපාංගවල පවා ප්‍රායෝගිකව ප්‍රතිරෝධ අගයක් තිබෙනවා. ප්‍රතිරෝධය, ධාරාව, හා වෝල්ටියතාව යන රාශි 3ම එකට සම්බන්ද කරන සුප්‍රකට සූත්‍රය ඕම් නියමයයි (V=IR).

ප්‍රතිරෝධ අගයක් තිබෙන ඕනෑම උපාංගයක් හරහා විදුලියක් ගමන් කරන විට, ඕම් නියමය අනුව, ඒ උපාංගය දෙපස විභව පාතනයක් (voltage drop) ඇති වේ. එම විදුලිය ඩීසී හෝ ඒසී වුවත් කිසිදු වෙනසක් නැත. විදුලි ධාරාව හා විභවය අතර කලා (phase) වෙනසක් නැත (ඇත්තටම කලා වෙනස වැදගත් වන්නේ ඒසී විදුලියටයි). ඒ කියන්නේ විදුලි ධාරාව හා විභවය වක්‍ර දෙකක් ලෙස එකම ප්‍රස්ථායක ඇන්දොත් ඒ සංඥා හැඩ දෙකම සමාකාරව (එකට) ඉහල හා පහල යයි. පහත රූපයේ ඩීසී හා ඒසී විදුලි දෙකෙහිම ධාරාව (රතුපාටින්) හා වෝල්ටියතාව (කොලපාටින්) සමකලාවෙන් පවතින හැටි පෙන්වනවා.


මෙවැනි අවස්ථාවක ප්‍රතිරෝධය සහිත උපාංගයෙන් වැයවන ජවය පහසුවෙන්ම මැනිය හැකියි P=IV යන සූත්‍රයෙන් (I යනු එම උපාංගය හරහා ගලා යන ධාරාව වන අතර, V යනු එවිට එම උපාංගය දෙපස ඩ්‍රොප් වන විභවය වේ). රූපමය ආකාරයෙන් මෙම සූත්‍රය දක්වන ආකාරය පහත දැක්වේ. තැඹිලි පාටින් තිබෙන්නේ උත්සර්ජනය වන ජවයයි. එය තිරස් කාල රේඛාවෙන් ඉහල නිසා, හැමවිටම එය ධන අගයකි. ජවය ධන අගයක් යනු ජව උත්සර්ජනයකි.


සෛද්ධාන්තිකව කැපෑසිටරයකට ප්‍රතිරෝධයක් නැත (ප්‍රායෝගිකව ඇත). කැපෑසිටරයක ප්‍රධාන රාජකාරිය ඩීසී විදුලිය බ්ලොක් කර ඒසී විදුලියට පමණක් ඒ හරහා යෑමට ඉඩ සලසා දීමනෙ. එසේ ඒසී ධාරාවක්/විදුලියක් කැපෑසිටරය හරහා යන විට “අමුතු” ප්‍රතිරෝධයක් කැපෑසිටරය විසින් මවාපානවා එම ඒසී ධාරාව අඩු කිරීමට. මෙය සාමාන්‍ය අප ඉහතදී හඳුනාගත් ප්‍රතිරෝධය නොව. එනිසා මෙම “අමුතු ප්‍රතිරෝධය” ප්‍රතිබාධකය (reactance - X) කියා හැඳින්වෙනවා. ධාරිත්‍රකයකින් මෙය ඇති වන නිසා, ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාධකය (capacitive reactance - XC) ලෙස එය හැඳින්වෙනවා. ප්‍රතිබාදක අගය මනින්නෙත් ඕම් ඒකකයෙන්ම තමයි (මොකද මෙයත් ධාරාව ගමන් කිරීමට බාධා පැමින වීමක් නිසා).

ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාදකය පහත සූත්‍රයෙන් ගණනය කළ හැකියි. පැහැදිලිව සූත්‍රයෙන් පෙනෙනවා, ධාරිත්‍රකයේ ධාරිතාව (C) වැඩි වන විටත්, සංඛ්‍යාතය (f) වැඩි වන විටත් ප්‍රතිබාදක අගය අඩු වෙනවා.


