සන්නිවේදනය හා ආධුනික ගුවන් විදුලිය (Amateur radio) 99

Transmission Line

කාටත් පෙනෙන ඇන්ටනාවට අමතරව, ඇන්ටනාවක් ක්‍රියාකාරී වීමට තවත් කොටස් ගණනාවක් අවශ්‍ය වෙනවා. ඇන්ටනාවද ඇතුලුව මෙම කොටස් ඇන්ටනා පද්ධතියක් (antenna system) ලෙස හැඳින්වේ. ඇන්ටනා පද්ධතියක අත්‍යවශ්‍යම කොටස් දෙක වන්නේ ඇන්ටනාව හා සම්ප්‍රේෂන රැහැන (transmission line) වේ. ඊට අමතරව, antenna tuner, balun/unun යන කොටස්ද පැවතිය හැකිය (මේවා ගැනත් විස්තර පසුව සොයා බලමු).

ට්‍රාන්ස්මීටරයේ සිට ඇන්ටනාවට සංඥා විදුලිය ගෙන යන්නේ සම්ප්‍රේෂන රැහැන (transmission line) හෙවත් tx line හෙවත් feed line එකෙනි.

ඇන්ටනාවක පමණක් නොව, ඕනෑම පරිපථයකදී විදුලි සංඥාවක්/බලයක් ගමන් කරවීමට සන්නායක/වයර්/මාර්ග දෙකක් අවශ්‍යයි. සංඥා ප්‍රභවයේ (signal source) සිට ගමන ආරම්භ කරන මාර්ගය signal path ලෙසද, එම සංඥාව යම් උපාංගයකට ගොස් නැවත එතැන් සිට සංඥා ප්‍රභවය දක්වා එන මාර්ගය signal return path ලෙසද හඳුන්වමු. හැමවිටම විදුලිය එලෙස යම් තැනකින් පටන් ගෙන නැවත සිටි තැනටම ආ යුතු අතර, එසේ වටයක් ගමන් කරන නිසා ඊට පරිපථයක් (circuit) කියා හැඳින්වෙනවා.

රේඩියෝ තාක්ණයේදී බැලැන්ස්ඩ් හා අන්බැලැන්ස්ඩ් වෙනස ශබ්ද තාක්ෂණයේදී එම වචන දෙක යොදා ගන්නා ක්‍රමයට වඩා තරමක වෙනසක් ඇත. රේඩියෝ තාක්ෂණයේදී, සිග්නල් පාත් එක හා සිග්නල් රිටර්න් පාත් එක යන දෙකම එකළඟින් සමාන්තරව තබා ඇති විට, ඊට බැලැන්ස්ඩ් කියා කියනවා. ඒ අනුව සියලු පැරලල් සම්ප්‍රේෂන රැහැන් බැලැන්ස්ඩ් වේ. මෙවිට සිග්නල් පාත් එකේ ගමන් කරන සංඥාවට වඩා අංශක 180ක කලා වෙනසක් සහිත අපවර්තිත සංඥාවකි (inverted signal) සිග්නල් රිටර්න් පාත් එකේ ගමන් කරන්නේ. මෙම පාත්/වයර් දෙකම පොලොවට අර්ත් කරන්නේ නැති අතර, එනිසා පොලොවට සාපේක්ෂව හැමවිටම මෙම වයර් දෙකෙහි වෝල්ටියතා අගය සමානය (බැලැන්ස්ඩ් යන නම යෙදෙන්නේ එනිසාය).

ඇන්බැලැන්ස්ඩ් සම්ප්‍රේෂක රැහැනකදී වයර් දෙක එක්කෝ එකළඟ නැත; නැතහොත් එකිනෙකට සමාන්තර නැත. සියලු කොඇක්සියල් කේබල් මීට නිදසුන්ය. බොහෝවිට කොඇක්සියල් කේබලයේ පිටින් ඇති වයරය (බ්‍රේඩ් එක) පොලොවට අර්ත් කරනවා. එනිසා පොලොවට සාපේක්ෂව කේබලයේ වයර් දෙකේ පවතින වෝල්ටියතා අගයන් වෙනස්ය (අන්බැලැන්ස්ඩ් කියා කියන්නේ එනිසයි).

