සන්නිවේදනය හා ආධුනික ගුවන් විදුලිය (Amateur radio) 76

විශේෂිත රේඩියෝ ප්‍රචාරණ ක්‍රම

සම්ප්‍රේෂකයේ සිට ඈත තැනකට රේඩියෝ තරංග සම්ප්‍රේෂණය කරවීමට සාමාන්‍යයෙන් යොදා ගන්නා ප්‍රචාරණ (propagation) ක්‍රම ගැන අප මේ වන විට කතා කර තිබෙනවා. ඊටත් අමතරව තවත් විශේෂිත ක්‍රම කිහිපයක් ගැන දැන් සොයා බලමු.

Moon Bounce

මෙම ක්‍රමයේදී පොලොවේ එක් තැනක තිබෙන සම්ප්‍රේෂකයකින් නිකුත් වන රේඩියෝ තරංග සඳ මතට පතිත කරවා, ඉන් පොලොවේ තවත් ඈත තැනකට එම සංඥා පරාවර්තනය කරවීමක් සිදු වේ. මෙහිදී නම් ඇත්තටම සිදු වන්නේ පරාවර්තනයක්මයි (වර්තනයක් නොවේ). සඳට වැටෙන විද්‍යුත්චුම්භක තරංග පරාවර්තනය වන බව අප කවුරුත් හොඳින්ම අත්දැක තිබෙනවා මොකද සූර්යාලෝකය සඳට වැටී ඉන් පරාවර්තනය වී පොලොවට එන නිසානෙ සඳ බබලන්නේ. මෙයම Earth-Moon-Earth (EME) communication කියාද හැඳින්වේ.

මෙහිදී සඳ නිකංම උදාසීන පරාවර්තකයකි (passive reflector). එනම්, ඊට වැටෙන ශක්තියට වඩා අඩු ශක්තියකි ඉන් පරාවර්තනය වන්නේ (සංඥාවේ ප්‍රබලතාව වර්ධනය වීමක් නොවේ). ගොඩනැඟිලි, දිය පෘෂ්ඨ ආදියද passive reflector වලට උදාහරණ වේ. active reflector (සක්‍රිය පරාවර්තක) යනු ඊට වැටෙන සංඥා තවත් ප්‍රබල කර පිට කරන උපකරණ වේ (සංඥා වර්ධනයක් අමුතුවෙන් සිදු වන නිසා සක්‍රිය පරාවර්තකයකට පිටතින් ජවය සැපයිය යුතුද වෙනවා). ඇත්තටම සක්‍රිය පරාවර්තකයක් යනු ඊට ලැබෙන සංඥා අල්ලා ගන්නා රිසීවරයක්ද, එම දුර්වල සංඥා වර්ධනය කරන ඇම්ප්ලිෆයර් එකක්ද (වර්ධකයක්) එම වර්ධිත සංඥාව නැවත පිට කරන සම්ප්‍රේෂකයක්ද යන උපකරණ කොටස් 3හිම එකතුවකි (එනිසා එය අනිවාර්යෙන්ම කෘත්‍රිම උපකරණයකි).

1946 ජනවාරි 10 වැනිදා ඇමරිකාව විසින් සාර්ථකව මෙවැනි සන්නිවේදනයක් පළමු වරට සිදු කළේය. ඒ කාලයේ චන්ද්‍රිකා තාක්ෂණය නොතිබුණු නිසා, මෙම ක්‍රමය ඉතාම ප්‍රයෝජනවත් දෙයක් විය (විශේෂයෙන් හමුදාවන්ට).

මෙහිදී VHF, UHF, SHF යන අධිසංඛ්‍යාත රේඩියෝ තරංග භාවිතා කෙරේ. ඊට අඩු සංඛ්‍යාත භාවිතා කරන්නට බැහැ මොකද අයනගෝලය විසින් ඒවා එක්කෝ බ්ලොක් කරනවා නැතිනම් වර්තනය කර ආපසු පොලොවට එවනවා (අයනගෝලය විනිවිද නොයයි). මෝර්ස්කෝඩ් හා ඩිජිටල් ක්‍රමවලින් සන්නිවේදනය සිදු කරනවා (ඉතා සීමිත තත්ව යටතේ කටහඬින්ද සන්නිවේදනය කිරීමේ හැකියාව පවතිනවා).

