Sunday, May 7, 2017

සන්නිවේදනය හා ආධුනික ගුවන් විදුලිය (Amateur radio) 100

සෛද්ධාන්තිකව විදුලිය/සංඥා ගෙන යන ඕනෑම සන්නායක යුගලයක් ෆීඩ්ලයින් එකකි. එහෙත් ප්‍රායෝගිකව සලකන විට, ගමන් කරන සංඥාවේ තරංග ආයාමයට සාපේක්ෂව සන්නායක යුගලයේ දිග අනුව එය තීරණය වේ. එනම්, තරංග ආයාමයෙන් 1/10ක් හෝ ඊට වැඩි දිගක් සහිත සන්නායක යුගලයක් පමණයි ප්‍රායෝගික ෆීඩ්ලයින් එකක් ලෙස සලකන්නේ. ඊට අඩු දිගක් ඇති විට, සාමාන්‍යයෙන් විදුලිය ගෙන යන වයර් බවට ඒවා පත් වේ (එනම් ෆීඩ්ලයින් ලක්ෂණ නොසලකා හැරිය හැකි තරම්ය).

සාමාන්‍ය විදුලිය ගෙන යන වයර් ගැන සිතා බලන්න මොහොතක්. ඒවා තුලින් ගලා යන ධාරාවට ඔරොත්තු දෙන පරිදිනෙ එම වයර්වල ගේජ් එක (හරස්කඩ වර්ගපලය) තීරණය කරන්නේ (වැඩිපුර ධාරාවක් ගලා යන විට වැඩිපුර මහත වයර් ගත යුතුය). එනිසා එම වයර් එම විදුලි ධාරාවට ඉතාම සුලු ප්‍රතිරෝධයකුයි (ZS) දක්වන්නේ (ප්‍රායෝගික ගණනය කිරීම්වලදී වයර්වල ප්‍රතිරෝධය ශූන්‍ය ලෙස සලකනවා). එනිසා වයරයේ සම්බාදක/ප්‍රතිරෝධක අගයෙන් වැඩක් නැත. විදුලි සැපයුමේ ජවය හා ඊට සම්බන්ද කරන උපකරණවල (ZL) ජව පරිභෝජනය සමාන කිරීම ගැන පමණි සිතන්නට තිබෙන්නේ (ගෙවල් වයරිං කරන විට සිදු කරන්නේ එයනෙ). වයරයක් නැතැයි සිතා කටයුතු කළ හැකිය.


ගෙවල්වල වයරිං සඳහා භාවිතා කරන වයර් ෆීඩ්ලයින් ලෙස ක්‍රියාකරනවාද නැද්ද කියා දැන් උදාහරණයක් ලෙස සොයා බලමු. ඇත්තටම ඒසී විදුලි සඳහා පමණි ෆීඩ්ලයින් සංකල්පය වලංගු වන්නේ. සාමාන්‍ය ගෙවල්වල විදුලිය ඒසී බවත් එහි සංඛ්‍යාතය හර්ට්ස් 50ක් බවත් ඔබ දන්නවා. එවිට මෙම විදුලියේ තරංග ආයාමය වන්නේ 300,000,000/50 = මීටර් 6,000,000කි. ඉතිං, වයරිං සඳහා යොදා ගන්නා යම් වයරයක් ෆීඩ්ලයින් එකක ලක්ෂණ පෙන්වීමට නම් එහි දිග අවම වශයෙන් ඉහත අගයෙන් 1/10 ක් හෙවත් මීටර් 600,000ක් වත් විය යුතුය. එහෙත් ඔබේ නිවසේ කිලෝමීටර් 600ක් තරම් දිග වයර් යොදා ගන්නේ නැහැනෙ.

එහෙත් යම් සන්නායක යුගලයක් ෆීඩ්ලයින් ලක්ෂණ පෙන්වන්නට ගත් විට ඊට වඩා තත්වය සංකීර්ණ වෙනවා. පෙර සේම ඒ හරහා ගලා යන ධාරාවට ගැලපෙන ගේජ් එකක් සහිත වයර්/සන්නායක යොදා ගැනීමට සිදු වෙනවා (කෝකටත් තෛලය වගේ අර ගෙවල්වල ටීවී ඇන්ටනාවට සම්බන්ද කරන වයරය ඕනෑම වොට් ගණනක ට්‍රාන්ස්මීටරයකට සම්බන්ද කළ නොහැකිය).

