සන්නිවේදනය හා ආධුනික ගුවන් විදුලිය (Amateur radio) 111

Cubical Quad Antenna

ගේන් එක තවත් වැඩි කර ගත හැකියි යැගී ඇන්ටනාවක වින්‍යාසයකින් ලාජ් ලූප් එක සෑදූ විට. මෙවන් ඇන්ටනා Quad හෝ Cubical quad ඇන්ටෙනා ලෙස හැඳින්වේ. එනම්, සාමාන්‍ය යැගී ඇන්ටනාවේ තිබූ ඩයිපෝලය වෙනුවට මෙවැනි තරංග ආයාම එකක දිගක් සහිත ලූප් එකක් ඩ්‍රිවන් එලිමන්ට් එක ලෙස යොදා ගැනේ. ඊට අමතරව, සාමාන්‍යයෙන් රිෆ්ලෙක්ටරය හා එක් ඩිරෙක්ටරයක් හෝ ඩිරෙක්ටර් කිහිපයක්ද යොදා ගැනෙන අතර, ඒවාද සකසා තිබෙන්නේ ඩ්‍රිවන් එලිමන්ට් එක මෙන්ම ලූප් එකක් ආකාරයටයි. සාමාන්‍යයෙන් සියලුම ලූප් චතුරස්‍රාකාර වේ.

එහිදී යැගී ඇන්ටනාවේදී විස්තර කළා මෙන්, රිෆ්ලෙක්ටරය තරංග ආයාමයට වඩා 5%ක් පමණ වැඩිපුර දිගක් ගත යුතු අතර, ඩිරෙක්ටරයද දළ වශයෙන් 5%ක් තරංග ආයාමයට වඩා අඩු දිගකින් තැබිය යුතුය (ඩිරෙක්ටර් කිහිපයක් ඇත් නම්, වැඩි වන සෑම ඩිරෙක්ටරයකම දිග ඊට පෙර ඩිරෙක්ටරයට වඩා සුපුරුදු ලෙස කොට කරමින් යා යුතුයි). එලිමන්ට් අතර පරතරද යැගී ඇන්ටනාවේ මෙන්මය. සුපුරුදු ලෙසම තරංග ආයාමය වෙලෝසිටි ෆැක්ටර් එකේ බලපෑම නිසා 5%ක පමණ අඩුවෙන් ගත යුතුය (හරියටම වෙලෝසිටි ෆැක්ටර් අගය දන්නෙහි නම්, එම අගයට ගැලපෙන දිගක් අඩු කළ හැකිය). පහත දැක්වෙන්නේ 8 element quad antenna එකකි.

කොඩ් ඇන්ටනාවක සාමාන්‍යයෙන් පහත ආකාරයේ රේඩියේෂන් පැටර්න් එකක් පවතීවි.

කොඩ් ඇන්ටනාවට ඉතා ළඟින් යන ඇන්ටනාවකි Quagi antenna. එය කොඩ් හා යැගී යන වින්‍යාස දෙකෙහි මිශ්‍රනයකි. එනම්, ඩ්‍රිවන් එලිමන්ට් එක හා රිෆ්ලෙක්ටරය කොඩ් ඇන්ටනාවක මෙන් ලූප් ලෙස සකස් කරන අතර, ඩිරෙක්ටර් එලිමන්ට් සාමාන්‍ය යැගී ඇන්ටනාවේ මෙන් කූරු ලෙස සකස් කරනවා. එලිමන්ට්වල දිගවල් හා පරතර පෙර විස්තර කළ පරිදිම වේ. ඕම් 50 කොඇක්සියල් කේබල් ෆීඩ්ලයින් ලෙස භාවිතා කළ හැකිය.

කැගී ඇන්ටනාවක රේඩියේෂන් පැටර්න් එක පහත ආකාරයට වේ. එය යැගී ඇන්ටනාවේ මෙන්ම ඩිරෙක්ටර් පිහිටා ඇති දිශාව ඔස්සේ මේන්ලෝබ් එක පිහිටයි.

