Tuesday, June 20, 2017

සන්නිවේදනය හා ආධුනික ගුවන් විදුලිය (Amateur radio) 115

Multi-band Dipole Antenna

ඉහත රැන්ඩම් වයර් ඇන්ටනාව සෑදූ විදියටම වයර්වලින් ඩයිපෝල් ඇන්ටනාවක්ද සෑදිය හැකිය. දිගු තරංග ආයාම බෑන්ඩ් සඳහා අඩි සිය ගණන් දිග ඝන ලෝහමය කූරු භාවිතා කිරීම ප්‍රායෝගිකව කරන්නට බැහැනෙ. මෙවිට, පහත රූපයේ ආකාරයට සරල ඩයිපෝල් ඇන්ටනාවක් සෑදිය හැකියි වයර්වලින්. වයරයේ දිග සුපුරුදු ලෙස ඩයිපෝල් ඇන්ටනාවක් සෑදීමේදී යොදා ගත් ක්‍රමවලින්ම සැකසේ. ඇන්ටනාවේ “වයර් ඩයිපෝලය” රූපයේ පෙනෙන ලෙසම ඍජුව තැබිය යුතුය. ඇන්ටනාව ස්ට්‍රේන් ඉන්ස්‍යුලේටර් මඟින් උඩ ශක්තිමත්ව රැඳවිය යුතුයි රැන්ඩම් වයර් ඇන්ටනාව තබන ආකාරයෙන්ම.


පහත දැක්වෙන්නේ එවැනි ඇන්ටනාවක් අවකාශයක සවි කිරීමට පෙර පෙනෙන ආකාරයයි.


මෙම වයර් ඩයිපෝල් ඇන්ටනාවම අපට බෑන්ඩ් (එනම් තරංග ආයාම) කිහිපයකටම ක්‍රියාත්මක වන ආකාරයට සෑදිය හැකිය. එය සිදු කරන ආකාරය අපූරුය. ඒ සඳහා සමාන්තරගත එල් සී පරිපථයක් (parallel LC circuit) යොදා ගනී. පළමුව පැරලල් එල්සී පරිපථයක් බලමු.


එම පරිපථයේ තිබෙන්නේ කැපෑසිටරයක් හා කොයිලයක් පමණි. ඒ දෙක එකිනෙකට සම්බන්ද කර තිබෙන්නේ සමාන්තරගතව බැවින් ඊට සමාන්තරගත එල්සී පරිපථය යැයි කියනවා. ඒ දෙක එකිනෙකට ශ්‍රේණිගතව සම්බන්ද කළා නම් ඊට ශ්‍රේණිගත එල්සී පරිපථයක් (series LC circuit) යැයි කියනවා. එහෙත් මෙම ඇන්ටනාව සඳහා අනිවාර්යෙන්ම භාවිතා කළ යුත්තේ සමාන්තරගත පරිපථය පමණි.

ශ්‍රේණිගත වේවා සමාන්තගත වේවා, මෙම පරිපථ දෙකෙහිම පොදු ලක්ෂණයක් තිබෙනවා. එනම් එම පරිපථය හරහා ගමන් කරන විවිධ සංඛ්‍යාතයන් සහිත සංඥාවලින්, නිශ්චිත සංඛ්‍යාතයකට අතිසංවේදිතාවක් දක්වනවා. එම අවස්ථාව තමයි අනුනාදය (resonance) ලෙස හඳුන්වන්නේ. එම අනුනාදි සංඛ්‍යාතයට අතිසංවේදි වන අතරේ ඊට දෙපැත්තේ යාබද සංඛ්‍යාතවලටද එම සංවේදිතාව සුලු වශයෙන් දක්වනවා (අනුනාද සංඛ්‍යාතයෙන් ඈත් වන්නට වන්නට සංවේදිතාවද සීඝ්‍රයෙන් හීන වෙනවා). පැරලල් පරිපථයේදී සිදු වන්නේ, අනුනාදි සංඛ්‍යාතයේදී සම්බාදක/ප්‍රතිරෝධක අගය ඉතා ඉහල (සෛද්ධාන්තිකව අනන්ත අගයක්) වීමයි. ශ්‍රේණිගත පරිපථයේදී ඊට විරුද්ධ දේ සිදු වේ. එනම්, අනුනාද අවස්ථාවේදී සම්බාදක අගය ඉතා කුඩා අගයක් ගනී.