ප්‍රතිබාධකයක් සහිත උපාංගයක් (ධාරිත්‍රකයක්) හරහා ඒසී ධාරාවක් ගලා යන විට, එම ඒසී ධාරා සංඥා හැඩය හා එම උපාංගය දෙපස පාතනය වන විභව සංඥා හැඩය ප්‍රස්ථාරගත කළොත්, ඒ දෙක අතර අංශක 90ක කලා වෙනසක් දක්නට ලැබෙනවා. තවද, ධාරිත්‍රකයදී, හැමවිටම ධාරාව විභවයට වඩා අංශක 90ක් ඉදිරියෙන් සිටිනවා; එනම්, ධාරාව උපරිම අගයට පැමිණ අංශක 90ක් ගමන් කළ පසු වෝල්ටියතා වක්‍රය උපරිම වන්නේ (“Current leads Voltage” හෝ “Voltage lags Current”). එනම් කලා වෙනස (θ) අංශක -90කි.


මෙලෙස අංශක 90ක කලා වෙනසක් ඇතිව ධාරා හා වෝල්ටියතා වක්‍ර පිහිටීම නිසා, එක් තරංගයක් තුල ධාරිත්‍රකය විසින් කිසිදු ජවයක් වැය වන්නේ නැත. ඊට හේතුව පහත රූපයෙන් පැහැදිලි වේ. කහපාටින් දක්වා තිබෙන්නේ ජවයයි. තරංගයේ එක් කොටසක් තුලදී ධන ජවයකුත්, ඊට සමාන අනෙක් කොටසකදී ඍන ජවයකුත් පවතින අතර, මෙම ධන හා ඍන ජවයන් දෙක එකිනෙකට කැපී ශූන්‍ය වේ. බලන්න පහත රූපයේ කලු සිරස් කුඩා ඉරිවලින් දක්වා තිබෙන ධන හා ඍණ කොටස් එකිනෙකට උදාසීන යන අතර, කලු තිරස් කුඩා ඉරිවලින් දක්වා තිබෙන ධන හා ඍණ කොටස් එකිනෙකට උදාසීන වී යනවා.


මින් පැහැදිලි වෙනවා, සාමාන්‍ය ප්‍රතිරෝධයක් සහිත උපාංගයකදී ප්‍රතිරෝධ අගය නිසා ජවයක් උත්සර්ජනය වුවත් (තාපය ලෙස), ප්‍රතිබාදකයක් සහිත උපාංගයකදී එලෙස ජවයක් උත්සර්ජනය නොවේ. එනිසා ප්‍රතිබාදකය “ඇත්තටම නොපවතින ප්‍රතිරෝධයක්” හෙවත් “අතථ්‍ය ප්‍රතිරෝධයක්” (virtual resistance) ලෙස සැලකිය හැකියි.

ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාදක අගය, වෝල්ටියතාව, හා ධාරාව අතරද සුපුරුදු ඕම් නියමය පවතිනවා (VC=ICXC). තවද, මෙම වෝල්ටියතාව හා ධාරාව අතර ඉහත පැහැදිලි කළ ලෙසට අංශක -90ක කලා වෙනසක් පවතිනවා. එය කලා රූප සටහනකින් දක්වන්නේ පහත ආකාරයටයි.
 

 කොයිලයක් හෙවත් ප්‍රේරකයක් (inductor) හරහා ඒසී හා ඩීසී දෙවර්ගයේම විදුලිය ගමන් කළ හැකියි. සෛද්ධාන්තිකව කොයිලයේද කැපෑසිටරයේ මෙන්ම ප්‍රතිරෝධයක් නැත. කොයිලයක රාජකාරිය වන්නේ ඒසී විදුලිය ගමන් කිරීමට විශාල බාධාවක් ඇති කරන අතරේ ඩිසී විදුලියට ඉතා පහසුවෙන් යෑමට ඉඩ සැලැස්වීමයි (මෙය කැපෑසිටරයේ රාජකාරියට විරුද්ධ පැත්තයි; එනමුත් මෙහිදී ඒසී විදුලිය සම්පූර්ණයෙන්ම බ්ලොක් කරන්නේ නැත). ඒසී විදුලියට ඇති කරන මෙම බාධාවත් ප්‍රතිබාදකයකි. එය ප්‍රේරක ප්‍රතිබාදකය (inductive reactance – XL) ලෙස හඳුන්වනවා.

ප්‍රේරක ප්‍රතිබාදකය සොයන සූත්‍රය පහත දැක්වේ. එහි පැහැදිලි වෙනවා කොයිලයේ ප්‍රේරණතාව (L) වැඩි වන විටත්, සංඛ්‍යාතය (f) වැඩි වන විටත් ප්‍රතිබාදක අගය වැඩි වෙනවා.

