සන්නිවේදනය හා ආධුනික ගුවන් විදුලිය (Amateur radio) 95

යම් ඇන්ටනාවක මේන්ලෝබ් එක බැලූබැල්මට රේඩියේෂන් පැටන් රූපයකින් සොයා ගත හැකිය. සමහරවිට මේන්ලෝබ් 2ක්ද තිබිය හැකිය (මෙවන් ඇන්ටනා bidirectional antenna ලෙස හැඳින්වේ). මේන්ලෝබ් එක පටුවට දිගට තිබේ නම්, ඉන් හැඟවෙන්නේ එම දිශාව ඔස්සේ ගේන් එක ඉතා වැඩි බවයි. යම් ඇන්ටනාවක මෙලෙස යම් දිශාවකට වැඩිපුර ගේන් එකක් පැවතීමේ ගුණය ඇන්ටනාවේ directivity ලෙස හැඳින්වෙනවා. සාමාන්‍යයෙන් ඩිරෙක්ටිවිටි ගුණය යම් කෝණ අගයකින් දක්වනවා (මෙම කෝණ beamwidth ලෙස හැඳින්වේ). මෙම කෝණ ක්‍රම දෙකකින් සඳහන් කළ හැකියි - half power beamwidth හා null-to-null beamwidth. පහත රූපයේ මේ දෙයාකාරයේම බීම්විත් පෙන්වා තිබෙනවා.

මේන්ලෝබ් එකේ උපරිම සංඥා ප්‍රබලතා අගය ඉහත රූපයේ සිරස් ඉරෙන් දැක්වේ. මෙම උපරිම අගයේ සිට සංඥා ප්‍රබලතාව අඩු වෙනවා පහලට එන විට (“පෙත්තේ” දෙපස බෑවුම් දිගේ). එසේ පහලට එන විට, යම් අවස්ථාවකදී උපරිම ප්‍රබලතාවෙන් හරි අඩක් වන අවස්ථාව (half power point) හමු වේ. ජවයෙන් භාගය ඩෙසිබෙල් ඒකකයෙන් -3dB වේ; එනිසා හාෆ් පවර් පොයින්ට් -3dB point ලෙසද හැඳින්විය හැකිය. මෙන්න මෙම අවස්ථාවේදී ඇන්ටනාවේ හරි මැද ලක්ෂ්‍යයේ සිට රේඛා දෙකක් ඇන්ද විට ලැබෙන කෝණය half-power beamwidth (HP) වේ.

සටහන

half power point යනු ඉහත ඡේදයේ සඳහන් කළ ලෙසම ජවය (හෝ ජවයට තුල්‍ය රාශියක අගය) යම් උපරිම අගයකට සාපේක්ෂව හරි ½ ක් වන අවස්ථාවයි. උදාහරණයක් ලෙස, යම් පද්ධතියක උපරිම ජවය වොට් 10 නම්, එහි හාෆ් පවර් පොයින්ට් එක වන්නේ වොට් 5 වේ. ½ ඩෙසිබල් අගයක් ලෙස ප්‍රකාශ කරන විට, 10log(0.5) = -3dB වේ.

එලෙසම, හාෆ් පවර් පොයින්ට් ජවය නොව වෝල්ටියතා අගයක් ආශ්‍රයෙන්ද පැවසිය හැකිය. මෙහිදී ජවය = (වෝල්ටියතාව)²/ප්‍රතිරෝධය යන සූත්‍රය මඟින් ජව අගය වෝල්ටියතා අගයකට ආදේශ කෙරේ. මෙම සූත්‍රයේ භාග හරයේ තිබෙන ප්‍රතිරෝධ අගය නියත යැයි උපකල්පනය මත ජවය හැමවිටම වෝල්ටියතාවේ වර්ගයට සමානුපාතික යැයි ප්‍රකාශ කළ හැකියිනෙ; එවිට, වෝල්ටියතාව ජවයේ වර්ගමූලයට සමානුපාතික වේ.

ඒ අනුව හාෆ් පවර් පොයින්ට් එකේ ජව අනුපාත අගය වන 0.5 යන්නෙහි වර්ගමූලය වන 0.707 යන අගය හාෆ් පවර් පොයින්ට් එකට අදාල වෝල්ටියතා ඒකකයෙන් ප්‍රකාශ කරන අගයයි. උදාහරණයක් ලෙස, යම් පද්ධතියක උපරිම වොල්ටියතා අගය වෝල්ට් 10 නම්, එහි හාෆ් පවර් පොයින්ට් අගය වන්නේ අර අගයෙන් 0.707ක අගයකි; එනම් මෙම උදාහරණයේදී එය 10x0.707 = 7.07V වේ.