Helix Antenna

හේලික්ස් ඇන්ටනාව helical antenna ලෙසද හැඳින්වේ. හේලික්ස් ඇන්ටනාව ආකාර දෙකකින් භාවිතා කළ හැකියි. සර්පිලයේ එක් රවුමක පරිධියේ දිග මත මෙම ආකාර දෙක තීරණය වේ. එම දිග තරංග ආයාමයෙන් 1/10 ක් වැනි පංගුවක් නම් (එනම් ඉලෙක්ට්‍රිකලි ස්මෝල් ඇන්ටනාවක් නම්), එය normal mode operation ලෙසද, තරංග ආයාමයක් හෝ වැඩි දිගක් සහිතයි නම්, එය axial mode operation ලෙසද හැඳින්වේ. හේලික්ස් ඇන්ටනාවකට හැමවිටම වාගේ හොඳ ග්‍රවුන්ඩ් එකක් අවශ්‍ය වේ. පහත රූපයේ හේලික්ස් එකේ යට ඇති සුදුපාට තැටිය ඇන්ටනාවට ග්‍රවුන්ඩ් එක ලෙස ක්‍රියාත්මක වේ (ක්වාර්ටර්වේව් ඇන්ටනාවේ රේඩියල් කූරු වගේ).

පළමුවෙන්ම හේලික්ස් ඇන්ටනාවක පරාමිතින් ගැන සොයා බලමු. සර්පිලයේ දිග (සර්පිලාකාර හැඩය එලෙසම තිබියදී තිබෙන දිග) H ලෙස පහත රූපයේ සඳහන් කර ඇත. එක් රවුමක සිට අනෙක් රවුමට ඇති දුර S වේ. සර්පිලයේ ඇති එවැනි රවුම්/වට ගණන N නම්, H=NS ලෙස සම්බන්දතාවක් ගොඩනැඟිය හැකියිනෙ. අලුපාටින් පෙන්වා තිබෙන්නේ ග්‍රවුන්ඩ් එකයි. ග්‍රවුන්ඩ්හි අරය අවම වශයෙන් තරංග ආයාමයෙන් ¾ ක්වත් විශාල විය යුතුය. D යනු සර්පලියේ ඇති රවුම්වල විශ්කම්භයයි. තවද, දකුණු පැත්තේ ඇති ත්‍රිකෝණයෙන් සර්පිලයේ ඇති තවත් වැදගත් පරාමිතින් කිහිපයක් වෙන් කොට (තවත් හොඳින් පැහැදිලි වන සේ ආකෘතික ගත කර) පෙන්වයි. එහි C වලින් දක්වන්නේ සර්පිල රවුමක පරිධිය වේ (සාමාන්‍ය වෘත්තයක පරිධිය සොයන පරිධිය = πවිශ්කම්භය යන සූත්‍රය). ත්‍රිකෝණයෙන් මෙම පරිධි දිගත් රවුම් දෙකක් අතර තිබෙන පරතරයත් අතර ඇති සම්බන්දතාවක් ගොඩනඟා ඇත. එහිදී ඇල්ෆා කෝණය වැදගත් පරාමිතියකි. එය pitch angle ලෙස හැඳින්වේ. එවිට, α=tan^-1(S/C) ලෙසද ප්‍රතිඅනුපාත සම්බන්දතාව මඟින් පිච් එක සෙවිය හැකිය.

කොඇක්සියල් කේබලයේ මැද කම්බිය හේලික්ස් එක කෙලවරටත්, එහි බ්‍රෙයිඩ් එක ග්‍රවුන්ඩ් එකටත් සවි කළ යුතුය.

දැන් නොර්මල් මෝඩ් ගැන විමසා බලමු. එය broadside mode ලෙසද හැඳින්වේ. මෙහිදී සර්පිලයේ එක් රවුමක පරිධියේ දිග (C) තරංග ආයාමයෙන් 1/10 ක් හෝ ඊට අඩු වන්නා සේම, සර්පිලයේ එක් රවුමක සිට අනෙක් රවුමට ඇති දුරද තරංග ආයාමයෙන් ¼ ක් පමණ විය යුතුය. මෙවිට ඇන්ටනාවෙන් රේඩියෝ තරංග විකිරණය වන්නේ වටේට (ඇන්ටනා අක්ෂයට ලම්භකව) වේ. ඒ කියන්නේ ඔම්නිඩිරෙක්ෂනල් ඇන්ටනාවකි.