XL = 2πfL

ධාරිත්‍රකයේදී මෙන්ම, මෙහිදිත් කොයිලය හරහා යන ධාරාව හා ඒ දෙපස ඩ්‍රොප් වන විභවය ප්‍රස්ථාරගත කළොත් පහත ආකාරයට පෙනේවි. විභවය ධාරාවට වඩා අංශක 90කින් ඉදිරියෙන් සිටිනවා (“Voltage leads Current” හෝ “Current lags Voltage”). එනම් කලා වෙනස (θ) අංශක +90කි.


ඔබට දැන් ධාරිත්‍රකයේදී මෙන්ම තර්ක කර පෙන්විය හැකියි කොයිලයේ ප්‍රතිබාදක අගය ලෙස යම් ඕම් අගයක් තිබුණත් ඉන් කිසිදු ජවයක් උත්සර්ජනය නොවන බව. ධාරිත්‍රකවල ජවය සඳහා වන රූපය එලෙසම මෙහිදිත් අදාල වේ.

සුපුරුදු ලෙසම VL=ILXL යන ඕම් නියමය යෙදිය හැකිය. ධාරාව හා විභවය අතර පවතින +90ක කලා වෙනස පහත ආකාරයට කලා සටහනකින් දැක්විය හැකිය.
 

ප්‍රායෝගිකව සෑම උපාංගයකම සාමාන්‍ය (එනම් තාප උත්සර්ජනය සිදු කරන) ප්‍රතිරෝධයක් ඇත. ඊට අමතරව බොහෝ උපාංගවලට (තාප උත්සර්ජනය සිදු නොකරන) ප්‍රතිබාදකයක්ද තිබෙනවා. මේ දෙවර්ගයම එකට ගත් විට, ඊට සම්බාධකය (impedance) කියා කියනවා. එයත් ඕම් ඒකකයෙන් මනිනවා. ඉනුත් කියන්නේ විදුලි ධාරාවකට ඇති කරන බාධාවකි.

ප්‍රතිරෝධය හා ප්‍රතිබාදක අගයන් දෙක වෙන වෙනම සම්බාදකය තුල දක්වන ක්‍රමයක් ඇත. ඒ සඳහා ගණිත සංකල්පයක් වන සංකීර්ණ සංඛ්‍යා (complex number) නිරූපණ ක්‍රමය යොදා ගන්නවා. සංකීර්ණ සංඛ්‍යාවක කොටස් දෙකක් තිබෙනවා real part (තථ්‍ය/තාත්වික කොටස) හා imaginary part (අතථ්‍ය/අතාත්වික කොටස) ලෙස. ඉමැජිනරි කොටස හැමවිටම දක්වන්නේ i හෝ j අකුරකට පසුවයි හෝ පෙරයි. ඉමැජිනරි කොටසට ඉදිරියෙන් i දමන හේතුව සිතා ගත හැකියිනෙ (imaginary යන්නෙහි මුල් අකුරයි). එහෙත් විදුලි ඉංජිනේරු ක්ෂේත්‍රය තුල i වෙනුවට j දමයි. ඊට හේතුව දැනටමත් i යන්න විදුලි ධාරාව හැඟවීමට යොදා ගන්නා නිසා, ඒ වෙනුවට j අක්ෂරය (i ට පසුව ඇති j අකුර) යොදා ගැනීමට තීරණය කර ඇත.

95 + i23 හෝ 95 + 23i

සම්බාදක අගය නිරූපණය කිරීමේදී, සංකීර්ණ සංඛ්‍යාවේ රියල් කොටස ප්‍රතිරෝධ අගය ලිවීමටත්, ඉමැජිනරි කොටස ප්‍රතිබාදක අගය ලිවීමටත් යොදා ගනී. උදාහරණයක් ලෙස, යම් උපාංගයක සම්බාදක අගය 90+25j ආකාරයට ලිවිය හැකියි. මින් කියන්නේ එම උපාංගයේ ඕම් 90ක ප්‍රතිරෝධ අගයකුත්, ඕම් 25ක ප්‍රතිබාදක අගයකුත් තිබෙනවා කියාය.

ඇත්තෙන්ම සම්බාදකය පෙන්වීමට සංකීර්ණ සංඛ්‍යා සංකල්පය යොදා ගන්නේ නිකංම නොවේ. සංකීර්ණ සංඛ්‍යා සුලු කරන රීති සමුදායක් (ගණිත කර්ම) ඇත. සම්බාදක අගයන් ගණනය කිරීමේදී එම ගණිත කර්ම අපට පහසුවෙන්ම යොදා ගත හැකියි. එහෙත් මා මෙහි සංකීර්ණ සංඛ්‍යා ගැන හෝ සුලු කිරීම් ගැන වැඩිපුර කතා කරන්නට යන්නේ නැත.