එලෙසම මේන්ලෝබ් එකේ දෙපස බෑවුම් දෙක ඔස්සේ පහලට තවත් ආ හැකියි. එසේ පහලම ස්ථානයට එන විට, සංඥා ප්‍රබලතාව ශූන්‍ය වේ. එම සීමාකාරි අවස්ථාවේදී අඳින ස්පර්ශක/රේඛා දෙක මඟින් දක්වන්නේ null-to-null beamwidth වේ.

තවද, යම් ඇන්ටනාවක රේඩියේෂන් පැටන් බලන විට, සයිඩ්ලෝබ් ගණනාවක් බොහෝවිට දක්නට ලැබේවි. මේවායේ ගේන් අගයන් විවිධ මට්ටම්වලින් පවතීවි. සයිඩ්ලෝබ් අතරින්, වැඩිම ගේන් එක කුමක්දැයි දැන ගැනීමත් වැදගත්ය. එම අගය Sidelobe level (SLL) ලෙස හැඳින්වේ. පහත රේඩියේෂන් පැටන් එකෙහි එම අගය -14.5dB බව පැහැදිලියි. තවද, පහත රූපයේ හාෆ් පවර් හා නල්-ටු-නල් බීම්විත්ද සම්පූර්ණ රේඩියේෂන් පැටන් එකක් මත සොයන ආකාරය තවත් හොඳින් පෙන්වා තිබෙනවා.

ඇන්ටනා ගේන් එක වැදගත් වන්නේ සම්ප්‍රේෂක ඇන්ටනා සඳහා පමණක් නොවේ. ඉහත විස්තර කිරීම්වලදී මූලිකව සම්ප්‍රේෂක ඇන්ටනාව පාදක කර ගෙන එය විස්තර කර ඇත. එනම්, ගේන් එක වැඩියි යනු සම්ප්‍රේෂනය කරන සංඥාවෙන් වැඩි ප්‍රමාණයක් එහි තිබේය යන්නයි. ගේන් එක එලෙසම ආදායක ඇන්ටනා සඳහාද වලංගු වේ. එවිට, ඉන් අදහස් වන්නේ ගේන් එක උපරිමව තිබෙන පැත්තට ඇන්ටනාව උපරිමව සංවේදී යන්නයි (එනම් ගේන් එක උපරිම පැත්තෙන් ළඟා වන දුර්වල රේඩියෝ සංඥාවක් පවා හොඳින් ප්‍රබලව ඇන්ටනාවෙන් ග්‍රහනය කර ගන්නවා). එනිසා රිසීවිං ඇන්ටනාවල ගේන් එක නිසියාකාරව සකසා ගතහොත් අපට හැකියි යම් දිශාවක් ඔස්සේ පමණක් එන අපට අවශ්‍යම සංඥාව පමණක් ග්‍රහනය කරගෙන වෙනත් දිශාවලින් පැමිනිය හැකි අනවශ්‍ය සංඥා ඇන්ටනාව විසින් ග්‍රහනය නොකර සිටින්න. ඇත්තටම මෙය අනවශ්‍ය ඉන්ටර්ෆරන්ස්වලින් බේරීමේ ඉතාම හොඳ ක්‍රමයයි.