එල්සී පරිපථයක අනුනාදි සංඛ්‍යාතය (f0) රඳා පවතින්නේ ධාරිතා (C) හා ප්‍රේරක (L) අගයන් දෙක මත වන අතර, එය පහත සූත්‍රයෙන් සෙවිය හැකිය.


පහත දැක්වෙන ඩයිපෝලය බලන්න. එහි trap ලෙස දක්වා තිබෙන්නේ සමාන්තරගත එල්සී පරිපථයයි. එය ක්‍රියාත්මක වන අයුරු පළමුව කෙටියෙන් බලමු. ඇන්ටනාවේ මැද සිට දෙපැත්තේ ට්‍රැප් දෙක දක්වා වූ කොටස එක් සංඛ්‍යාතයක් (තරංග ආයාමයක්) සඳහා සරල ඩයිපෝලයක් ලෙස ක්‍රියාත්මක වන අතර, ඇන්ටනාවේ මැද සිට දෙපැත්තේ ඇති අවසන් ඉන්ස්‍යුලේටර් දෙක දක්වා වූ මුලු දිගම තවත් සංඛ්‍යාතයක් (තරංග ආයාමයක්) සඳහා සරල ඩයිපෝලයක් ලෙස ක්‍රියාත්මක වේ. එය එසේ වන හැටි දැන් පැහැදිලි කරගමු.


ඉහත සූත්‍රයෙන් ලැබෙන යම් සංඛ්‍යාතයකදී ට්‍රැප් දෙක අනුනාදි වේ. එනම්, එම ට්‍රැප් දෙකෙහි සම්බාදක/ප්‍රතිරෝදි අගය “අනන්ත” වේ. ප්‍රතිරෝධය ඉතා ඉහල යනු පරිවාරකයක් කියන එකයි. ඉතිං, එම සංඛ්‍යාතය ඉහත ඇන්ටනාවේ ඇති විට, ට්‍රැප් දෙක තිබෙන ස්ථානවලින් ඩයිපෝල් වයර් ඛණ්ඩනය වී ඇතැයි සිතිය යුතුය (එනම් ට්‍රැප් පවතින ස්ථානවලින් වයර් කපා ඇතැයි සිතන්න). ඉතිං එම කුඩා ඩයිපෝලය අර ට්‍රැප් අනුනාදි වන සංඛ්‍යාතයට ගැලපෙන ලෙස හාෆ්වේව්ලෙන්ත් ඩයිපෝලයක් ලෙස සකස් කළ හැකියිනෙ. එවිට, එම සංඛ්‍යාතයේදී දෙපැත්තේ ට්‍රැප් දෙක දක්වා වූ කොටස එම සංඛ්‍යාතයට අර්ධතරංග ආයාම ඩයිපෝලයකි.

එහෙත් සංඛ්‍යාතය ඊට වඩා අඩු වන විට තත්වය වෙනස් වේ. එවිට අර ට්‍රැප් අනුනාදි අවස්ථාවෙන් ඉවත් වේ. සංඛ්‍යාතය ඒවායේ (ඉහත) අනුනාදි සංඛ්‍යාතයෙන් තරමක් විතැන් වූ විට එම ට්‍රැප්වල බලපෑම අල්ප වේ (කුඩා ප්‍රතිරෝධ අගයක ලෙස ඒවා පවතීවි). මෙවිට, සම්පූර්ණ වයරයේ දිග ඩයිපෝලයකි. එම දිගු ඩයිපෝලය දැන් අපට සැකසිය හැකියි අපට අවශ්‍ය තවත් සංඛ්‍යාතයකට ගැලපෙන අර්ධතරංග ඩයිපෝලයක් ලෙස. මෙම සංඛ්‍යාතය හැමවිටම ඉහත සංඛ්‍යාතයට වඩා කුඩාය (ඒ කියන්නේ තරංග ආයාමය දිගය; ඇන්ටනා වයරය දික් වන්නෙත් එනිසානෙ).