සටහන

ශබ්ද තාක්ෂණයේදී (music and sound mixing) යම් ශබ්ද යන්ත්‍රයක සිට තවත් යන්ත්‍රයකට ශබ්ද සංඥා ගෙන යෑමේදී, balanced audio cables, unbalanced audio cables ඉතාම වැදගත් කරුණකි. සාමාන්‍යයෙන් එක් ශබ්ද පටයක් (mono sound) යැවීමට සුපුරුදු ලෙසම වයර් දෙකක් තිබීම සෑහෙනවා. මේ සඳහා කොඇක්සියල් කේබලයක් යොදා ගන්නා අතර, එය අන්බැලැන්ස්ඩ් ඕඩියෝ කේබලයක් ලෙස හඳුන්වනවා.

මොනෝ ශබ්දයක් යැවීමට වයර් 3ක් යොදා ගන්නා විට, ඊට බැලැන්ස්ඩ් ඕඩියෝ කේබලයක් කියා කියනවා. මෙහිදී එක් වයරයක් ඔස්සේ සාමාන්‍ය ශබ්ද සංඥාව යවනවා. අනෙක් වයරයෙන් එම සංඥාවේම අංශක 180ක කලා වෙනසක් සහිත සංඥාව (inverted signal) යවනවා. මෙලෙස එකම සංඥාව දෙවිධියකින් යවන විට differential signal ලෙස හැඳින්වෙනවා. තෙවැනි වයරය අර වයර් දෙකේම රිටර්න් වයරය ලෙස ක්‍රියා කරනවා. අවසාන උපකරණයේදී මෙම ඉන්වර්ටඩ් (අපවර්තිත) සංඥාව නැවත අංශක 180ක කලා වෙනසකට පත් කර සංඥා දෙකම එකතු කරනවා.

බැලැන්ස්ඩ් කේබලයක තිබෙන වාසිය තමයි භාහිර අනවශ්‍ය රේඩියෝ තරංග ආදියෙන් කේබලය තුලින් ගමන් කරන සංඥාවලට ඇතිවන විකෘති වීම (noise) ඉවත් කිරීමයි. එය සිදු වන්නේ මෙසේය. යම් භාහිර සංඥාවක් නිසා කේබලයේ යම් විකෘති විදුලි සංඥාවක් ජනිත වන විට, එය සන්නායක දෙකෙහිම ඇති වේ. දෙකෙහිම ඇත්තේ එකම සංඥාව වුවත්, සංඥා දෙක අංශක 180ක කලා වෙනසකින් පවතින නිසා, එම විකෘති සංඥාව එකිනෙකට ප්‍රතිවිරුද්ධ වන ආකාරයට එම වයර් දෙකට බලපානවා. එනම්, අවසානයේදී ඩිෆරන්ෂල් සංඥාව සලකා බලන විට, විකෘති සංඥාව ඉවත්ව යයි. මෙය උපමාවකින් කියතොත්, ඔබ කැට ගහන කොට 3ට වැඩියෙන් වැටෙනවට ඔට්ටුව රුපියල් 10ක් අල්ලා, ඔබම 3ට අඩුවෙන් වැටෙන විට ඔට්ටුව රුපියල් 10කට අල්ලනවා වාගේය. කුමන අගයක් ලැබුණත්, එක ඔට්ටුවක් පරදිනවා; අනෙක් ඕට්ටුව දිනනවා. අවසානයේ ඔබ දිනන්නේවත් පරදින්නේවත් නැහැ.

බැලැන්ස්ඩ් කේබල් අනෙකට වඩා මිල අධිකය (අඩුම ගානේ අනෙකට වඩා 30%ක් පමණ මිල අධික වේ). එහෙත් යම් ශබ්ද උපකරණ දෙකක් අතර ශබ්ද සංඥා ගෙන යන විට, එම දුර අඩි 10කට වඩා වැඩි නම් බැලැන්ස්ඩ් කේබල් යොදා ගැනීමෙන් ශබ්ද කොලිටිය වැඩි වේ (භාහිර විකෘති නැති වීමෙන්).

