Monday, May 29, 2017

සන්නිවේදනය හා ආධුනික ගුවන් විදුලිය (Amateur radio) 108

Yagi Antenna

ලංකාවේ ඉතා ජනප්‍රිය ඇන්ටනා වර්ගයකි මෙය. Uda-Yagi (හෝ Yagi-Uda) ඇන්ටනාව ලෙසද සමහරු මෙය නම් කරනවා. පළමුවෙන්ම ජපන් ජාතික උඩා විසින් මෙය නිර්මාණය කළ අතර, ඇමරිකන් ජාතික යැගි විසින් ඇමරිකාව ඇතුලු සෙසු ලෝකයට මෙම ඇන්ටනාව හඳුන්වා දුන්නේය. මෙය ඇත්තටම ඩයිපෝල් ඇන්ටනාවකි. එහෙත් ඩයිපෝලයකට අමතරව තවත් කූරු (parasitic elements) 2ක් හෝ වැඩි ගණනක් තිබේ.


අනෙක් බොහෝ ඇන්ටනා මෙන්ම මෙම ඇන්ටනාවද සිරස් හා තිරස් ලෙස පිහිටුවිය හැකිය (පිලිවෙලින් vertically polarized හා horizontally polarized රේඩියෝ තරංග ඒවායෙන් පිට වේ). ඉහත රූපයේ දක්වා තිබෙන රූප දෙකෙහිම ඇන්ටනා බම්බුවේ යැගී ඇන්ටනා දෙක බැඟින් තිබෙන අතර, එම ඇන්ටනා දෙක එකක් තිරස් හා අනෙක සිරස් ලෙසයි රඳවා තිබෙන්නේ.

ඩයිපෝලයට පිටුපසින් පරාවර්තක කූර (reflector) ඇති අතර, ඩයිපෝලයට ඉදිරියෙන් දිශාගත කූරු (director) එකක් හෝ කිහිපයක් තිබේ. ඩිරෙක්ටර් කූරු කිහිපයක් තිබීම සුදුසු වුවත්, තනි රිෆ්ලෙක්ටර් එකක් තිබීම ප්‍රමාණවත්ය. එහෙත් රිෆ්ලෙක්ටර් කිහිපයක් තිබෙන යැගී ඇන්ටනාද සමහරුන් සාදනවා. මෙවිට රිෆ්ලෙක්ටර්වල දිග සමාන වේ.

මෙම කූරු දෙවර්ගය නිසා ඇන්ටනාව ඉතා හොඳ ඩිරෙක්ෂනල් ඇන්ටනාවක් බවට පත් වේ. එනම් ආදායක ඇන්ටනාවක් නම් සංඥා එන දිශාවට ඩිරෙක්ටර් යොමු කළ යුතුය; සම්ප්‍රේෂක ඇන්ටනාවක් නම් සංඥා ප්‍රබලව විකාශය වන්නේද එම දිශාව ඔස්සේමය. ඩිරෙක්ටර් ගණන වැඩි වන විට ගේන් එක වැඩි වේ (එනම් ඩිරෙක්ෂනල් ස්වභාවය තවත් වැඩි වේ).


ඉහත රූපයේ පෙන්වා දෙන ලෙස එක් පැත්තකට මේන්ලෝබ් එක දිගට/ප්‍රබලව පවතින අතර, ඊට විරුද්ධව ඇති බැක්ලෝබ් එක කුඩා වේ (සාමාන්‍ය ඩයිපෝලයක නම් එම කොටසත් මේන්ලෝබ් එක මෙන්ම තිබෙනවානෙ). ඊටත් අමතරව ඉතා කුඩා සයිඩ්ලෝබ් එකක්ද ඇත. ඩිරෙක්ටර් කූරු ගණන වැඩි වන විට මේන්ලෝබ් එක තවත් හීනී වී දික් වේ (ඩිරෙක්ෂනල් ගතිය වැඩි වේ; ගේන් එක වැඩි වේ). දකුණු පැත්තේ තිබෙන්නේ වම් පැත්තේ දක්වා තිබෙන රූපය ත්‍රිමාන ආකාරයෙනි.