මෙහිදී ෆීඩ්ලයින් එකට යම් සම්බාදක අගයක් ලැබෙනවා. එනිසා වෝල්ටියතාව හා ධාරාව අතර කලා වෙනසක්ද ඇති වෙනවා. විදුලි/සංඥා සැපයුම/ප්‍රභවය හා ඊට සම්බන්ද කරන (ඇන්ටනාව වැනි) උපකරණවලට අමතරව දැන් ෆීඩ්ලයින් එක ගැනත් වෙනම සැලකීමට සිදු වෙනවා. එනම්, සංඥා ප්‍රභවයේ සම්බාදක අගය, ෆීඩ්ලයින් එකේ සම්බාදක අගය, හා අවසාන උපකරණයේ සම්බාදක අගය යන 3ම හැකි තරම් සමාන කිරීමට උත්සහ දැරිය යුතුය.


ට්‍රාන්ස්මීටරයේ සිට මීටර් 12ක් ඈත/උඩින් තිබෙන ඇන්ටනාවකට මෙගාහර්ට්ස් 3ක සංඥා රැගෙන යන වයරයක් ෆීඩ්ලයින් එකක් ලෙස ක්‍රියාතාමක වෙනවාදැයි දැන් සොයා බලමු. එම සංඥාවට අදාල තරංග ආයාමය වන්නේ 300,000,000/3,000,000 = මීටර් 100කි. ඉන් 1/10ක දිගක් වන මීටර් 10 හෝ ඊට වැඩි දිගක් සහිත ඕනෑම වයරයක් එම සංඛ්‍යාතය සහිත සංඥාවකට ෆීඩ්ලයින් එකකි. එනිසා මීටර් 12ක වයරය ෆීඩ්ලයින් එකක් ලෙස සැලකිය යුතුය.

සන්නායක යුගලයකට සම්බාදක අගයක් ලැබීම හා ඒ හරහා යවන සංඥා තරංග ආයාමයෙන් 1/10කට වඩා සන්නායක යුගලය දිගු වීම යන කාරණා දෙක මතයි ෆීඩ්ලයින් එකක් බවට එය පත්වීමට සුදුසුකම ලබන්නේ.

සන්නායක යුගලයක කෙලෙසද සම්බාදකයක් ලැබෙන්නේ (නිකංම ප්‍රතිරෝධයක් වෙනුවට)? එය ඉතා සරලව තේරුම් ගත හැකිය. ඕනෑම සන්නායකයක (හා උපාංගයකටම) ප්‍රතිරෝධයක් පවතිනවානෙ (එය ලෝක ස්වභාවයයි). එලෙසම ඕනෑම සන්නායකයකට ප්‍රේරක ගුණයකුත් පවතිනවා (එම ප්‍රේරක ගුණය වේගයෙන් වැඩි වෙනවා සන්නායකය දිගු වන විට හා/හෝ කොයිලයක් ආකාරයට සාදන විට). තවද, වෙනස් ධාරා (හෝ ආරෝපණ) මට්ටම් දෙකක් එකළඟ ආසන්නයේ ඇති විට එතැන ඉබේම ධාරිතා ගුණයක්ද ඇති වෙනවා. ඒ අනුව එකිනෙකට විරුද්ධ පැතිවලට ධාරා ගෙන යන එකළඟ ඇති සන්නායක දෙකක් අතර ධාරිතා ගුණය පවතිනවා.


ඉතිං, සන්නායක යුගලය දිගේ (සෑම ඒකක දුරකට සැරයක්) ඉහත රූපයේ ආකාරයට ප්‍රේරකයක් හා ධාරිතාවක් හා ප්‍රතිරෝධයක් තිබෙනවා සේ ආකෘතියක් ගොඩනැඟිය හැකියි දැන්. ඇත්තටම කේබලය දිගට කොයිල් හෝ කැපෑසිටර් හෝ රෙසිස්ටර් ඔබ දැක හුරුපුරුදු උපාංග ලෙස පවතින්නේ නැති වුවත්, කේබලයේ මුලු දිග පුරාම එලෙස කොයිල්, ධාරිත්‍රක, ප්‍රතිරෝධ ගුණ පවතිනවා; මෙම ගුණ විසිරී (distributed) පවතින නිසා, ඒවා distributed inductance, distributed capacitance, distributed resistance ලෙස හැඳින්වේ. මෙම විසිරුණු ගුණ ආකෘතිය තුල ඊට අදාල කොයිල්, කැපෑසිටර්, රෙසිස්ටර් සංඛේතවලින් ඉහත රූපවල ආකාරයට දැක්විය හැකියි (ඒකක දුරක් හෝ මුලු දුර සඳහා).