මෙම ඇන්ටනාව ක්වාර්ටර්වේව් ඇන්ටනාවක් ලෙස ක්‍රියාත්මක වේ. එහෙත් කොයිලයක් ආකාරයට නිර්මාණය වී තිබෙන නිසා, සාමාන්‍ය ක්වාර්ටර්වේව් ඇන්ටනාවට වඩා අක්ෂ දිග කෙටි වන සේ සෑදිය හැකි වීම වාසියකි (loaded coil එකක් ඇති ඇන්ටනාවක් සේ). ඉලෙක්ට්‍රිකලි ස්මෝල් ඇන්ටනාවක් නිසා පොදුවේ සියලුම ඉලෙක්ට්‍රිකලි ස්මෝල් ඇන්ටනාවල තිබූ අවාසි මෙහිද ඇත. එහෙත් ඉතා කුඩාවට සෑදිය හැකි නිසා පෝටබල් උපකරණවලට උචිතය.

පෝටබල් සන්නිවේදන උපකරණවලට සවි කරන විට අනිවාර්යෙන්ම ඉහත රූපයේද පෙනෙන ආකාරයට ඇන්ටනාව රබර්/ප්ලාස්ටික් කොපුවක් තුල රඳවයි. මුල් කාලයේ භාවිතා වූ සෙල්ෆෝන්වල මෙම ඇන්ටනා සුලභ දසුනක් වුවත් අද වන විට තාක්ෂණය දියුණු නිසා ඇන්ටනාව ෆෝන් එක තුලම රඳවා ඇත. එහෙත් අදටත් ආධුනික ගුවන් විදුලියේ භාවිතා වන පෝටබල් උපකරණවල මේවා දැකිය හැකිය. මෙම ඇන්ටනාවල සුරතල් නාමය rubber ducky antenna වේ. stubby antenna ලෙසද සමහරුන් මේවා හඳුන්වනවා.

මෙම ඇන්ටනා භාවිතා වන්නට පෙර, සාමාන්‍යයෙන් ක්වාර්ටර්වේව් ඇන්ටනා භාවිතා විය. එහෙත් බහුලවම භාවිතා වූ VHF පරාසය සඳහා වුවත් මෙවැනි ඇන්ටනා අඩි කිහිපයක් දිග විය. එනිසා එම ඇන්ටනා අවශ්‍ය වෙලාවට පමණක් දිග හැරිය හැකි, අනෙක් වෙලාවට හැකිලිය හැකි telescopic antenna ආකාරයට තැනීය (අර රේඩියෝවල දික් කළ හැකි ඒරියල් තමයි ටෙලෙස්කෝපික් කියන්නේ).

ඊට අමතරව, සමහරුන් ඇන්ටනාව ක්වාර්ටර්වේව් දිගට වඩා අඩු කළේය. මෙවිට ඇන්ටනාවේ ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාද අගය බෙහෙවින් වැඩි වේ (ඇන්ටනා කූරක දිග අඩු කර ගෙන යන විට මෙය ඉබේම සිදු වෙන බව මීට පෙර අප සාකච්ඡා කර තිබෙනවා). එවිට, එවන් electrically small antenna වල ඇතිවන එම ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාදය ඉවත්/උදාසීන කිරීමට ප්‍රේරක ප්‍රතිබාදයක් සම්බන්ද කළ යුතු වෙනවානෙ. එය කළ හැක්කේ ඇන්ටනාවේ යට කෙලවරේ කොයිලයක් (loading coil) සවි කිරීමෙනි. මෙවන් ඇන්ටනා තමයි base-loaded antenna, loaded antenna වැනි නම්වලින් හැඳින්වේ.