මෙම පැරසිටික් එලිමන්ට් යැගී ඇන්ටනාවේ ගේන් එක වැඩි කරනවා සේම ඩයිපෝලයේ සම්බාදක අගයත් වෙනස් කරනවා (අඩු කරනවා). එනිසා ෆීඩ්ලයින් එකේ කැරක්ටරිස්ටික් ඉම්පීඩන්ස් අගයට මැච් කිරීමට ෆෝල්ඩඩ් ඩයිපෝලයක් භාවිතා කිරීම වඩා සුදුසු වෙනවා.


යැගී ඇන්ටනාවක එක් එක් කූරුවල දිග හා කූරු අතර පරතරයන් නිසි පරිදි තැබිය යුතුය. පහත රූපයේ පොදුවේ මෙම දිගවල් හා පරතර ලකුණු කර ඇත. පරාවර්තකයේ දිග R , ඩයිපෝලයේ දිග Aද වන අතර, එක් එක් ඩිරෙක්ටර් කූරේ දිග D1, D2, Dn (n වැනි කූරේ දිග) ආදි ලෙස ලකුණු කර ඇත. යාබද කූරු අතර පරතරද dR (ඩයිපෝලය හා පරාවර්තකය අතර පරතරය), dD1 (ඩයිපෝලය හා පළමු ඩිරෙක්ටර් කූර අතර පරතරය), dD2 (පළමු හා දෙවැනි ඩිරෙක්ටර් කූරු දෙක අතර පරතරය), dDn ආදි ලෙස දක්වා ඇත.


හැමවිටම ඩයිපෝල් කූරට වඩා වැඩි දිගක් පරාවර්තක කූරට ඇත. ඩයිපෝල් කූරට වඩා අඩු දිගවල් ඩිරෙක්ටර් කූරුවලට ඇත. මෙම කූරුවල දිගවල් හා පරතර වෙනස් වන විට ඇන්ටනාවේ ගේන් එක වෙනස් වේ. හොඳම ගේන් එකක් ලබා ගැනීමට අවශ්‍ය දිගවල් හා පරතර දැන් බලමු.

dR පරතරය (තරංග ආයාමයෙන් අනුපාත අගයක් ලෙස පරතරය දක්වා තිබේ) වෙනස් කරන විට ඇන්ටනාවේ සමස්ථ ගේන් එකට සිදුවන බලපෑම පහත ප්‍රස්ථාරයෙන් දැක් වේ. තරංග ආයාමයෙන් අනුපාත අගයක් ලෙස 0.15ත් 0.3 ත් අතර පරතරයකදී ගේන් එක උපරිම වේ. ප්‍රස්ථාරයේ ගේන් එක 4.5 අගයට ආසන්න අගයකයි තිබෙන්නේ. එම අගය සමස්ථ ඇන්ටනා ගේන් එක වේ. සරල ඩයිපෝලයක ගේන් එක 2.15 පමණ වෙනවනෙ. ඒ කියන්නේ මෙම පරතරය සහිත රිෆ්ලෙක්ටර් එකක් සහිත විට ගේන් එක 2.15 සිට 4.6 පමණ දක්වා ඩෙසිබෙල් 2.5කින් පමණ වැඩි වී තිබෙනවා.


dD1, dD2, dD3 ආදී අනෙක් පරතරයන්ද දළ වශයෙන් තරංග ආයාමයෙන් 0.2 ක පමණ අනුපාත අගයකින් තැබීම සුදුසුය.