සංඥා සඳහා පමණක් නොව, සාමාන්‍ය විදුලි බලය සඳහාද මෙලෙස වයර් දෙකක් අවශ්‍ය වෙනවා - එකක් විදුලිය විදුලිබල ප්‍රභවයේ (electric power source) සිට උපකරණ දක්වා ගෙන යන live/hot/phase line එක වන අතර, අනෙක නැවත විදුලි ප්‍රභවයට එම විදුලිය එන neutral line එකයි.

සංඥා ගමන් කරන මාර්ග/සන්නායක පිහිටුවන ක්‍රමය අනුව ට්‍රාන්ස්මිෂන් ලයින් වර්ග කිහිපයක් දළ වශයෙන් හඳුනා ගත හැකියි - single wire earth return method, parallel wire transmission line, coaxial transmission line, microstrip line. මේ කුමන ආකාරයේ ට්‍රාන්ස්මිෂන් ලයින් එකක් වුවද, මීට පෙරද විස්තර කර තිබෙන පරිදි, ඊට යම් සම්බාදක අගයක් තිබේ. ෆීඩ්ලයින් එකක සම්බාදක අගය characteristic impedance (Z₀) ලෙස හැඳින්වෙනවා. ඉහත ක්‍රමවලින් හැමවිටම වාගේ භාවිතා කරන පැරලල් හා කොඇක්සියල් ක්‍රම දෙක ගැන පමණක් සලකා බලමු.

සටහන

single wire earth return (SWER) ක්‍රමයේදී පැහැදිලිවම එක් සන්නායකයක් පෙනෙන්ට තිබෙන අතර, විදුලි පරිපථය සම්පූර්ණ කරන අනෙක් සන්නායකය ලෙස පොලොව ක්‍රියාත්මක වේ. සාමාන්‍යයෙන් මෙම ක්‍රමය වඩා උචිත වන්නේ විදුලි සංඥා ඇන්ටනාවකට ගෙන යෑමට වඩා, (අධිබලැති) විදුලි බල ශක්තිය බෙදා හැරීමේ ක්‍රමයක් ලෙසයි.

තවද, බැලූබැල්මට SWER වගේ පෙනුනත් එසේ නොවන තවත් ක්‍රමයක් තිබෙනවා single wire method කියා. සින්ගල් වයර් ක්‍රමය හාස්කමකි මොකද එක සන්නායකයකින් විදුලිය ඉන් යැවිය හැකියි. අප දේව වාඛ්‍යය මෙන් පිලිගන්නා නියමය (එනම් විදුලියක් ගමන් කිරීමට හෙවත් විදුලි පරිපථයක් ක්‍රියාත්මක වීමට සන්නායක දෙකක් අවශ්‍ය යැයි කීම) ඉන් උල්ලංඝනය වේ. මෙම ක්‍රමයේ පුරෝගාමියා සුප්‍රකට ටෙස්ලා (Nicholas Tesla) වේ. මෙම ක්‍රමය හරිහැටි අවබෝධ නොකර ගත් පිරිසක් අදටත් විවිධාකාරයේ ගුප්ත/අවිද්‍යාත්මක අදහස් අන්තර්ජාලය පුරා පතුරුවනවා (free energy නම් පුලුල් මාතෘකාව යටතේ). මෙහිදී ඇත්තටම විදුලි අනුනාද ගුණය යොදා ගනී. අවශ්‍ය නම් මේ ගැන තවත් කරුණු සොයා උගත හැකිය.

SWER ක්‍රමයත් වඩා ප්‍රයෝජනවත් වන්නේ ඈත ප්‍රදේශවලට විදුලිබල සේවා ව්‍යාප්ත කිරීමටයි. ඉතා ලාභෙට (සාමාන්‍ය ක්‍රමයට වඩා 50%ක් ලාභයි), maintenance හෙවත් නඩත්තු වියදමද ඒ ප්‍රමාණෙටම ලාභෙට, ආරක්ෂාව සාමාන්‍ය පද්ධතියේ ලෙසම ඇති නමුත් තරමක් අකාර්යක්ෂමව විදුලිය සැපයිය හැකියි (මා දන්නා තරමින් ලංකාවේ තවමත් මෙම ක්‍රමය යොදා නොගැනේ). පහත දැක්වෙන්නේ මෙම ක්‍රමය ප්‍රායෝගිකව සකස් කර ගන්නා අන්දමයි.