ඒ කියන්නේ ඉහත ආකාරයේ කේබලයක් දිගටම තිබෙන්නේ සම්බාදකයක් නේද? ඉහත ආකාරයේ කේබලයකින් අනන්තයක් දිගක් ගත් විට යම් නිශ්චිත සම්බාදක අගයක් ලැබේ (එසේ වුවත් ප්‍රායෝගිකව අප යොදා ගන්නා කේබල්වල දිග මීටර් කිහිපයකි). එනම්, කේබලයට එම සම්බාදකය පොදු ලක්ෂණයක් හෙවත් ලාක්ෂණික (characteristic) වේ. එනිසා මෙලෙස සෑදෙන සම්බාදකය යම් කේබලයක ලාක්ෂණික සම්බාදකය (characteristic impedance – Z0) නමි. සම්භාදක අගය සමස්ථ කේබලය සඳහාම දළ වශයෙන් එකම වුවත්, කේබලයේ සාමාන්‍ය ප්‍රතිරෝධි අගය කේබලයේ දිග වැඩි වන්නට වන්නට ඉහල යන බව පැහැදිලියි.

යම් කේබලයක ලාක්ෂණික සම්බාදක අගය වෙනස් වන්නේ එම කේබලයේ ඇති සන්නායක දෙකෙහි ගේජ් වෙනස් කිරීමෙන්, එම සන්නායක දෙක අතර පරතරය වෙනස් කිරීමෙන්, කේබලයේ දිග වෙනස් කිරීමෙන්, හා එම සන්නායක දෙක එකිනෙකට තබා තිබෙන විදිය (පැරලල් කේබලයේ මෙන් සන්නායක දෙක සමාන්තරවද, කොඇක්සියල් කේබලයේ මෙන් එක් සන්නායකයක් වට කරගෙන අනෙක් සන්නායකය පිහිටුවීමෙන්ද ආදි ලෙස) වේ.

සංකීර්ණ ගණිත කර්ම යොදා ගෙන ඕනෑම ආකාරයක (එකළඟ ඇති) සන්නායක දෙකක (හෙවත් කේබලයක) ලාක්ෂණික සම්බාදක අගය සෙවිය හැකිය. එහෙත් අප සලකා බලන පැරලල් හා කොඇක්සියල් කේබල් සඳහා වන නිශ්චිත සූත්‍ර පහත දැක්වේ (දළ වශයෙන් relative permittivity අගය 1 ලෙස සැලකිය හැකිය; මෙනිසා සමහර පතපොතේ රිලටිව් පර්මිටිවිටි විචල්‍යය නැතිවද පහත සූත්‍ර දක්වනවා).


දැන් බලමු සංඥා තරංග ආයාමයෙන් 1/10කට වැඩියෙන් කේබලය දිගු වීමට අවශ්‍ය ඇයි කියා. යම් සංඥා විදුලියක් යම් සන්නායකයක් හරයා ගමන් කරන විට එම සංඥාවේ තරංග ආයාමය එම සන්නායකය මත යම් ආකෘතිමය ආකාරයෙන් පෙන්වන අයුරු පහත රූපයේ දැක්වේ (නිල් පාට ප්‍රස්ථාරයෙන් වෝල්ටියතා හැඩයද, රතුපාට ප්‍රස්ථාරයෙන් ධාරා හැඩයද දක්වා ඇත). මෙම රූපයේ මා කොටස්/තැන් කිහිපයක් ලකුණු කර ඇත. A සිට E දක්වා එක් තරංග ආයාමයකි. A සිට D දක්වා තරංග ආයාම භාගයකි. A සිට C දක්වා තරංග ආයාම කාලකි. A සිට B දක්වා තරංග ආයමයෙන් 1/10 ක් ලෙස සිතමු. මෙම A සිට B දක්වා කොටස තවත් විශාල කර පැත්තකින් පෙන්වා ඇත.