මෙහිදී අඩුවේග දත්ත සම්ප්‍රේෂණ කළ හැකියි. තවද, ඩිජිටල් ක්‍රමවේද (DSP) යොදාගත් විට සෑහෙන්න හොඳ සන්නිවේදනයක් කළ හැකිය. සාමාන්‍යයෙන් වොට් 100ක පමණ ට්‍රාන්ස්මීටරයක් හා directional ඇන්ටනා භාවිතා කරමින් eme සන්නිවේදනයක් සිදු කළ හැකිය. 2009 ජූනි 29 වැනිදා eme සන්නිවේදනයේ ලෝක වාර්තාවක්ද තැබුවා අඩුම ජවයකින් එය සිදු කිරීමෙන්. එහිදි මිලිවොට් 3ක් වැනි ඉතා කුඩා ජවයකින් තමයි සංඥා සම්ප්‍රේෂණය කර තිබුණේ.

පොලොවේ සිට සඳට ඇති මධ්‍යන්‍ය දුර කිලෝමීටර් 384,400 වේ. ඉතිං රේඩියෝ සංඥාවක් පොලොවේ සිට සඳට ගොස් ඉන් පරාවර්තනය වී නැවත පොලොවට ඒමට (round trip) එමෙන් දුරවල් දෙකක් ඇත. ඒ සඳහා ගත වන කාලය දළ වශයෙන් 768,800/300,000 = තත්පර 2.56 පමණ වේ. මෙම කාලය තරමක් එහා මෙහා යනවා මොකද සඳ හා පොලොව අතර දුර කාලයත් සමඟ සියුම්ව වෙනස් වේ (සඳ හරියටම පෘථිවිය කේන්ද්‍ර කොටගෙන ඒ වටා කරකැවෙනවා වෙනුවට තරමක ඉලිප්සාකාර ගමනකයි යෙදෙන්නේ). එනිසා පොලොවත් සඳත් අතර දුර අවම අවස්ථාවේදී (perigee) 356,400km ද, දුර උපරිම වන අවස්ථාවේදී (apogee) 406,700km ද වේ. තවද, අයනගෝලය හා වායුගෝලය තුලින් රේඩියෝ තරංග යන විට රික්තකයේ වේගයට වඩා අඩු වෙනවා (එම අඩු වීම ඒ ඒ වෙලාවේ වායුගෝලීය/අයනගෝලීය තත්වයන් අනුව විචලනයද වෙනවා). EME සන්නිවේදනයේ අභියෝග කිහිපයක්ම ඇත.

එකක් නම් සඳට තිබෙන දුර ඉතා වැඩි නිසා සංඥා කොහොමත් දුර්වල වෙනවා (free path loss). රේඩියෝ සංඛ්‍යාතය අනුව මෙම හානිය තීරණය වෙනවා.

සඳ යනු හොඳ පරාවර්තකයක් නොවේ (මෙයත් අභියෝගයකි). ඊට වැටෙන රේඩියෝ තරංග ශක්තියෙන් 8%ක් පමණ කුඩා ප්‍රමාණයකුයි ඉන් පරාවර්තනය වන්නේ (ඉතිරි 92% ප්‍රමාණය විනාශ වේ). යම් ග්‍රහවස්තුවක් මතට වැටෙන විකිරණයෙන් පරාවර්තනය වන විකිරණ ප්‍රමාණය ප්‍රතිශතයක්/අනුපාතයක් ලෙස පවසන විට ඊට albedo යැයි කියනවා. ඒ අනුව සඳෙහි ඇල්බීඩෝ අගය 8% ත් 12%ත් අතර අගයක් වේ.

මේ ආදී අභියෝග කිහිපයක් නිසා EME සන්නිවේදනයේදී සංඥාව 144MHz සංඛ්‍යාතයක රේඩියෝ සංඥා සඳහා ඩෙසිබල් 252ක්ද 1296MHz සංඛ්‍යාතයක රේඩියෝ සංඥා සඳහා ඩෙසිබල් 271 ක හායනයක්ද ලක් වෙනවා.