මෙලෙස බෑන්ඩ් දෙකක් සඳහා ඉහත ඇන්ටනාව සුදුසුය. එය මල්ටිබෑන්ඩ් ඇන්ටනාවකි. එලෙසම තවත් ට්‍රැප් යොදා තවත් බෑන්ඩ් සපෝට් කරන ලෙස එය සෑදිය හැකිය. උදාහරණයක් ලෙස, පහත ඇන්ටනාව බෑන්ඩ් 3ක් සඳහා ගැලපේ. මෙහි A,B යන එල්සී පරිපථ දෙක එක සමාන වන අතර ඒවා යම් f1 නම් සංඛ්‍යාතයකට අනුනාදි වේ. එලෙසම C,D යන එල්සී පරිපථ දෙකද එක සමාන වන අතර ඒවා f2 නම් සංඛ්‍යාතයකට අනුනාදි වේ. ඉතිං, f1 නම් සංඛ්‍යාතයට (එහි සංඛ්‍යාත පරාසයට/බෑන්ඩ් එකට) A-B යන කොටස අර්ධතරංග ආයාම ඩයිපෝලයකි (එවිට, A සිට වමට ඇති හා B සිට දකුණට ඇති කොටස් අක්‍රිය වේ). එලෙසම, C-D යන කොටස f2 නම් බෑන්ඩ් එකට අර්ධතරංග ආයාම ඩයිපෝලයකි. එලෙසම, E-F යන මුලු කොටසම තවත් බෑන්ඩ් එකකට අර්ධතරංග ආයාම ඩයිපෝලයකි.


උදාහරණයක් ලෙස ඉහත රූපයෙන් දැක්වෙන ඇන්ටනාව සඳහා ගණනය කිරීම් කර බලමු. ඉහත ඇන්ටනාව මෙගාහර්ට්ස් 10 ප්‍රමුඛ/මධ්‍ය කරගත් සංඛ්‍යාත පරාසයකටද, මෙගාහර්ට්ස් 20 ක සංඛ්‍යාත පරාසයකටද, මෙගාහර්ට්ස් 40 ක සංඛ්‍යාත පරාසයකටද යෝග්‍ය ලෙස සාදා ගන්නවා යැයි සිතමු. වැඩිම සංඛ්‍යාතය යනු අඩුම තරංග ආයාමය නිසා, 40MHz සඳහා A-B කොටස අදාල වේ. එලෙසම, 10MHz සඳහා E-F කොටස අදාල වේ. C-D කොටස ඩයිපෝලය ලෙස ක්‍රියාත්මක වන්නේ 20MHz සඳහාය.

A-B ඩයිපෝල් දුර තරංග ආයාමයෙන් ½ කි. තරංග ආයාමය වන්නේ 300,000,000/40,000,000 = 7.5m වන නිසා, ඉන් ½ ක් යනු මීටර් 3.75කි. ඒ කියන්නේ A-O දිග = O-B දිග = 3.75/2 = 1.875m විය යුතුය. දැන් මීටර් 1.875 දිග ඩයිපෝල් වයර් කැබැලි දෙකක් ගෙන ඒ දෙකොනට එල්සී පරිපථය බැගින් සවි කළ යුතුය. එම පරිපථයේ L හා C අගයන් දැන් බලමු. ඉහතදී පෙන්වූ සූත්‍රය අනුව එය සොයා ගත හැකිය. එහි විචල්‍යන් 3ක් ඇති අතර, ඉන් සංඛ්‍යාතය යන විචල්‍යය පමණි දන්නේ. එනිසා අනෙක් විචල්‍යයන් දෙකෙන් එකකට අප කැමැති (ප්‍රායෝගිකව යොදා ගත හැකි) අගයක් නියම කර අනෙක් අගය ගණනය කළ යුතුය. උදාහරණයක් ලෙස, ධාරිතා අගය පිකෝෆැරඩ් 1ක් යැයි ගත් විට, ප්‍රේරක අගය මයික්‍රොහෙන්රි 16 ක් ලෙස ලැබේ.


දැන් එම අගයන්ගෙන් යුතු කැපෑසිටරයක් හා ඉන්ඩක්ටරයක් සමාන්තරගතව පෙර සකසා ගත් වයර් කැබැලි දෙකෙලවර සවි කරගන්න. ඉන්පසු මෙගාහර්ට්ස් 20 සඳහාද ඒ පරිදිම ඩයිපෝල් දිගවල් හා එහිදි භාවිතා කරන ට්‍රැප් එකේ L,C අගයන්ද ගණනය කරන්නට අවශ්‍යයි. තරංග ආයාමය 300,000,000/20,000,000 = 15 මීටර් ලැබෙන අතර, ඉන් අඩක් වන මීටර් 7.5ක දිගකුයි දැන් අර්ධතරංග ආයාම ඩයිපෝලයේ දිග වන්නේ. මෙවිට, O-C දිග = O-D දිග = 7.5/2 = 3.75m වේ. එහෙත් දැනටමත් මීටර් 1.875ක දිගක් සම්පූර්ණ වී ඇත. එනිසා දැන් මීටර් 3.75 – 1.875 = 1.875 ක දිගක් ගෙන මීට පෙර සවි කළ ට්‍රැප් එකේ අනෙක් කෙළවරට සවි කළ යුතුය. ඉහත රූපයේ A-C, B-D යනු එම වයර් කැබැලි දෙකයි. දැන් නැවතත් ට්‍රැප් දෙකෙහි කැපෑසිටර් හා ඉන්ඩක්ටර් අගයන් පෙර සේ ගණනය කර, එම පරිපථ දෙක පෙර සවි කළ වයර් කැබැලි දෙකේ දෙකෙලවර සවි කරන්න.