දැන් මෙලෙස තර්ක කරමු. ඉහත වයරයේ තරංග ආයාමයට සාපේක්ෂව ඉතා කුඩා දුරක දිගකදී (A-B දුර සලකන්න) ධාරා හෝ වෝල්ටියතා සංඥාවේ විචලනය එම වයරය පුරා එක එක තැන්වල විවිධ ලෙස පැවතීමට තරම් දිගක් නැත. එනිසා වයරයේ සංඥා ප්‍රභව කෙලවරේදී ලබා දෙන වෝල්ටියතා/ධාරා අගය දළ වශයෙන් ක්ෂණයකින් එහි අනෙක් කෙලවරේදී එලෙසම පවතිනවා ලෙස සැලකීමට හැකියි. එනම් කේබලයේ බලපෑම නිසා වයරයේ දෙකළවර වෝල්ටියතා මට්ටම් අතර වෙනසක් ඇති නොවේ.

එහෙත් ඉහත රූපයේ A-C වැනි කොටසක් බැලුවොත් පෙනෙනවා කේබලයේ බලපෑම; එනම්, එක් අග්‍රයක වෝල්ටියතා අගය උපරිම වන විට අනෙක් කෙලවරෙහි වෝල්ටියතා අගය අවම වේ. ඇත්තටම ඒ පෙන්වා තිබෙන සංඥා හැඩය වයරය දිගේ පවතින්නේ එලෙස යැයි සිතන්න.

මෙහිදී ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස්වල වැදගත් කරුණක් කිව යුතුය. සාමාන්‍යයෙන් සංඥාවක ධාරාව හෝ වෝල්ටියතාව වෙනස් කරන්නේ සුදුසු ප්‍රතිරෝධක යෙදීමෙන්ය. ප්‍රතිරෝධක යොදන විට ඒ මඟින් තාප උත්සර්ජනයක් සිදු වීම අනිවාර්ය වන අතර, එය පරිපථයේ තාපය වැඩි කිරීමටත් (එවිට ඒවා කූල් කිරීමේ උපක්‍රම යෙදීමට අවශ්‍ය වේවි), ශක්තිය අපතේ යෑමටත්, අනවශ්‍ය සංඥා විකෘතියක් (thermal noise; සෑම ප්‍රතිරෝධයකින්ම යම් ඝෝෂාවක් එකතු කරනවා ඒ හරහා යන සංඥාවට) ඇති වීමටත් මඟ පෑදේ.

එහෙත් අධිසංඛ්‍යාත (High Frequency – HF) භාවිතාවලදී ධාරාව/විභවය අපට අවශ්‍ය විදියට වෙනස් කරන ක්‍රමයක් තිබෙනවා අමතර ප්‍රතිරෝධ භාවිතා නොකර (එමඟින් ප්‍රතිරෝධ නිසා ඇතිවන ඉහත සඳහන් කළ අවාසි නැත). සුදුසු දිගකින් යුත් කේබල් කොටසක් භාවිතා කිරීමට පමණයි දැන් කරන්නට තිබෙන්නේ. උදාහරණයක් ලෙස, ඉහත රූපයේ A-C ආකාරයට තරංග ආයාමයෙන් 1/4ක් දිග වයරක් සලකමු. මෙවිට එහි එක් පැත්තක තිබෙන වෝල්ටියතා මට්ටමට උපරිම වන විට අනෙක් කෙලවර වෝල්ටියතාව ශූන්‍ය වේ. දැන් එම කේබල් දිග ක්‍රමයෙන් අඩු කර ගෙන හෝ වැඩි කර ගෙන යන විට, ආරම්භක කෙලවරට සාපේක්ෂව අනෙක් කෙලවරේ වෝල්ටියතා මට්ටමද ක්‍රමයෙන් වෙනස් වෙනවා නේද? මෙම ක්‍රමය ප්‍රායෝගිකව යොදා ගත හැක්කේ HF භාවිතාවන් සඳහා පමණි මොකද කුඩා තරංග ආයාමයන් පැවතීමට අවශ්‍යයි (කිලෝමීටර් ගණන් දිග වයර් සමග ඔබ අප එදිනෙදා වැඩකටයුතු කරන්නේ නැහැනෙ).

කේබලය හරහා ගලා යන සංඥා වොට් ගණන (ධාරාව) වැඩි නම්, සන්නායකවල ගේජ් එක වැඩි නොවූවොත්, කේබලයේ ප්‍රතිරෝධ අගය ඉහල ගොස් සංඥාවෙන් කොටසක් වැඩිපුර තාප උත්සර්ජනයකට ලක් වේවි. පහත දැක්වෙන්නේ විවිධ කේබල් වර්ග කිහිපයක් සඳහා අඩි 100කට පවතින හායන ප්‍රමාණයි (හායනය ඩෙසිබල්වලින් ලබා දී තිබේ).