ඉහත හායන අගයන් ගණනය කිරීම සම්බන්දයෙන් සමහර න්‍යායන් ගැන තවමත් අප සලකා බලා නැති අතර ඉදිරි පාඩම්වල ඒවා පළ වේවි. එතෙක් දැනට කෙටියෙන් හෝ එම අගයන් ලැබූ හැටි දැන් සොයා බලමු.

(රිකත්කයක් තුල) රේඩියෝ සංඥාවක් ගමන් කිරීමේදී එම සංඥාව විශාල ක්ෂේත්‍රඵලයක් පුරා පැතිරී යන හේතුව නිසා එය හායනයක් ලෙස සැලකිය හැකි බවත්, එම free path loss අගය Path loss = (4πR)²/λ² යන සූත්‍රය ඇසුරින් සෙවිය හැකිය. එහි R යනු පොලොව හා සඳ අතර දුර වන අතර, λ යනු යවන රේඩියෝ සංඥාවේ තරංග ආයාමය වේ.

සඳට ඇති මධ්‍යන්‍ය දුර 384,000km ලෙසත්, සංඛ්‍යාතය ලෙස 1296MHz සහිත සංඥාවකුත් සලකමු. මෙවිට එහි තරංග ආයාමය වන්නේ 300,000,000/1,296,000,000 = 0.2315m වේ. මෙම අගයන් ඉහත සූත්‍රයට ආදේශ කළ විට, path loss = (4 x 3.1416 x 384,000,000)²/0.2315² = 434,490,400,852,222,465,599 වේ. මෙය ඩෙසිබල් කළ විට (10log( 434,490,400,852,222,465,599) =) 206.4dB කි. මෙතරම් හායනයක් සිදු වන්නේ පොලොවේ සිට සඳට සංඥාව යන විටයි. එවැනිම දුරක් නැවත සඳේ සිට පොලොවට ආ යුතු බැවින් එම හායනය දෙගුණ විය යුතුය – 412.8dB.

දීසියක් ආකාරයේ පරාවර්තකයක් (parabolic reflector) ලෙසනෙ දැන් සඳ දළ වශයෙන් ක්‍රියාත්මක වන්නේ. මෙවැනි පැරබොලික් පරාවර්තකයකින් සංඥා පරාවර්තනය වන විට ඉන් ලැබෙන ගේන් එක gain = (πd)²/λ² යන සූත්‍රයෙන් සෙවිය හැකිය (d යනු පැරබොලික් පරාවර්තකයේ විශ්කම්භය වේ). ඉතිං ඉහත සංඛ්‍යාතය සඳහා සඳ නම් පරාවර්තකයේ ගේන් එක බලමු දැන් (සඳේ විශ්කම්භය 3476km වේ). gain = (3.1416 x 3,476,000)²/0.2315² = 2,225,139,740,654,603 වේ. එය ඩෙසිබල්වලින් 153.5dB කි.

සඳ පැරබොලික් ඇන්ටනාවක් සේ ගත්තත් එය ඇත්තටම අවතල නොවේ (ඇතුලු පැත්තට වක්‍ර වූ සාමාන්‍යයෙන් අර වහලවල් උඩ තිබෙන නියම පැරබොලික් ඇන්ටනාවල හැඩය නැත). තවද, සඳ මතුපිටට වැටෙන විකරණයෙන් යම් ප්‍රමාණයක් පමණයි පරාවර්තනය කරන්නෙත්. මේ කරුණු දෙකම සලකා බලන විට ඇල්බීඩෝ අගය ලැබේ. එය 8%ත් 12%ත් අතර වේ. වැඩි හොඳටත් එක්ක එම අගය 6%ක් ලෙස ගමු. එවිට එයත් හායනයක් සේ සැලකිය හැකිය. එය ඩෙසිබල් අගයක් ලෙස ගත් විට 10log(6/100) = 11.9dB වේ.

ඉහත කාරණා 3 පමණක් සැලකූ පසු දැන් අපට එම සාධක තුනෙහි අවසාන හායනය (loss) ගණනය කළ හැකියි පහත ආකාරයට. එම සාධක තුනෙන් දෙකක් ලොස් (හායන) අගයන් වන අතර එකක් ගේන් (වර්ධන) අගයකි.