සමහර භාවිතාවන් සඳහා යොදා ගන්නා ඇන්ටනා හැකි තරම් ඩිරෙක්ෂනල් විය යුතුය; තවත් සමහර අවස්ථාවල එය ඔම්නිඩිරෙක්ෂනල් විය යුතුය. උදාහරණයක් ලෙස, චන්ද්‍රිකා දෙකක් අතර හෝ චන්ද්‍රිකාවක් හා පොලොවේ නිශ්චිත ස්ථානයක් අතර සන්නිවේදනය සිදු කරන ඇන්ටනා ඩිරෙක්ෂනල් වේ. චන්ද්‍රිකාවල ට්‍රාන්ස්මීටරයේ ජවය ඉතා අඩුය. එනිසා එම කුඩා ජවය නිකරුනේ අනවශ්‍ය තැන්වලට යොමු නොකර අවශ්‍ය පැත්තට පමණක් යොමු කළ යුතුයි. තවද, එකම සංඛ්‍යාතය නැවත භාවිතා කිරීමට (frequency reuse) හැකියාවද ඉන් ලැබෙනවා. එලෙසම, මයික්‍රොවේව් ලින්ක් (එනම් ස්ථාන දෙකක් අතර පමණක් මයික්‍රොවේව් ඔස්සේ සන්නිවේදනය සිදු කිරීම; මේවා සන්නිවේදන කුලුනුවල වැඩි වශයෙන් යොදා ගැනේ) සඳහාද ඩිරෙක්ෂනල් ඇන්ටනා අවශ්‍ය වේ. එහෙත් සෙල්‍යලර් දුරකතනවල ඇති ඇන්ටනා ඔම්නිඩිරෙක්ෂනල් විය යුතුයි මොකද ඊට සංඥා එන ටවර් එක ඕනෑම තැනක පිහිටා තිබිය හැකිය; එනම් හැම පැත්තෙන්ම සංඥා ග්‍රහනය කර ගැනීමට හැකි විය යුතුය.

මේ අනුව පැහැදිලියි අයිසොට්‍රොපික් ඇන්ටනාවේ කිසිදු ගේන් එකක් නැහැ කියා. ඒ කියන්නේ එහි ගේන් එක 0dB වේ (අනුපාත අගයක් ලෙස එය 1 වේ). එහි ඩිරෙක්ටිවිටි ගතියක් නැත; සෑම දිශාවටම සාධාරණ වේ.

තවද, ප්‍රායෝගික ඇන්ටනා සියල්ලම අයිසොට්‍රොපික් නොවන නිසා, ඒ සෑම ඇන්ටනාවක කුමන හෝ මට්ටමින් (කුඩා හෝ විශාල) ගේන් එකක් තිබෙනවාමයි (අයිසොට්‍රොපික් ඇන්ටනාවට සාපේක්ෂව). ඒවායේ රේඩියේෂන් පැටන් එක කිසිවිටක සවිධි ගෝලාකාරද නොවේ. ඇත්තටම ඇන්ටනාවක ගේන් එක අර්ථ දක්වන්නේ තනිවම අදාල ඇන්ටනාව සලකමින් නොවේ.

ඇන්ටනාවක ගේන් එක සෙවීමට ප්‍රායෝගිකව ඇන්ටනා 2ක් සැලකිල්ලට ගන්නවා (“අහවල් ජාතියේ ඇන්ටනාවකට සාපේක්ෂව අහවල් ඇන්ටනාවේ ගේන් එක කීයද?” යන්න මින් සොයා බැලෙනවා). ඉන් එකක් අපට ගේන් එක සෙවීමට අවශ්‍ය ඇන්ටනාව වන අතර, අනෙක සංසන්දනය සඳහා යොදා ගන්නා දර්ශීය ඇන්ටනාව (reference antenna) වේ.

යම් ඇන්ටනාවක Gain = (එම ඇන්ටනාවේ ජවය)/(දර්ශීය ඇන්ටනාවේ ජවය)

ඇත්තටම ඉහත සූත්‍රයේදී “එම ඇන්ටනාවේ ජවය” ලෙස දක්වා තිබෙන්නේ සලකා බලනු ලබන ඇන්ටනාවට යම් වොට් ගණනක සංඥාවක් ලබා දී වැඩිම සංඥා ප්‍රබලතාව පවතින දිශාව ඔස්සේ ඇන්ටනාවේ සිට ඈත නිශ්චිත ස්ථානයකදී මැනගත් සංඥා ප්‍රබලතා අගයයි. “දර්ශීය ඇන්ටනාවේ ජවය” යනු අර ඇන්ටනාව වෙනුවට එතැන දර්ශීය ඇන්ටනාව තැබුවොත්, එම වොට් ගණන සහිත සංඥාවක් ඊට ලබා දී මීට පෙර සංඥාව මැනපු තැන සිටම මැන්න විට ලැබෙන ප්‍රබලතා අගයයි.