විදුලි ජනකයෙන් නිපදවෙන සාමාන්‍ය විදුලිය විදුලි (උප)පොලේදී ස්ටෙප්-අප් ට්‍රාන්ස්ෆෝමරයක ප්‍රාථමික දඟරයට සම්බන්ද කරනවා. එහි ද්විතියික දඟරයේ එක් අග්‍රයක් පමණක් තනි සන්නායකයක් ලෙස කිලෝමීටර් සිය දහස් ගණනක් දුරට අදින අතර, අනෙක් අග්‍රය ඉතා හොඳින් පොලොවට අර්ත් කරනවා. මෙම තනි සන්නායකය ඈතට ගමන් කරන අතරේ තැනින් තැන ස්ටෙප්-ඩවුන් ට්‍රාන්ස්ෆෝමර් (distribution transformer) සවි කර ඉන් විදුලිය ලබා ගෙන ඒ අවට ප්‍රදේශයට සපයනවා. මෙම ට්‍රාන්ස්ෆෝමයේද ප්‍රාථමික දඟරයේ එක් අග්‍රයක් විදුලිය ගෙන යන තනි වයරට සම්බන්ද කරන අතර අනෙක් අග්‍රය අර්ත් කරනවා. දැන් පොලොව තමයි නියුට්‍රල් වයරය ලෙස ක්‍රියාත්මක වී විදුලි පරිපථය සම්පූර්ණ කරන්නේ. ඉහත ආකාරයට ට්‍රාන්ස්ෆෝමර් වර්ග 2ක් භාවිතා කරන නිසා, ජෙනරේටරය හා විදුලි පාරිභෝගිකයන්ගේ උපකරණ ඍජුවම අර්ත් වී නැත (එනිසා මෙම ට්‍රාන්ස්ෆෝමර් දෙකම isolating transformer ලෙස නම් කරනවා).

microstrip ක්‍රමය පරිපථ පුවරු (PCB) මත සාමාන්‍යයෙන් යොදා ගන්නා ක්‍රමයකි. මයික්‍රොස්ට්‍රිප් හැරුණහම stripline, slotline, coplanar, twinstrip ආදී ලෙස තවත් ඊට ආසන්න ට්‍රාන්ස්මිෂන් ලයින් වර්ග කිහිපයක් තිබේ. මෙවැනි PCB මත සාදන ට්‍රාන්ස්මිෂන් ලයින් ක්‍රම සියල්ල පොදුවේ planar transmission lines ලෙස හැඳින්විය හැකි අතර, ඒ ගැන අප මෙහිදී සලකා බලන්නේ නැත.

Parallel wire හෙවත් open wire ක්‍රමයේදී සංඥා ගෙන යන රැහැන්/සන්නායක දෙක පහත රූපයේ ආකාරයට පවතී. මෙම සන්නායක දෙක තමයි සිග්නල් පාත් හා සිග්නල් රිටර්න් පාත් ලෙස ක්‍රියාත්මක වන්නේ. සන්නායක දෙක අතර පරතරය දිගටම එක සමාන නිසා එම වයර් දෙක එකිනෙකට සමාන්තර (පැරලල්) වේ. ඇත්තටම මෙම පරතරය වෙනස් වන විට එහි සම්බාදක අගය වෙනස් වේ.

මෙම කේබල් එක (වයර්/සන්නායක කිහිපයක් එකට ඇති විට ඊට cable කියා කියනවා) හැකි තරම් ඍජුව පවත්වා ගත යුතුය. ප්‍රායෝගිකව විවිධ තැන්වලින් මේ කේබලය යවන විට නැමීමට සිදු වන අතර, මෙම නැමීම හැකි තරම් විශාල කෝණයකින් පවත්වාගත යුතුය.