ඩිරෙක්ටර් ගණන වැඩි වන විටද ගේන් එක ක්‍රමයෙන් වැඩි වේ. පළමු ඩිරෙක්ටර් කූර නිසා ඩෙසිබෙල් 3 කින් පමණ ගේන් එක වැඩි වේ. දෙවැනි ඩිරෙක්ටර් කූරක් ඇති විට තවත් ඩෙසිබෙල් 2කින් පමණ ගේන් එක වැඩි වේ. මේ ආදි ලෙස එකතු කරන සෑම කූරක් පාසාම ගේන් එක ක්‍රමයෙන් වැඩි වුවත්, පසුව එකතු කරන ඩිරෙක්ටර්වලින් වැඩි වන ගේන් එක ක්‍රමයෙන් අඩු වේ. උදාහරණයක් ලෙස බලන්න පළමු ඩිරෙක්ටර එකෙන් 3ක් ලැබුණත් දෙවැනි එකෙන් ලැබෙන්නේ 2කි. තෙවැනි ඩිරෙක්ටර් එකෙන් ඩෙසිබෙල් 1.5ක් පමණ ලැබේ. ඒ කියන්නේ ඩිරෙක්ටර් කූරු යම් කිසි ගණනක් දක්වා වැඩි කළ පසු, එහි බලපෑමද නොසලකා හැරිය හැකි වෙනවා (ගණිතානුකූලව කියනවා නම් සමස්ථ ගේන් එක අභිසාරි - converge වෙනවා).

ඩයිපෝලයේ දිගට වඩා 5%ක් පමණ වැඩිපුර දිගක් සිටින සේ පරාවර්තකයේ දිග ගත යුතුය. පළමු ඩිරෙක්ටර් කූර ඩයිපෝලයේ දිගට වඩා 5%ක් පමණ අඩු දිගක් සිටින සේ තැබීම සුදුසුය. දෙවැනි ඩිරෙක්ටර් කූර පළමු ඩිරෙක්ටර් කූරට වඩා ඉතා කුඩා ප්‍රමාණයක් කුඩා කළ යුතුය (දල වශයෙන් පලමු කූරේ දිගින් 1%ක් පමණ අඩු කළ හැකිය). මෙලෙස දිගින් දිගටම ඊළඟ ඩිරෙක්ටර් කූරුත් ක්‍රමයෙන් කෙටි කරගෙන යා හැකිය.

ඇත්තටම මෙම දිගවල් සම්බන්දයෙන් ඉතා නිවැරදිම සංඛ්‍යාත්මක අගයන් කීම දුෂ්කරයි. සියලු කූරු එකම ගනකමින් යුතුව සෑදිය හැකිය. එහෙත් ගනකම් වෙනස් කිරීමෙන්ද ගතිගුණ වෙනස් වේ. ඒ කියන්නේ තරමක සංකීරණ තත්වයක් පවතිනවා ඉතා නිශ්චිතම අගයන් ප්‍රකාශ කළ නොහැකි තරමට. එනිසා ප්‍රායෝගිකව සාදන විට ටික ටික එම අගයන් වෙනස් කර බැලිය හැකියි.

පහත දැක්වෙන්නේ යැගී ඇන්ටනා කිහිපයක කූරුවල දිගවල් හා පරතරයන් දක්වන වගුවකි (මෙය මා උපුටා ගත්තකි). මෙම වගුවට වඩා වෙනස් අගයන් තිබෙන වගුද ඇත. ඒ නිසයි මා පෙරත් සඳහන් කළේ නිශ්චිතම අගයන් දැක්වීම අපහසු බව. මෙහි පළමු පේලියෙන් කියන්නේ ඇන්ටනාවේ ඇති ඉලෙමන්ට් ගණනයි (ඩයිපෝලයද සමඟ). ඊළඟ පේලි 16න් කියන්නේ රිෆ්ලෙක්ටරය හා ඩිරෙක්ටර්වල දිග (තරංග ආයාමයේ අනුපාත වශයෙන්) වේ.