ඉතිං, දර්ශීය ඇන්ටනාව ලෙස ගත්තේ අයිසොට්‍රොපික් ඇන්ටනාවක් නම්, ඊට සාපේක්ෂව සලකා බලනු ලබන ඇන්ටනාව සඳහා ලැබෙන ගේන් අගය absolute/isotropic gain (G_i) ලෙස නම් කෙරේ. එලෙසම, දර්ශීය ඇන්ටනාව dipole antenna එකක් නම්, ඊට සාපෙක්ෂව සලකා බලනු ලබන ඇන්ටනාවේ ගේන් එක dipole gain (G_d) ලෙස හැඳින්වේ. එලෙසම, දර්ශීය ඇන්ටනාව ලෙස ගත්තේ තරංග ආයාමයෙන් ¼ න් පංගුවකට වඩා කුඩාවට සෑදූ linear vertical conductor එකක් නම්, ඊට සාපේක්ෂව සලකා බලනු ලබන ඇන්ටනාවේ ගේන් එක vertical gain (G_v) ලෙස හැඳින්වේ. මේ සෑම ගේන් එකක්ම ඩෙසිබෙල් ඒකකයෙන් දක්වන අතර, ඉහත මුල් ආකාර දෙකෙහි ගේන් පිළිවෙලින් dB_i, dB_dලෙස දැක්වේ.

එනිසා, යම් ඇන්ටනාවක් ගැන විස්තර කියවන විට, එහි ගේන් එක කුමන වර්ගයේ ගේන් එකක්ද යන වග නිශ්චය කර ගන්න. මේ තුන් ආකාරයේ ගේන් අගයන් සමාන නැත. හැමවිටම dB_i අගය හා dB_d අගය අතර පහත ආකාරයේ සම්බන්දතාවක් තිබේ. උදාහරණයක් ලෙස යම් ඇන්ටනාවක ගේන් එක ලෙස දක්වා තිබුණේ 5dB_d ලෙස නම්, එහි dB_i අගය 5+2.15 = 7.15 ක් වේවි.

ඇන්ටනා ගේන් එක දැන සිටීම ඉතා වැදගත්ය. ඔබ සම්ප්‍රේෂනය කරන රේඩියෝ සංඥාව කොතරම් දුරක් යාවිද, එම සංඥාවෙන් රේඩියෝ විකිරණ අනතුරු මට්ටමක් තිබේද ආදී දේ හරිහැටි තක්සේරු කිරීමට එය අවශ්‍ය වේ.

උදාහරණයක් ලෙස, ඔබ යම් වොට් ගණනකින් සංඥා විසුරුවා හරිනවා යැයි සිතමු. මෙවිට එම අගය තරමක් කුඩායි නම් විකිරණ අනතුරු ඇතිවිය හැකි මට්ටමක නැතැයි එකවර සිතෙනු ඇත. එහෙත් එම ට්‍රාන්ස්මීටරය සවි කර තිබෙන්නේ ගේන් එක 5ක් වන ඇන්ටනාවකට නම් (ඇන්ටනාවක ගේන් එක හැමවිටම උපරිම අගයෙනුයි පවසන්නේ), එම පහේ ගේන් එක තිබෙන දිශාව ඔස්සේ ඇත්තටම ගේන් එකක් නොතිබෙන අවස්ථාවේදී පැවතිය හැකි විකිරණ මට්ටම මෙන් 5 ගුණයක පමණ විකිරණ මට්ටමක් දැන් තිබේවි. එම මට්ටම හොඳටම අනතුරුදායක විය හැකිය.

තවද, ඔබ හොඳ ගේන් එකක් තිබෙන ඇන්ටනාවක් භාවිතා කරන විට, ඔබට හැකියි එම ඇන්ටනාව අවශ්‍ය දිශාවට කරකවා සම්ප්‍රේෂන සිදු කරන්න. එමඟින් තමන්ගේ හෝ අහල පහල අයගේ සන්නිවේදන/ඉලෙක්ට්‍රොනික් උපකරණවලට සිදු විය හැකි ඉන්ටර්ෆරන්ස් වලක්වා ගත හැකියි.

එලෙසම කුඩා වොට් ගණනක් භාවිතා කරමින් විශාල දුරක් සන්නිවේදනය කිරීමටද ඉන් හැකියාව ලැබෙනවා. ගේන් එක වැඩි වන අනුපාතයට දළ වශයෙන් සන්නිවේදනය කළ හැකි දුරද වැඩි වෙනවා. මෙවැනි තත්වයක් එනිසා weak signal mode සඳහා අනිවාර්යෙන්ම භාවිතා කිරීමට සිදු වෙනවා.