හත වගුවේ සඳහන් කේබල් අතරින් නිතර භාවිතා වන කේබල් කිහිපය සඳහා සංඛ්‍යාතය හා හායන ප්‍රමාණය ඉහත ප්‍රස්ථාරයට වඩා order එකකින් (“ඕර්ඩර්” යනු “දශ ගුණයක්” යන්නයි) වැඩි ප්‍රස්ථාරයක් පහත දැක්වේ.


බොහෝ දෙනා එතරම් සැලකිලිමත් නොවන තවත් කාරණයක් ඇත. එනම්, අධිසංඛ්‍යාතයන් ගමන් කරන සියලුම සන්නායක කොටසවල මතුපිට (outer surface) හැකි තරම් සුමට විය යුතුය. කුඩා හෝ විශාල නැමි හෝ කඩතොළු හැකි තරම් අවම විය යුතුය. ඊට හේතුව එවැනි තත්වයන් සන්නායකයේ ක්‍රියාකාරි ප්‍රතිරෝධය (effective resistance) වැඩි කිරීමයි. චර්මීය ආචරණය නිසා ඉලෙක්ට්‍රෝන වැඩිපුර ගමන් කරන්නේ සන්නායකයේ මතුපිටින්. ඉතිං එම මතුපිටෙහි වලවල හා කඳු ස්වභාවයක් ගනී නම් (ඔබේ පියවි ඇසට ලොකුවට නොපෙනුනත් ඉතාම ඉතාම ඉතා ඉලෙක්ට්‍රෝනවලට කුඩා කඳු හා වලවල් වුවද හොඳින් දැනේ), එම ඉලෙක්ට්‍රෝනවලට දැන් සිදු වෙනවා අමතර දුරක් ගමන් කරන්නට (එය හරියට ඔබ වංගු සහිත පාරක ගමන් කරනවා වැනිය). සන්නායකයේ ක්‍රියාකාරි දිග (effective length) වැඩි වෙනවා යනු R=ρL/A යන සූත්‍රය අනුව සන්නායකයේ ප්‍රතිරෝධ අගය වැඩි වෙනවා යන්නයි (මෙයි L යනු සන්නායක දිගද, A යනු සන්නායක හරස්කඩ වර්ගපලයද, R ප්‍රතිරෝධ අගයද, ρ යනු එම සන්නායකයේ ප්‍රතිරෝධකතා අගයද වේ).


සන්නායකයේ මුලු දිග පුරාම ඒකාකාර හරස්කඩක් පවත්වා ගෙන යෑමත් වැදගත්ය (එනම් සන්නායකයේ සමහර තැන අඬුවකින් හෝ වෙනත් clamp ක්‍රමයකින් තදින් ඇල්ලීම නිසා ඇතුලට එබී නොතිබිය යුතුය). එක් පැත්තකින් ඉහත ඡේදයේ කියූ කරුණ මෙහිත් බලපානවා. අනෙක් පසට වයරයේ යම් තැනක පටු වීමක් (necking) සිදු වී තිබෙනවා යනු එතැන විශාල තදබදයක් (bottleneck) හෙවත් ප්‍රතිරෝධයක් තිබීමයි (හරියට එතැන දැන් භාහිර ප්‍රතිරෝකයක් සවි කර තිබෙනවා වැනිය). මෙයත් සංඥා හායනයට තුඩු දේ. කේබල් කුඩා කෝණවලින් නැවීම සුදුසු නොවන්නෙත් මෙම හේතුව නිසාය.


බ දැන් දන්නවා ෆීඩ්ලයින් එකේ සම්බාදකය විසින් ඇන්ටනා පද්ධතිය හරහා ගලන ධාරාව/ජවය වෙනස් කරන බව. එම බලපෑම ගණනය කළ හැකිය. ඇන්ටනාවේ සම්බාදක අගය හා ෆීඩ්ලයින් එකේ සම්බාදක අගය දෙකම එකට ගත් විට (මෙම සමක සම්බාදක අගය Zin ලෙස හඳුන්වමු), එම අගය පහත සූත්‍රයෙන් මැනිය හැකිය. එම සූත්‍රයේ β යනු 2π/λ වේ යනු තරංග ආයාමයයි).