දැන් ඉතිරිව තිබෙන්නේ අවසාන වශයෙන් එකතු කළ යුතු වයර් දිගවල් ගණනය කිරීමයි. එය ඉතාම පහසුය. ඔබට අවශ්‍ය අනෙක් සංඛ්‍යාතය (උදාහරණයේදී එය මෙගාහර්ට්ස් 10 වේ) සඳහා වන ඩයිපෝලයයි සකස් කරගත යුත්තේ. එනම්, 300,000,000/10,000,000 = 30 මීටර් තරංග ආයාමයෙන් අඩක් වන මීටර් 15ක් වන සේ E-F දුර සාදා ගත යුතුය. එවිට, O-E දිග = O-F දිග = මීටර් 7.5 වේ. දැනටමත් එම දුරින් 3.75 මීටර් සම්පූර්ණ වී තිබෙන බැවින්, මීටර් 7.5 – 3.75 = 3.75 ක දිගක් සහිත වයර් කැබැලි දෙකක් අවසානයේ දෙකෙලවර ඇති ට්‍රැප් දෙකට සවි කර ගන්න. ඉන්පසු ඊට ස්ට්‍රේන් ඉන්ස්‍යුලේටර් දෙකක් සවි කර ඇන්ටනාව සාදා නිම කර ගත හැකිය.

ඉහත වයර් දිගවල් ගණනය කිරීමේදී වෙලෝසිටි ෆැක්ටර් නොසලකා ඇත. එනිසා එයද සැලකිල්ලට ගත යුතුය. ඒ සඳහා ඉහත ලැබූ දිගවල් 0.98 කින් ගුණ කරන්න (එවිට 2%කින් පමණ දිග අඩු වේවි). මීට අමතරව පළමුව හමුවන ට්‍රැප් යුගලයෙන් පසුව ඩයිපෝල් වයර් දිග නැවතත් ඒ ගණනය කළ දිගට වඩා තවත් ටිකක් වැඩි වේ. ඊට හේතුව මෙයයි. ට්‍රැප්වල බලපෑම තිබෙන්නේ ඒවා අනුනාද වන සංඛ්‍යාතයේදී පමණක්ය අනෙක් සංඛ්‍යාතවලදී එහි බලපෑම නැතැයි ඉහත සඳහන් කළත් එහි තරමක අසත්‍යතාවක් තිබේ. අනුනාදි නොවන සංඛ්‍යාතවලදී වෙනස් ආකාරයෙන් බලපෑමක් ඉන් ඇති කරයි. එනම් ට්‍රැප් එක අනුනාදි වන සංඛ්‍යාතයට වඩා අඩු සංඛ්‍යාතවලදී ඇන්ටනාවට අතිරේක ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාදයක්ද, අනුනාද සංඛ්‍යාතයට වඩා වැඩි සංඛ්‍යාතවලදී ඇන්ටනාවට අතිරේක ප්‍රේරක ප්‍රතිබාදයක්ද එකතු කරනවා (මේ ගැන මීට ඉගෙන ගත්තා; ඉහත සමාන්තරගත එල්සී ප්‍රස්ථාරය නැවත බලන්න).

ඉතිං, පළමු ට්‍රැප් යුගලයද ඇතුලත් වෙමින් සෑදුනු ඩයිපෝලයේ (ඒ කියන්නේ දිගු තරංග ආයාමයක් හෙවත් අඩු සංඛ්‍යාතයක් සහිත අවස්ථාවක්) අමතර ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාදකයක් පවතී. එම අනවශ්‍ය අමතර ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාදය ඉවත් කිරීමට ට්‍රැප් යුගලයට දෙපැත්තෙන් සවි කරන වයර් කැබැලි දෙකේ දිග මීට පෙර ගණනය කර ලබා ගත් අගයට වඩා තරමක් දික් කළ යුතුය. තවත් ට්‍රැප් යුගලවල් ඇති විට, මෙලෙසම ඒවාට දෙපැත්තෙන් සවි කරන වයර් කැබැලිවල දිග ගණනය කර ලබා ගත් අගයට වඩා වැඩිපුර තැබිය යුතුය.