මේ අනුව, යම් උපාංගයකට ප්‍රතිරෝධ අගයක් හා ප්‍රතිබාදක අගයක් යන දෙකම එකවර ඇතැයි සිතන්න; එනම් සම්බාදක අගයක් ඇතැයි සිතන්න. මෙවිට ඇත්තටම අපට හැකියි එම අගයන් දෙක වෙන වෙනම සංකීර්ණ සංඛ්‍යා නිරූපණයෙන් කියනවා වෙනුවට තනි සාමාන්‍ය සංඛ්‍යාවකින් එම අගය පැවසීමට. එම තනි අගය සොයන්නේ පෛතගරස් ප්‍රමේයය යොදා ගෙනයි. ඔබ දන්නවා පෛතගරස් ප්‍රමේයයෙන් කියන්නේ යම් ඍජුකෝණි ත්‍රිකෝණයක කර්ණයේ (දිගම පාදයේ) වර්ගය සමානයි අනෙක් පාද දෙකෙහි වර්ගවල එකතුවට.


සම්බාදක අගයේ තිබෙන ප්‍රතිරෝධ අගය වර්ග කර, ප්‍රතිබාදක අගයත් වර්ග කර, එම වර්ග පද දෙක එකතු කර, එම එකතුවේ වර්ගමූලය ගත් විට දැන් අපට ලැබෙන්නේ සම්බාදක අගයේ තනි අගයයි. උදාහරණයක් ලෙස, 30 + 20i නම්, එහි තනි සංඛ්‍යාත්මක අගය වන්නේ, (302 + 202) = 1300 = 36 ohm වේ.

යම් උපාංගයක ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාදකය හා ප්‍රේරක ප්‍රතිබාදකය යන දෙකම එකවිට පැවතිය හැකියි. මෙවිට අවස්ථා 3ක් අපට හමු වේ.

1. ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාදක අගය > ප්‍රේරක ප්‍රතිබාදක අගය – මෙම අවස්ථාවේදී උපාංගය capacitive යැයි පවසනවා.

2. ප්‍රේරක ප්‍රතිබාදක අගය > ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාදක අගය – මෙම අවස්ථාවේදී උපාංගය inductive යැයි පවසනවා.

3. ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාදක අගය = ප්‍රේරක ප්‍රතිබාදක අගය – මෙම අවස්ථාවේදී උපාංගය resonant යැයි පවසනවා.
.

ඉහත අවස්ථා 3ම පහත කලා සටහන් (phase diagrams) 3න් දැක්වෙනවා.


 
සම්බාදකය, ධාරාව, හා වෝල්ටියතාව අතරත් සුපුරුදු ඕම් නියමය පවතිනවා (V=IZ). මෙහිදී ධාරාව හා වෝල්ටියතාව අතර පවතින කලා කෝණය අංශක 90ට අඩු ධන හෝ ඍණ අගයකි.

මෙම කලා කෝණයේ ධන හෝ ඍණ බව සොයන්නේ මෙලෙසයි. පළමුව ඉහත කලා රූපවල මෙන් ධාරිත්‍රක හා ප්‍රේරක ප්‍රතිබාද දෙක ඇඳ/ලියා වැඩි අගයෙන් අඩු අගය අඩු කරන්න (ප්‍රතිරෝධ අගය තිබුණත් එය මේ සඳහා දැක්වීම අවශ්‍ය නැත). එම වැඩි අගය ඇත්තේ ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාදකයට නම් (එනම්, XC > XL), කලා වෙනස ඍණ වේ; තවද, තිබෙන්නේ ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාදය (හා ප්‍රතිරෝධය) පමණක් නම් එවිටද කලා වෙනස ඍණ වේ. වැඩි අගය වන්නේ ප්‍රේරක ප්‍රතිබාදකය නම් (XL > XC), කලා කෝණය ධන වේ; තවද, තිබෙන්නේ ප්‍රේරක ප්‍රතිබාදය (හා ප්‍රතිරෝධය) පමණක් නම් එවිටද කලා වෙනස ධන වේ.