පැරලල් වයර් ක්‍රමය ප්‍රායෝගිකව ක්‍රියාත්මක කිරීමේදී ආකාර කිහිපයක් ඇත (සුලු සුලු වෙනස්කම් සහිත). එකක් නම් twinlead ක්‍රමයයි. එහිදී සන්නායක දෙකෙහි ඒකාකාර පරතරය පවත්වාගෙන යන්නේ එම සන්නායක දෙක අතර පරිවාරක කොටස මඟිනි. ladder line ලෙස තවත් ආකාරයක් තිබේ. එහිදී සන්නායක දෙක අතර නියත පරතරය පවත්වා ගෙන යෑමට තැනින් තැන සවිමත්ව පරිවාරක කොටස් තිබේ. මෙවිට එහි පෙනුම ඉනිමඟක් (ladder) වැනි නිසයි ඊට ලැඩර් ලයින් කියා නම ලැබී තිබෙන්නෙත්.

ඇත්තටම කෙලින්ම ලැඩර්ලයින් මිලදී ගැනීමට හැකි අතර, අවශ්‍ය නම් වෙන වෙනම සන්නායක දෙකක් ගෙන, ලැඩර්ලයින් එකක් සාදා ගත හැකියි insulating spacers භාවිතා කරමින් (සුදුසු ප්ලාස්ටික් වර්ගයක් හෝ දැව පවා යොදා ගත හැකියි).

coaxial wire හෙවත් coax cable පහත ආකාරයට සාදා තිබේ. එහිදී මැද ඍජු සන්නායකයක් (core conductor) ඇත. මෙම සන්නායක හරය තනි කම්බියක් (solid conductor) ලෙස හෝ කම්බි කෙඳි මෙන් සකස් කළ හරයක් (stranded conductor) ලෙස සකසා තිබිය හැකිය. එය සිග්නල් පාත් එකයි. එය වට කරගෙන යම් සිලින්ඩරාකාර ඝන පරිවාරක (dielectric) කොටසක් ඇත. ඊට පිටතින් සන්නායක දැලක් (Shield) ඇත. මෙම ෂීල්ඩ් එක ලෝහ දැලක් (braid) ලෙස හෝ සිහින් ලෝහ තහඩුවක් (foil) ලෙස තිබිය හැකිය. සමහර උසස් කේබල්වල මේ දෙකම එකට තිබේ. ෂීල්ඩ් එක සිග්නල් රිටර්න් පාත් එකයි. බ්‍රෙයිඩ්හි කම්බි මහත් වන තරමට හා දැලේ සිඳුරු කුඩා වන තරමට කොඇක්සියල් කේබලය හොඳය. තවත් ඉතා උසස් කොලිටියෙන් යුතු කේබල්වල ෂීල්ඩ් ස්ථර 4ක් ඇති අතර ඒවා quad-shield ලෙස හැඳින් වේ. ඊටත් පිටින් ආරක්ෂක දැඩි කවරය (jacket) ඇත. බොහෝවිට එය pvc වලින් සාදා ඇත.

කොඇක්සියල් කේබල් වර්ගය පැරලල් කේබලයට වඩා ඉතා හොඳින් භාහිර රේඩියෝ තරංග බාධාවන්ට (Radio Frequency Interference – RFI) ඔරොත්තු දෙනවා මොකද මැද කම්බිය වට කර ගෙන තිබෙන දැල ෆැරඩේ කූඩුවක් ලෙස ක්‍රියාත්මක වෙනවා. ඒ හරහා යවන සංඛ්‍යාතය ඉහලට යන්නට යන්නට වටේ ස්ක්‍රීන් දැලේ සිඳුරුවල විශාලත්වය කුඩා විය යුතුය (ෆැරඩේ කූඩු ගැන පාඩම මතක් කර බලන්න). පිටත සිට ඇතුලතට RFI ඇති වීම මින් වලකනවා පමණක් නොව, කේබලයේ මැද කම්බිය දිගේ යන සංඥා නිසා පිටතට රේඩියෝ විකිරණය වීමද මින් විශාල ලෙස අඩු කරනවා (එනම් ඔබේ සංඥාවලින් පිටත අයට/උපකරණවලට RFI ඇති නොවේවි). සමහර මිල අධික කොඇක්ස් කේබල් තිබෙනවා බ්‍රේඩ් 2ක් තිබෙනවා (මෙමඟින් ෂීල්ඩ් එක තවත් ප්‍රබල වේ).