Path loss (round trip) - සඳෙහි ගේන් එක + ඇල්බීඩෝ හායනය = 412.8 – 153.5 + 11.9 = 271.2dB වේ.

ඒ අනුව 1296MHz සංඛ්‍යාතයක් සඳහා ඩෙසිබෙල් 271ක ලොස් එකක් ඉහත කරුණු 3 නිසා පමණක් සිදු වේ. සංඛ්‍යාතය 144MHz වූවා නම් හායනය ඩෙසිබෙල් 252ක් බව පෙනේවි (ඉහත ගණනය කිරීම් නැවත කර බලන්න).

ඉහත ගණනය කිරීම් සිදු කළේ සඳට ඇති මධ්‍යන්‍ය දුර අනුවයි. එහෙත් සත්‍ය දුර නිරන්තරයෙන්ම විචලනය වන්නකි. සඳ පොලාවට ළංම වන පෙරිජි අවස්ථාවේදී දුර 356,400km වන අතර පොලොව දුරම වන ඇපොජි අවස්ථාවේදී දුර 406,700km වේ. මෙවිට ඉහත සමීකරණයේ සඳෙහි දුරට මෙම දුරවල් ආදේශ කර බැලූ විට ලොස් එක උපරිමව තවත් ඩෙසිබල් 2කින් පමණ එහා මෙහා යා හැකි බව පෙනේ.

තවද, පොලොවේ සිට සඳට යවන රේඩියෝ සංඥා සියල්ලම සඳේ වදින්නේ නැත. ඊට හේතුව පොලොවේ ඇති සම්ප්‍රේෂක ඇන්ටනාව සාමාන්‍යයෙන් සංඥා යවන්නේ යම් කෝණයක් තුලයි (කේතුවක් ආකාරයටයි). මෙවිට සංඥා ඈතට යන්නට යන්නට කේතුවේ කෙළවර කට/විවරය විශාල වේ. සඳ ඉතා දුරින් තිබෙන නිසා, සංඥාව සඳ වෙතට ළඟි වන විට බොහෝවිට කේතු විවරයෙහි විශ්කම්භය සඳේ විශ්කම්භය ඉක්මවා තිබේවි. එවිට සඳේ කොතැනවත් වදින්නේ නැතිව සමහර සංඥා වටේට එලියට ගොස් සඳද පාස් කරමින් අභ්‍යවකාශයට ගමන් කරාවි. මෙයත් ලොස් එකකි. මෙම ලොස් එක cross sectional loss ලෙස හඳුන්වමු.

මෙම ලොස් එක අවම කිරීමට ඇති එකම ක්‍රමය සම්ප්‍රේෂක ඇන්ටනාවේ හාෆ්බීම්විත් එක අඩු කිරීමයි. එවිට සඳට වදින්නේ නැතිව වටේට පිටව යන සංඥා ප්‍රමාණය අඩු වේවි. පහත රූපයේ ආකාරයට සඳෙන් පිට සංඥා නොයවා සඳේ සම්පූර්ණ මතුපිට මතට රේඩියෝ තරංග වැද්දවීමට නම්, සම්ප්‍රේෂක ඇන්ටනාවේ හාෆ්බීම්විත් එක දළ වශයෙන් පහසුවෙන්ම සෙවිය හැකිය. සඳට මෙන්ම එවැනි ඕනෑම පරාවර්තකයක් සඳහා මෙම ක්‍රමයට ගණනය කළ හැකියි. සඳෙහි දුර හා විශ්කම්භය ආදේශ කළ විට, අංශක 0.25ක් හෙවත් අංශක කාලක අගයක් ලැබේ. ඒ කියන්නේ සම්ප්‍රේෂක ඇන්ටනාවේ හාෆ්බීම්විත් එක අංශක කාලක් හෝ ඊට අඩු විය යුතුය මෙම ලොස් එක නැති කිරීමට නම්. ඇත්තටම මෙම අංශක කාලේ අගයන් දෙකක් හෙවත් අංශක 0.5 යනු පෘථිවියේ සිට බලන විට පූර්ණ චන්ද්‍රයාට (ඇසෙහි) ආපාතනය කරන කෝණයයි.