ට්‍රාන්ස්මීටරයෙන් ඇන්ටනාවට යවන සංඥා වොට් ගණන විතරක් දැන සිටීම ප්‍රමාණවත් නැත. ඉන් සත්‍ය ප්‍රායෝගික තත්වය පිළිබිඹු නොවේ. ට්‍රාන්ස්මීටරයේ වොට් ගණන අප දන්නවානෙ (එය ට්‍රාන්ස්මීටර් දත්ත පත්‍රිකාවේ තිබෙනවා; මනින මීටරයකින්ද බැලිය හැකියි). එහෙත් එම ජවය තරමක් නොමඟ යවන සුලුය. ඊට ප්‍රධාන හේතු දෙකක් තිබෙනවා. එකක් නම් මොහොතකින් සලකා බලන්නට යන VSWR නමින් හැඳින්වෙන සාධකයේ බලපෑමයි. දෙවැන්න ඇන්ටනා ගේන් එකයි. ගේන් එක බලපාන අයුරු ඔබ දැනටමත් දන්නවා. ඒ ගැන තවත් කරුණක් විස්තර කරන්නම්.

ඇන්ටනාවෙන් පිටවන රේඩියෝ තරංගවල ශක්තිය/ජවය තමයි වැදගත්ම කරුණ වන්නේ. මනංකල්පිත අයිසොට්‍රොපික් ඇන්ටනාවක් නම් යොදා ගන්නේ ඇන්ටනාවට එන ජවය සෑම දිශාවකටම සමාන ආකාරවලින් විසුරුවා හැරේවි. එහෙත් අප භාවිතා කරන ගේන් සහිත ඇන්ටනාවලදී යම් දිශා ඔස්සේ අඩුවෙන්ද තවත් දිශා ඔස්සේ වැඩියෙන්ද රේඩියෝ තරංග යැවේ. එනිසා ගේන් එක වැඩි පැත්තේ සත්‍ය ලෙසම දැනෙන ජවය වැඩිය. මෙම සත්‍ය ලෙස දැනෙන ජවය effective power හෝ equivalent power ලෙස හඳුන්වනවා. මෙලෙස ඇන්ටනා ගේන් එක පැත්තේ ඇති සත්‍ය දැනෙන ජවය හෙවත් ඉෆෙක්ටිව් පවර් එක අපට ගණනය කර ගත හැකියි ඇන්ටනාවට ට්‍රාන්ස්මීටරයෙන් සැපයූ ජවයත්, ඇන්ටනාවේ ගේන් එකත් දන්නවා නම්. ඉහතදී විස්තර කළ ආකාරයට ගේන් වර්ග 3ක් තිබෙන නිසා, මේ අනුව effective/equivalent power ද වර්ග 3ක් හමු වේ.

යම් ඇන්ටනාවක ගේන් එක ලෙස දක්වා තිබෙන්නේ G_i නම් (එනම් අයිසොට්‍රොපික් ඇන්ටනාවකට සාපේක්ෂව ගේන් එක), එවිට වැඩිම ගේන් එක තිබෙන පැත්තේ ඉෆෙක්ටිව් ජවය පහත දැක්වෙන ඉතාම සරල සූත්‍රයෙන් ගණනය කළ හැකි අතර, එම ඉෆෙක්ටිව් ජවයට equivalent isotropically radiated power (eirp) යැයි කියනවා.

eirp = (ට්‍රාන්ස්මීටරයෙන් ඇන්ටනාවට සැපයූ ජවය) x G_i

එලෙසම යම් ඇන්ටනාවක ගේන් එක ලෙස දක්වා තිබෙන්නේ G_d නම් (එනම් ඩයිපෝල් ඇන්ටනාවකට සාපේක්ෂව ගේන් එක), එවිට වැඩිම ගේන් එක තිබෙන පැත්තේ ඉෆෙක්ටිව් ජවය පහත ආකාරයට ගණනය කළ හැකි අතර, එම ඉෆෙක්ටිව් ජවයට effective radiated power (erp) යැයි කියනවා.

erp = (ට්‍රාන්ස්මීටරයෙන් ඇන්ටනාවට සැපයූ ජවය) x G_d

එලෙසම ඇන්ටනා ජවය G_v වලින් දී තිබේ නම්, එවිට effective monopole radiated power (emrp) පහත ආකාරයට ගණනය කළ හැකිය.

emrp = (ට්‍රාන්ස්මීටරයෙන් ඇන්ටනාවට සැපයූ ජවය) x G_v