දැන් Zin යනු ට්‍රාන්ස්මීටරයට (ඉහත රූපසටහන අනුව Zg යන අභ්‍යන්තර සම්බාදක අගය සහිත Vs සංඥා ප්‍රභවයට) පිටතින් සවි කර තිබෙන සියලු කොටස්වල සමස්ථ සම්බාදක අගයයි. මෙම Zin අගය ඉහත සූත්‍රයෙන් සොයා ගත් පසුව, ඔබට හැකියි සංඥා ප්‍රභවයේ සිට ගලන මුලු ධාරාව සොයන්නට (හා ජවය සොයන්නට). එහිදී සංඥා ප්‍රභවයට තිබෙන්නේ Zg හා Zin යන සම්බාදක අගයන් දෙක ශ්‍රේණිගතව සම්බන්දව තිබෙන ලෙසයි. එවිට, Vs/(Zg+Zin) මඟින් එම ධාරාව සෙවිය හැකියි.

මෙය උදාහරණයකින් බලමු. Zg = 75 ohm, ZA = 75 ohm, Z0 = 100 ohm නම්, හා සම්ප්‍රේෂන සැරිය තරංග ආයාම එකක් දිග නම්, සැරිය හරහා ගලන මුලු ධාරාව කොපමණද?


ඉහත පොදු සූත්‍රයට තරංග ආයාමයෙන් ¼ ක් (λ/4 හෙවත් quarterlength) අදේශ කළ විට සූත්‍රය පහත ආකාරයට සරල වේ. ටෑන් අනුපාතයේ කෝණ අගය රේඩියන් (අංශක නොව) π/2 වේ (radian යනු කෝණ මනින සම්මත ඒකකයයි). එවිට ටෑන්(π/2) අනුපාත අගය අනන්තය කරා යයි. ඉතිං කොටු වරහන තුල තිබෙන භාග සංඛ්‍යාවේ ලවය (උඩ කොටස) සලකන විට, එහි තාත්වික කොටසේ විශාලත්වය අතාත්වික කොටසේ විශාලත්වයට වඩා ඉතා ඉතා කුඩා නිසා තාත්වික කොටස (ZA) නොසලකා හැරිය හැකිය (අතාත්වික කොටස අනන්තය නිසා ඊට සාපේක්ෂව සියලු අගයන් නොසලකා හැරිය හැකිය). එලෙසම හරයේ Z0 අගයත් නොසලකා හැරිය හැකිය. එවිට හරයේත් ලවයේත් ඉතිරි වන්නේ අතාත්වික කොටස් දෙක පමණි. දැන් එහි j හා ටෑන් අනුපාත සමාන නිසා එකිනෙකට කපා දැමූ විට ඉතිරිවන පද තමයි යට කොටුව තුල පෙන්වා තිබෙන්නේ.


ඉහත සරල සූත්‍රයෙන් හැකියි කදිම වැඩක් කර ගන්නට. එනම්, පරිපථ කොටස් දෙකක් අතර සම්බාදකයන් ගැලපන්නට ඉන් හැකිය. ඒ සඳහා කරන්නට තිබෙන්නේ සංඥා තරංග ආයාමයෙන් ¼ ක සැරියකින් එම පරිපථ කොටස් දෙක සම්බන්ද කර, ඉහත සූත්‍රය අනුව එම සැරියේ සම්බාදක අගය ගණනය කර එම අගයට සැරිය සකස් කිරීමයි. සාමාන්‍ය කොඇක්සියල් හෝ පැරලල් වැනි වයර් අපට ඕන ඕන කැරක්ටරිස්ටික් ඉම්පීඩන්ස් අගයන්ගෙන් ගත නොහැකිය. එනිසා ඉහත සූත්‍රය සුලු කර ලැබෙන ඉම්පීඩන්ස් අගයෙන් යුතු සැරි සොයා ගත නොහැකි වේවි. එහෙත් එය ප්ලැනර් ට්‍රාන්ස්මිෂන් පාත් (microstrip වැනි) ක්‍රමවලදී යොදා ගත හැකියි.

ඉහත සූත්‍රය උදාහරණයකින් බලමු. පහත රූපය බලන්න. ඇන්ටනා හෝ යම් පරිපථ කොටසක සම්බාදක අගය ඕම් 100ක් වන අතර, ඊට සංඥා ලබා දෙන පරිපථ කොටසේ හෝ ට්‍රාන්ස්මීටරයේ සම්බාදක අගය ඕම් 50කි.