සමහර අවස්ථාවල සංඥා හායනය අවම කිරීමට කේබලයේ මැද තඹ කම්බිය වටේට රිදී ආලේප කර ඇත. කේබලයේ මිල අවම කිරීමට හා කේබලයට වැඩි ශක්තියක් ලබා දීමට කේබලයේ මැද කම්බිය වානේවලින් සාදන අවස්ථා තිබෙනවා. එවිට, එම වානේ කම්බිය වටේට තඹ ආලේප කරනවා එහි සංඥා හායනය අඩු කිරීම සඳහා (චර්මීය ආචරණය පාඩම බලන්න).

කොඇක්සියල් කේබල්වල සංඥා ගමන් කරන්නේ එහි සන්නායක දෙක අතර ඇති ඩයිඉලෙක්ට්‍රික් කොටස තුලයි (එනම් පිටතින් එම සංඥාවලට බාධා කිරීමට අපහසුය). කොඇක්සියල් කේබලයේ ඩයිඉලෙක්ට්‍රික් කොටස ඉතා වැදගත්ය. ඊට යොදා ගන්නා ද්‍රව්‍යයේ ස්වභාවය අනුව කේබලයේ ගතිගුණ වෙනස් වේ. විශේෂයෙන් සෑම කේබලයකම තිබෙන velocity factor (VF) නම් ගතිගුණයට එය බෙහෙවින් බලපානවා (VF ගැන පසුවට සටහනක් ඇත). ඩයිඉලෙක්ට්‍රික් ලෙස යොදා ගන්නා ප්‍රචලිත ද්‍රව්‍ය කිහිපයක් නම්, polyethelene (PE), Teflon හෙවත් poly-tetra-fluoro-ethylene (PTFE) වේ. මෙම ද්‍රව්‍ය දෙක වුවත් ආකාර කිහිපයකින් යොදා ගනී. PE ට වඩා PTFE තත්වයෙන් උසස්ය (වෙලෝසිටි ෆැක්ටර් අගය විශාලය).

ඩයිඉලෙක්ට්‍රික් එක නිසා යම් සංඥා හායනයක් සිදු වේ (එනම් ලොස් එකක් ඇත; එය dielectric loss කියා හඳුන්වමු). එනිසා ඩයිඉලෙක්ට්‍රික් ලෙස වාතය පවත්වාගත හැකි නම් එම හායනය අවම වේ. මැද කම්බිය හා ෂීල්ඩ් එක අතර තැනින් තැන ටෙෆ්ලෝන් වැනි විශේෂිත ද්‍රව්‍යයකින් “මුක්කු සාදා” හිඩැස් ඇති කර ඒ තුල වාතය රඳවා තිබෙන පරිදි සෑදූ කේබල්ද ඇත (හායනය තවත් අඩු වී වෙලෝසිටි ෆැක්ටර් එක වැඩි වේ). සමහරවිට PE තනි ඝනයක් ලෙස නොසාදා එහි සිඳුරු සහිතව සාදනවා (foam polyethelene (FP) ලෙස එවැනි ඩයිඉලෙක්ට්‍රික් හඳුන්වනවා). මෙවිටද ලොස් එක අඩු වේ; වෙලෝසිටි ෆැක්ටර් එක වැඩි වේ. පහත දැක්වෙන්නේ කොඇක්සියල් කේබල් සඳහා බහුලවම යොදා ගන්නා ඩයිඉලෙක්ට්‍රික් කිහිපයක වෙලෝසිටි ෆැක්ටර් අගයන්ය. සමස්ථ කොඇක්සියල් කේබලයේ වෙලෝසිටි ෆැක්ටර් අගයට මෙම ඩයිඉලෙක්ට්‍රික්හි වෙලෝසිටි ෆැක්ටර් අගය විශාල ලෙස අනුලෝමව බලපානවා.

Dielectric Type	Propagation Velocity
Solid Polyethylene (PE)	0.659c (c=light speed)
Foam Polyethylene (FE)	0.800c
Foam Polystyrene (FS)	0.910c
Air Space Polyethylene (ASP)	0.840c-0.880c
Solid Teflon (ST)	0.694c
Air Space Teflon (AST)	0.850c-0.900c