ඉහත කෝණ අගය යොදා ගෙන අපට පහත සූත්‍රයෙන් හැකියි යම් බීම්විත් එකක් සහිත සම්ප්‍රේෂක ඇන්ටනාවකින් සංඥා සඳෙන් පිටතට යෑම නිසා ඇති වන ලොස් එක ගණනය කරන්න. ඇන්ටනාවේ හාෆ්බීම්විත් එක හරියටම අංශක 0.25 නම්, මෙවිට ලොස් එක ශූන්‍ය වේ.

තවද, ඉහත ගණනය කිරීම් අනුව විවිධ ලොස් කිහිපයක් එකතු වී ඉතා විශාල ලොස් අගයක් ලැබේවි. එවිට යවන සංඥාව ඉතාම දුර්වල සංඥාවක් ලෙස පමණක් නැවත ලැබේවි. බොහෝවිට එම ලැබෙන සංඥාවේ ප්‍රබලතාවට වඩා පසුබිම් ඝෝෂාව ප්‍රබල විය හැකියි (මෙවිට ලැබෙන සංඥාවෙන් වැඩක් නැත). මෙම තත්වයට මුහුණ දිය හැක්කේ අධික ජවයකින් සංඥා යැවීම හා සම්ප්‍රේෂක හා ආදායක ඇන්ටනාවල ගේන් එක ඉතා විශාල කර ගැනීමෙනි (විශේෂයෙන් ඇන්ටනාවල ගේන් එක මෙහිදී ඉස්මතු වේ). ඇන්ටනා පාඩමේදී ගේන් ගැන බලමු.

තවද, අපේ පියවි ඇසෙන් සඳ දෙස බලන විට සඳේ චලනය එකවර පෙනෙන්නේ/දැනෙන්නේ නැති වුවත්, ටෙලෙස්කෝප් එකකින් බැලුවොත් සඳේ චලනය හොඳින් දැනේවි. එනම්, යම් මොහොතකදී සඳේ යම් තැනක් දෙස ටෙලෙස්කෝප් එකකින් බලා සිටින විට, තත්පර කිහිපයකදී එම පෙදෙස ටෙලෙස්කෝප් දර්ශන පථයෙන් ඉවත් ව තිබේවි (ටෙලෙස්කෝප් එකකින් ආකාශය නිරීක්ෂණය කරපු කෙනෙකු නම් මෙය හොඳින් අත් දැක ඇති). ඉතිං, රේඩියෝ සංඥා සඳහාත් සඳේ චලනය බලපානවා. දිගු කාලයක් එක දිගට සඳ භාවිතා කරගෙන EME කරන්නට සිතනවා සිතනවා නම්, සඳේ ගමනත් සමඟම ඇන්ටනාවද සමගාමීව කැරකැවිය යුතුය (එවැනි ටෙලෙස්කෝප් ස්ටෑන්ඩ් සාදා තිබේ).

ඉහත ආකාරයේ දුබල සංඥා ග්‍රහණය කරගැනීමේ අභියෝගවලට අමතරව තවත් අභියෝග ඇත. එකක් නම් ඩොප්ලර් ආචරණයේ බලපෑමයි. සාමාන්‍යයෙන් EME හිදී ආදායකයා හා සම්ප්‍රේෂකයා නිසලව සිටී. එහෙත් සඳ හා පොලොව චලනය වේ. එනිසා සාපේක්ෂ චලිතයක් රේඩියෝ තරංගවලට ඇති වේ. ආදායකයට ලැබෙන සංඥාවේ සංඛ්‍යාතය හර්ට්ස් සිය ගණනක් එහා මෙහා යා හැකියි සම්ප්‍රේෂණය කළ සංඛ්‍යාතයට වඩා එනිසා. මෙය තරමක ප්‍රශ්නයක් වන්නේ EME හිදී බොහෝවිට මෝස්කෝඩ් හෝ කුඩා බෑන්ඩ්විත් එකක් යොදා ගන්නා ඩිජිටල් ක්‍රම යොදා ගන්නා නිසාය. ආදායකයා ටියුන්වී සිටින සංඛ්‍යාත පරාසයෙන් පිටතින් එම සංඥාවල සංඛ්‍යාතය පැවතිය හැකිය (එය හරියට කවුරුන් හෝ ඔබට අහවල් ස්ථානයේදී ඔහුව හමු වෙන්න කියා පනිවුඩයක් එවා, ඔහුම ඊට කිලෝමීටරයක් ඈත තැනකට එනවා වාගෙයි).