කලා කෝණයේ ධන ඍන ඉහත ආකාරයට සොයා ගත හැකි වුවත්, එම කලා කෝණ අගය සොයන්නේ පහත සරල සූත්‍රයෙනි. මතකද අප සම්බාදකය සටහන් කළේ සංකීර්ණ සංඛ්‍යාවක් ලෙසයි? එවිට ඉමැජිනරි කොටසේ ලිව්වේ ප්‍රතිබාදක අගය වන අතර, රියල් කොටසේ ලිව්වේ ප්‍රතිරෝධ අගයයි. එනිසා පහත සූත්‍රයෙන් කියන්නේ ප්‍රතිබාධක අගය ප්‍රතිරෝධ අගයෙන් බෙදා එහි ප්‍රතිලෝම ටෑන් අගය සොයා ගන්න කියාය. මෙවිට ලැබෙන්නේ විභවය හා ධාරාව අතර කෝණ අගය වේ.
 


ඉහත අවස්ථා 3න් රිසෝනනට් (අනුනාදී) අවස්ථාව ඉතා වැදගත් වේ. ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් (හා වෙනත් තාක්ෂණික/ඉංජිනේරුමය) කාර්යන් සඳහා එම අවස්ථාව බහුලවම භාවිතා වේ. ඇන්ටනාවලදීද භාවිතා වේ. මෙම අවස්ථාවේදී ප්‍රතිබාදයන් එකිනෙකට කැපී අහෝසි වී පරිපථයේ සාමාන්‍යයෙන් අනිවාර්යෙන්ම තිබෙන ප්‍රතිරෝධ අගය පමණක් ඉතිරි වේ (ඉහත අවස්ථා 3 ගැන විස්තර කරන විට මා එම සැඟව තිබෙන ප්‍රතිරෝධ අගය ගැන ඒ ස්ථානවලදී සඳහන් කර නැතත්, ප්‍රතිරෝධ අගය හැම තැනම තිබෙන බව සිහිතබා ගන්න). මෙවිට සමස්ථ උපාංගයේ (පරිපථ කොටසේ) ධාරාවට තිබෙන බාධාව අවම වී ධාරාව උපරිම වේ.


ප්‍රතිරෝධ අගයක් යම් තැනක ඇත් නම් එය ඉවත් කිරීමට ඍණ ප්‍රතිරෝධයක් ඊට සම්බන්ද කළ නොහැකිය. ඊට හේතුව ඍණ ප්‍රතිරෝධයක් කියා දෙයක් නැති වීමයි. එහෙත් යම් ප්‍රතිබාදක අගයක් යම් තැනක ඇත් නම් එය ඉවත් කළ හැකියි. ඊට හේතුව ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාදකය හා ප්‍රේරක ප්‍රතිබාදකය එකිනෙකට විරුද්ධ වීමයි. ඉහත කලා සටහන් බලන්න. උදාහරණයක් ලෙස, යම් තැනක ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාදක අගය ඔම් 100 නම්, එතැනට ඕම් 100ක ප්‍රේරක ප්‍රතිබාදක අගයක් සහිත උපක්‍රමයක්/උපාංගයක් සවි කළ හැකියි.

විදුලිය ගමන් කරන්නේ වයර්, ස්විච, කනෙක්ටර්, ධාරිත්‍රක, කොයිල්, ප්‍රතිරෝධක, ට්‍රාන්සිස්ටර් ආදී උපාංග හරහානෙ. තවද, ධාරිත්‍රක ගුණාංග (එනම් ධාරිතාවක් තිබීම) තිබෙන්නේ ධාරිත්‍රකවල පමණක්ම නොවේ. කොයිල් තුලත්, රෙසිස්ටර් තුලත්, ට්‍රාන්සිස්ටර් තුලත්, වයර් තුලත් යම් යම් ප්‍රමාණවලින් ධාරිතාවන් තිබේ. ඒ කියන්නේ මෙවන් උපාංගවලත් ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාදකයක් තිබේ. එලෙසම එම සියලු උපාංග තුල යම් යම් ප්‍රමාණවලින් ප්‍රේරක ගුණාංග (එනම් ප්‍රේරණතාවක් තිබීම) තිබෙන නිසා ප්‍රේරක ප්‍රතිබාදකයකුත් එම උපාංගවලට ඇත. වැඩිදුරට ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් ඉගෙන ගැනීමේදී මේ ගැන දැනගත හැකියි.