එනිසා ගණනය කර ලබා ගත් දිගවලට වඩා තරමක් වෙනස් දිගවල් ප්‍රායෝගිකව භාවිතා කිරීමට සිදු වන බව පෙනේ (වෙලෝසිටි ෆැක්ටර් හා ට්‍රැප් එකේ ඇති කැපෑසිටරය නිසා ඇති වන එකිනෙකට ප්‍රතිවිරුද්ධ බලපෑම නිසා). මෙම දිගවල්ද ඇත්තටම තව දුරටත් ගණනය කරමින්ම ලබා ගත හැකි වුවත්, ඊට වඩා පහසු ක්‍රමය වන්නේ ඇන්ටනාව සාදන විට SWR මීටරයකින් මනිමින් එම දිගවල් සැකසීමයි. එනම්, ගණනය කර ලැබෙන අගයට වඩා වැඩි දිගක් හැමවිටම කපා ගන්න. ඉන්පසු අදාල සංඛ්‍යාතයෙන් යුත් විදුලි සංඥාවක් ඇන්ටනාවට ඇතුලු කර, අඩු swr අගයක් ලැබෙන තෙක් වයර් කෙලවරවල් කෙටි කරන්න ටිකෙන් ටික (ඇන්ටනා දෙකෙලවරින්ම සමාන කොටස්වලින් අඩු කළ යුතුය).

බැලූබැල්මට සාමාන්‍ය ඩයිපෝල් කිහිපයක් එකම වයරයකින් සාදා ගත් ඇන්ටනාවක් ලෙස මෙය පෙනේ. එහෙත් මෙම ඇන්ටනාවල බෑන්ඩ්විත් එක සාමාන්‍ය ඩයිපෝල් ඇන්ටනාවක බෑන්ඩ්විත් එකට වඩා කුඩා වේ. තවද, මෙවන් ඇන්ටනාවක් ඉහල සංඛ්‍යාතයන් සඳහා සාමාන්‍යයෙන් භාවිතා නොවේ (HF හා ඊට පහල සංඛ්‍යාත කලාප සඳහා භාවිතා වේ).

මෙම ට්‍රැප් අව්ව වැස්ස ආදියට ලක් වන නිසා ඒවායෙන් ආරක්ෂා කළ යුතුය. තවද, ට්‍රැප් එකේ කොයිලය මෙන්ම කැපෑසිටරය විශේෂිත ඒවාය. අධිවෝල්ටියතාවට ඔරොත්තු දීමට හැකි විය යුතුයි කැපෑසිටර් (කිලෝවෝල්ට් කිහිපයක්). මෙවැනි කැපෑසිටර් කඩෙන් මිල දී ගැනීමට අපහසුද විය හැකියි. ප්‍රමාණයෙන් විශාලය. ධාරිතාවෙන් කුඩාය (පිකෝෆැරඩ් ප්‍රමාණයක්). මිල අධිකය. පහත දැක්වෙන්නේ කඩෙන් මිල දී ගැනීමට හැකි අධිවෝල්ටියතා කැපෑසිටර්වල රූපයකි.


මීට පෙරත් සඳහන් කර ඇති ලෙසට මෙවන් විශේෂිත කැපෑසිටර් අවශ්‍ය නම් ඔබටම සෑදිය හැකියි (පෙර පාඩම් බලන්න). කැපෑසිටරය ඔරොත්තු දෙන වෝල්ටියතාව තීරණය වන්නේ කැපෑසිටර් තැටි දෙක අතර තිබෙන පරතරය මත බවත්, එකිනෙකට මුහුනලා තිබෙන (overlap) තැටි ක්ෂේත්‍රපලයෙන් එහි ධාරිතාවත් තීරණය කරන හැටිත් මීට පෙර ඉගෙන ගෙන තිබේ. තරමක් පහසුවෙන් මෙවන් කැපෑසිටරයක් සාදන අයුරු දැන් බලමු.

No comments:

Post a Comment