ඉලෙමන්ට් ගණන
3
5
6
12
17
15
R
0.482
0.482
0.482
0.482
0.482
0.475
D1
0.442
0.428
0.428
0.432
0.428
0.424
D2

0.424
0.420
0.415
0.420
0.424
D3

0.428
0.420
0.407
0.407
0.420
D4


0.428
0.398
0.398
0.407
D5



0.390
0.394
0.403
D6



0.390
0.390
0.398
D7



0.390
0.386
0.394
D8



0.390
0.386
0.390
D9



0.398
0.386
0.390
D10



0.407
0.386
0.390
D11




0.386
0.390
D12




0.386
0.390
D13




0.386
0.390
D14




0.386

D15




0.386

ඩිරෙක්ටර් අතර පරතර
0.20
0.20
0.25
0.20
0.20
0.308
ගේන් (dB)
9.25
11.35
12.35
14.40
15.55
16.35

අවසාන පේලියෙන් දැක්වෙන්නේ ඒ ඒ ඇන්ටනාවේ ගේන් එක වේ. උදාහරණයක් ලෙස, ඩයිපෝලයක් රිෆ්ලෙක්ටරයක් හා ඩිරෙක්ටර් 1ක් තිබෙන යැගී ඇන්ටනාවේ (three element Yagi) ගේන් එක ඩෙසිබෙල් 9.25කි. මෙම අගයන්වල යම් පරස්පරයක් ඇත. මීට පෙර පැවසුවා රිෆ්ලෙක්ටරය සහිත ඩයිපෝලයක පමණක් ගේන් එක 4.6 පමණ වන බවත්, පළමු ඩිරෙක්ටරයෙන් 3ක ගේන් එකක් තව එකතු වන බවත්. එවිට කූරු තුනේ යැගි ඇන්ටනාවේ සමස්ථ ගේන් එක 7.6ක් පමණ විය යුතුයිනෙ. එහෙත් මෙම වගුවේ එය 9.25ක් ලෙස දැක්වේ. ඇත්තටම මීට හේතුව තමයි යැගී ඇන්ටනාවල නිශ්චිතවම අගයන් දැක්වීමට තිබෙන අපහසුතාව. එක් එක් පරීක්ෂණවලදී ලැබී තිබෙන්නේ විවිධ අගයන්ය (ඊට හේතුව විවිධ අය කළ පරීක්ෂණවලදී පාලක සාධක සමාන නොවීම වෙන්න ඇති).

අවශ්‍ය නම් වඩා ලස්සන පෙනුමක් ලබා ගැනීමට යැගී ඇන්ටනාව පහත ආකාරයට ආවරණයද කළ හැකිය. ඔබ දැක තිබෙන සෙල්‍යලර් ටවර්වල සවි කර තිබෙන ඇන්ටනා මෙවන් ආවරණ තුලයි තිබෙන්නේ.


යැගී ඇන්ටනාව අධිසංඛ්‍යාතයන් සඳහා උචිතය මොකද සන්නායක/වයර් විශාල ප්‍රමාණයක් යොදා ගන්නා නිසා දිගු තරංග ආයාම (එනම් අවසංඛ්‍යාත) සඳහා වියදම මෙන්ම ඇන්ටනාව සාදා සවි කිරීම විශාල ගැටලු මතු කරනවා. තවද, මෙම ඇන්ටනා නැරෝබෑන්ඩ් වේ.

2 comments:

  1. මමත් නොමිලේ පොතක් ලියමින් යනවා
    https://smpssinhala.blogspot.com/2017/05/smps-smps-smps-smps.html

    ReplyDelete
    Replies
    1. ෂා නියමයි ගිහාන්... :) තමන් දන්න දන්න දේ අන්තර්ජාලයේ ඉංග්‍රිසියෙන් ඇති දේවලුත් කියවා සිංහල පාඨකයන්ගේ ප්‍රයෝජනය සඳහා බෙදා හරින එක ඉතාම වටිනවා. හෙමින් හෙමින් හරි කමක් නැහැ විවේකය තියෙන විදියට දිගටම ලියන්න. සුභ පතනවා. :)

      Delete