ඉතිං, ඇන්ටනාවේ (එහි අග්‍ර දෙකෙහි) සම්බාදක අගයක් (එනම් ප්‍රතිරෝධයක් හා ප්‍රතිබාදකයක් එකවර) තිබේ. ඇන්ටනාවට සංඥා විදුලිය රැගෙන යන ෆීඩ් වයරයෙත් සම්බාදක අගයක් තිබේ. මෙම සම්බාදක අගයන් දෙක එකිනෙකට මැච් විය යුතුය. මෙහිදී මැච් වෙනවා යනු, ඇන්ටනා සම්බාදකය තුල තිබෙන ප්‍රතිරෝද අගයට හරියටම සමාන අගයක් ෆීඩ් වයර් සම්බාදකය තුල තිබෙන ප්‍රතිරෝදයට තිබිය යුතුය. තවද, ඇන්ටනා සම්බාදකය තුල තිබෙන ප්‍රතිබාදක අගයට හරියටම අගයෙන් සමාන ප්‍රතිවිරුද්ධ ප්‍රතිබාදක අගයක් ෆීඩ් වයර් සම්බාදකය තුල තිබෙන ප්‍රතිබාදකයට තිබිය යුතුය; මෙවිට ප්‍රතිබාදක දෙක එකිනෙකට කැපී ශූන්‍ය වී ගොස් සක්‍රිය ලෙස ඉතිරි වන්නේ නිකංම ප්‍රතිරෝධ අගයන් පමණි. Impedance matching කියන්නේ මෙයටයි.

මෙම ඉම්පීඩන්ස් මැචිං ගැන මීට පෙර අප ඉගෙන තිබෙනවා. යම් පරිපථ කොටසක (output circuit) සිට තවත් පරිපථ කොටසකට (input circuit) සංඥා ජවයක් (වෝල්ටියතාවක් නොව) යවන විට, උපරිම ජවයක් ඒ පරිපථ කොටස් දෙක අතර යැවිය හැකි වන්නේ අවුට්පුට් සර්කිට් එකෙන් සංඥා පිට කරන අග්‍ර දෙකෙහි ප්‍රතිරෝධය හා එම සංඥාව ලබා ගන්නා ඉන්පුට් සර්කිට් එකේ අග්‍ර දෙකෙහි ප්‍රතිරෝධය සමාන වන විටයි. ඇන්ටනාවකදී (හා ලවුඩ්ස්පීකර්වලදී) ඇත්තටම සංඥාව මෙන්ම එම සංඥාවේ ජවය (වොට් ගණන) වැදගත් නිසා (වොට් ගණන වැඩි නිසා), අපට මෙම ඉම්පීඩන්ස් මැචිං රීතිය පිළිපැදීමට සිදු වෙනවාමයි.

අප හැමවිටම උත්සහ දැරිය යුත්තෙ ඇන්ටනාවේ අග්‍ර අතර ප්‍රතිරෝධයක් පමණක් ලබා ගැනීමයි. ප්‍රතිබාදක අගයක් තිබෙන විට එය ඇන්ටනාව නිර්මාණය කිරීම තරමක් සංකීර්ණ කරනවා. එපමණක්ද නොවේ, ඇන්ටනාව හා ෆීඩ්ලයින් දෙක අතර සම්බාදක ගලපන විට ප්‍රතිබාදක අගයන් එකිනෙකට අහෝසි නොවූවොත් එය නිකරුණේ සංඥා ජවය තාපය ලෙස නාස්ති කරනවා (එවිට ඇන්ටනාවෙන් රේඩියෝ තරංග නිපදවීම අඩු වෙනවා). එය අකාර්යක්ෂමතාව ඉහල දමනවා.

ඇත්තෙන්ම ඇන්ටනා අග්‍රවල සම්බාදකයෙන් ප්‍රතිබාදකය ඉවත් කර ප්‍රතිරෝදය පමණක් ඉතිරි කළ හැකියි ඇන්ටනා ඩයිපෝලය සුදුසු දිගකින් තැබීමෙන්. උදාහරණයක් ලෙස, තරංග ආයාමයෙන් ½ ක් වන සේ ඩයිපෝලයේ දිග ගත් විට, එවිට ඇන්ටනාවේ සම්බාදක අගයේ ප්‍රතිබාදක කොටස ඉවත්ව, සම්බාදකය නිකංම ප්‍රතිරෝධයක් බවට පත් වේ. මෙලෙස ප්‍රතිරෝධ අගයක් පමණක් තිබෙන ඇන්ටනාවක් resonant (අනුනාදී) ඇන්ටනාවක් යැයි පවසනවා.
 

No comments:

Post a Comment