දැන් ඒ දෙක අතර යන සංඥාවේ තරංග ආයාමයෙන් ¼ ක සැරියකින් එම පරිපථ කොටස් දෙක සම්බන්ද කරමු. ඉන්පසු එම සැරියේ තිබිය යුතු සම්බාදක අගය සොයමු. පෙරත් සඳහන් කළා සේම අපට අවශ්‍ය ඕනෑම සම්බාදක අගයක් පහසුවෙන් මයික්‍රොස්ට්‍රිප් ක්‍රමයට සාදා ගත හැකිය. එවැනි සැරියකින් දැන් එකිනෙකට වෙනස් සම්බාදක අගයන් දෙකක් මැච් කර ඇත.


ඇත්තටම ඉහත සූත්‍රය හා මුල් (මව්) සූත්‍රය අනුසාරයෙන් තවත් වැදගත් ඉම්පීඩන්ස් මැචිං ක්‍රම කිහිපයක් සාදා ගත හැකිය. එහෙත් මේවා ඇන්ටනා නිර්මාණයට වඩා අධිසංඛ්‍යාත පරිපත නිර්මාණයේදී යොදා ගන්නා උපක්‍රම වන නිසා වැඩිදුරටත් ඒ ගැන අධ්‍යනය කරන්නට යන්නේ නැත.

Skin Effect

සංඥා සංඛ්‍යාතය වැඩි වන විට එය ගමන් කරන සන්නායකයේ ප්‍රතිරෝධ අගය වැඩි වෙනවා සේ සංඥාවට දැනේ. සාමාන්‍යයෙන් ඩීසී විදුලිය (එම විදුලියේ ඉලෙක්ට්‍රෝන) සන්නායකයේ සමස්ථ හරස්කඩ හරහාම ගමන් කරනවා. එහෙත් සංඛ්‍යාතය වැඩි වන්නට වන්නට විදුලියේ ඉලෙක්ට්‍රෝන පෙළඹෙනවා සමස්ථ හරහස්කඩ පුරාම ගමන් කරනවා වෙනුවට, සන්නායකයේ මතුපිටට (“සම”) ආසන්නව ගමන් කරන්නට. මෙම සංසිද්ධිය චර්මීය ආචරණය (skin effect) ලෙස හැඳින්වෙනවා.


ර්මීය ආචරණය සඳහා සරල සූත්‍රයක්ද ඇත. පහත සූත්‍රයෙන් සොයන්නේ චර්මීය ආචරණය හේතුවෙන් සමස්ථ හරස්කඩ වර්ගපලයෙන් අධිසංඛ්‍යාත සංඥා විදුලිය/ඉලෙක්ට්‍රෝන ගමන් කරන මතුපිටට ආසන්න තීරුව හෙවත් skin depth වේ. මෙම සූත්‍රයේ f යනු සංඥා සංඛ්‍යාතයද, μ යනු සන්නායකයේ චුම්භක පාරගමග්‍යතාව වන අතර, ρ යනු සන්නායකයේ ප්‍රතිරෝධකතා අගය වේ.


අවසංඛ්‍යාතයන්හිදී මෙම තත්වය නොසලකා හැරිය හැකි වුවත්, අධිසංඛ්‍යාත භාවිතාවන්හි මෙය බරපතල ලෙස සැලකිය යුතු වෙනවා. ඊට හේතුව ලේන් කිහිපයක ලොකු පාරක් තිබියදී සියලුම වාහන එකම ලේන් එකක ගමන් කරන විට තදබදයක් ඇති වන්නා සේ, විශාල ප්‍රදේශයක් තුලින් ගමන් නොකර සියලුම ඉලෙක්ට්‍රෝන පටු ප්‍රදේශයක් හරහා ගමන් කරන විට තදබදයක් හෙවත් ප්‍රතිරෝධයක් ඇති වේ. ඒ කියන්නේ චර්මීය ආචරණය නිසා අමුතුවෙන් ප්‍රතිරෝධයක් ඇති වේ.

ම් සන්නායකයක් හරහා ඩීසී විදුලියක් ගමන් කරන විට, එම සන්නායකයේ පවතින සාමාන්‍ය ප්‍රතිරෝධ අගය DC resistance කියා කියනවා. එහෙත් ඒ හරහා ඒසී විදුලියක් ගමන් කරන විට චර්මීය ආචරණයේ බලපෑම නිසා ඩීසී ප්‍රතිරෝධ අගයට වඩා වැඩිපුර තිබෙනවා යැයි පෙන්වන ප්‍රතිරෝධ අගය AC resistance ලෙස හැඳින්වෙනවා. මෙම ඒසී ප්‍රතිරෝධය සංඥා සංඛ්‍යාතය වැඩි වන්නට වන්නට වැඩි වේ. පහත රූපවල මැද සුදුපාට රවුම්වලින් දක්වන්නේ ඉලෙක්ට්‍රෝන ගමන් නොකරන හරස්කඩ කොටසයි.