තවද කාලයත් සමඟ සඳ හා ආදායක හා සම්ප්‍රේෂක අතර අවකාශීය පිහිටීම වෙනස් වන නිසා, සාපෙක්ෂ චලිතය නිරන්තරයෙන්ම විචලනය වේ. එනම් ඩොප්ලර් ආචරණයේ බලපෑම කාලයත් සමඟ වෙනස් වේ (මෙම තත්වය ඕනෑම චන්ද්‍රිකාවක් සඳහාද මෙලෙසම පවතිනවා). එනම් යම් මොහොතක ඔරිජිනල් සම්ප්‍රේෂක සංඛ්‍යාතයට හර්ට්ස් 300ක් පමණ එකතු වේ. ක්‍රමයෙන් කාලයත් සමඟ මෙම හර්ට්ස් ගණන අඩු වී යම් මොහොතක ඩොප්ලර් බලපෑම ශූන්‍ය වේ (මෙවිට ආදායකය ටියුන් විය යුත්තේ කෙලින්ම ඔරිජිනල් සංඛ්‍යාතයටයි). ඉන්පසුව ඔරිජිනල් සංඛ්‍යාතයෙන් යම් හර්ට්ස් ගණනක් අඩු කිරීමට සිදු වේ යම් වෙලාවකට පසුව. මෙම අඩු කරන අගයද කාලයත් සමඟ වැඩි වේ.

තවත් අභියෝගයක් තිබේ. එනම්, සඳ මතුපිට අවතල පෘෂ්ඨයක් හෝ පැතිලි පෘෂ්ඨයක් නොව උත්තල පෘෂ්ඨයකි ඇත්තේ. එනිසා පොලොවේ සිට යන සංඥා එම සඳ මතුපිටට වදින විට, සඳේ මැද කොටස ඉදිරියට නෙරා තිබෙන නිසා (මුදලාලිගේ බඩ වගේ), එම කොටසේ පළමුව සංඥා වැදී පරාවර්තනය වේ. එහෙත් පොලොවේ සිට බලන විට සඳේ මැද සිට අරීයව සඳේ වාටියට (පරිධිය කරා) යන විට සඳ මතුපිට එන්න එන්න පසුපසට බැවින් ඒවායේ සංඥා වැදී පරාවර්තනය වන්නට පමාවක් ඇති වේ. ඒ අනුව, පොලොවට පරාවර්තනය වී එන සංඥා එන්නේ එක් එක් කාල පමාවලින්ය. මෙම තත්වය තවත් බරපතල වෙනවා සඳ මතුපිට ඇති ආවාට හා කඳු නිසා. මෙහි අවසාන ප්‍රතිපලය වන්නේ පොලොවට පරාවර්තනය වී එන සංඥා විශාල fading එකකට බඳුන් වීමයි. මෙය libration fading ලෙස හඳුන්වමු.

IARU bandplan එක නැවත බලන්න. එහි EME සිදු කිරීමට යම් යම් බෑන්ඩ්වල වෙනමම සංඛ්‍යාත පරාසයන් වෙන් කර තිබේ. ඊට හේතුව මෙහි සංඥා ඉතා දුර්වලව පොලොවට ලැබෙන බැවින්, සාමාන්‍ය ක්‍රමවලට සන්නිවේදනය එම සංඛ්‍යාත ඔස්සේ සිදු කළොත්, අර දුබල සංඥා හසු කර ගැනීමට බැරි වේ. නැවතත් මෙයින් පෙනෙනවා බෑන්ඩ්ප්ලෑන් එකක වටිනාකම.