ප්‍රතිරෝධයක් ඇති වනවා පමණක් නොව, එය සම්පත් නාස්තියක්ද සිදු කරනවා. වටිනා තඹ (සමහරවිට ඇලුමිනියම්) ලෝහ යොදා ගත්තත් එම තඹ සන්නායකයේ මැද කොටස සංඥා විසින් දැන් භාවිතාවට ගැනෙන්නේ නැත.

ඉහත ප්‍රශ්න දෙකටම හොඳ විසඳුමක් තිබෙනවා. එනම්, බට/පයිප්ප ආකාරයට සන්නායක සෑදිය හැකියි. දැන් සන්නායකයේ මැද “සූරා දැමිය” හැකිය (එනම් වතුර පයිප්ප වගේ මැද හිස්ය). තවද, සන්නායක විශ්කම්භය විශාල කළ හැකියි; එමඟින් සන්නායක මතුපිට/සම ක්ෂේත්‍රඵලය විශාල වී චර්මීය ආචාරණය නිසා මතුපිටින් ගමන් කරන්නට ආශා කරන ඉලෙක්ට්‍රෝනවලට විශාල හිඩකඩක් ඉන් ලැබී ප්‍රතිරෝධය අවම වේ. ඔබ දැක තිබෙන සාමාන්‍ය ඇන්ටනාවල කූරු/බටවල මැද සිඳුරක් පවතින්නේ මෙන්න මේ නිසාය.


චර්මීය ආචරණයේදී ඉලෙක්ට්‍රෝන පොර කකා මතුපිටින් යෑමට පෙළඹෙන නිසා ලෝහ මතුපිට තත්වය වැදගත් වේ. මතුපිට සුමට නොවේ නම් ඉලෙක්ට්‍රෝනවලට එම “රැලි සහිත” මතුපිට ඔස්සේ වැඩි දුරක් ගමන් කිරීමට සිදු වන නිසා ප්‍රතිරෝධයද වැඩි වන බව ඔබ දන්නවා. එනිසා, මතුපිට සුමටව සෑදිය හැකියි. ඒ විතරක් නොවේ; ලෝහ මතුපිට මත ප්‍රතිරෝධකතාව අඩු රිදී වැනි ලෝහයක් තැන්පත් කළද හැකියි. මෙවිට වැඩි ධාරාව ගමන් කරන්නේ රිදී ලෝහ ස්ථරය හරහා නිසා විදුලියට දැනෙන ප්‍රතිරෝධය අඩු වේ.

අඩුම ප්‍රතිරෝධකතාව තිබෙන්නේ රිදී වලටයි; රිදී දෙවැනියට හොඳයි; රත්තරං තුන්වැනියටද, ඇලුමිනයම් සිව්වැන්නද, යකඩ පස්වැන්නා ලෙසද අනුපිලිවෙලින් සිටී. රිදී තඹවලට වඩා සන්නායකතාව වැඩි වුවත් (එනම් ප්‍රතිරෝධකතාව අඩු වුවත්), රිදී තඹවලට වඩා බොහෝ මිල අධිකය. එහෙත් තඹ වයර්/බට මතුපිට සිහින් ස්ථරයක් ලෙස ආලේප කළ හැකියි (තවමත් තනි තඹ කම්බිවලට වඩා නම් මිල අධිකය). ස්කින් ඩෙප්ත් එකට සරිලන ගනකමකින් යුත් රිදී ප්‍රමාණයක් ආලේප කළ හැකිය.

යම් කේබලයක් ඕනෑම සංඛ්‍යාතයක් සඳහා සුදුසු නොවන බව මින් පැහැදිලි වේ. කේබල් නිෂ්පාදකයන් විසින් එක් එක් කේබලය සඳහා උපරිම සංඛ්‍යාතයන් දක්වා තිබිය හැකියි. හැකි පමණ මහත කම්බි ගැනීම සුදුසු වුවත් එය වියදම් අධිකය. එනිසා සාමාන්‍ය ප්‍රතිරෝධය අඩු, තමන් යොදා ගන්නා උපරිම සංඛ්‍යාතය සපෝට් කරන කේබලයක් ගැනීමට වග බලා ගත යුතුය.
 

No comments:

Post a Comment