එහෙත් හේලික්ස් ඇන්ටනාව වැදගත් වන්නේ මෙහි ඇන්ටනාවේ මූලික හැඩය තුලම කොයිලයක් තිබීමයි. එනම් අමුතුවෙන් යට ලෝඩිං කොයිලයක් අවශ්‍ය නැත. කෙසේ වෙතත් ක්වාර්ටර්වේ ඇන්ටනාවකට වඩා රබර් ඩක් ඇන්ටනාවේ ගේන් එක අඩුය; කාර්යක්ෂමතාවද අඩුය. Q අගය වැඩිය; එනිසා බෑන්ඩ්විත් එක අඩු වේ. මෙහි සර්පිල් රවුමේ විශ්කම්භය වැඩි කරගෙන යන විට, Q අගය ක්‍රමයෙන් වැඩි වේ (එනම් බෑන්ඩ්විත් එක ක්‍රමයෙන් අඩු වේ); ඉම්පීඩන්ස් අගය ක්‍රමයෙන් අඩු වේ. දළ වශයෙන් ඉම්පීඩන්ස් එක ඕම් 30ක් පමණ වේ.

දැන් බලමු ඇක්සියල් මෝඩ් ක්‍රියාකාරිත්වය ගැන. එය end-fire mode ලෙසද හැඳින්වේ. මෙහිදී හේලික්ස් එකේ රවුමක පරිධිය තරංග ආයාම 1ක් වේ. මෙවිට ඇන්ටනාවෙන් විකිරණය පිට වන්නේ වටේට නොව ඇන්ටනා අක්ෂය දෙකෙළවරිනි. එහෙත් සාමාන්‍යයෙන් යට අක්ෂ කෙලවරට ග්‍රවුන්ඩ් එකක් සවි කරන නිසා, එම පැත්තෙන් විකිරණය සිදු නොවේවි. මේන්ලෝබ් එක එම අක්ෂය ඔස්සේ පිහිටන අතර, පහත සූත්‍රයෙන් එහි හාෆ්බීම්විත් කෝණය (HPBW) හා නල්-ටු-නල් බීම්විත් කෝණය (FNBW) සෙවිය හැකිය.

මෙම අවස්ථාවේදී ඇන්ටනාවේ ගේන් අගය පහත සූත්‍රයෙන් සෙවිය හැකිය. සාමාන්‍යයෙන් C=λ හා S=0.23λ ලෙස ගන්නා නිසා, පහත සූත්‍රය 10log(0.8N) ලෙස සරල වේ.

මෙම අවස්ථාවේදී ඇන්ටනාවේ ඉම්පීඩන්ස් අගය 140C/λ යන සූත්‍රයට අනුව ලැබේ (c යනු ආලෝකයේ වේගය වේ). දළ වශයෙන් මෙම ඉම්පීඩන්ස් අගය 100ට වැඩිය. සාමාන්‍යයෙන් රවුම් දෙකක් අතර පරතරය (S) තරංග ආයාමයෙන් 0.23 ක් පමණ විය යුතුය. පිච් ඈන්ගල් එක අංශක 13ක් පමණ විය යුතුය.

තවද, මෙම ඇන්ටනාවේ බෑන්ඩ්විත් එක විශාලය (එනම් ඇක්සියල් ආකාරයේ හේලික්ස් ඇන්ටනාවක් බ්‍රෝඩ්බෑන්ඩ් වේ). එය ගණනය කරන්නේ මෙසේය. ඇන්ටනාවේ රවුමක පරිධිය (C) සාමාන්‍යයෙන් තරංග ආයාම 1ක් වන සේනෙ තබන්නේ. මෙවිට එම ඇන්ටනාව සපෝට් කරන තරංග ආයාම පරාසය වන්නේ එම තරංග ආයාමයෙන් (එනම් C වලින්) ¾ ක සිට 4/3 දක්වා වේ. තරංග ආයාම පරාසය දන්නා විට ඊට අනුරූප සංඛ්‍යාත පරාසය පහසුවෙන්ම ලබා ගත හැකියි. උදාහරණයක් බලමු.

යම් හේලික්ස් ඇන්ටනාවක් අනුනාද වන්නේ 300MHz ට යැයි සිතමු. එවිට එහි තරංග ආයාමය (c=fλ අනුව) 300,000,000/300,000,000 = 1මීටර් වේ. මෙවිට, එම ඇන්ටනාව එහි ¾ක ප්‍රමාණයක් හෙවත් මීටර් 0.75 සිට එහි 4/3 ක ප්‍රමාණයක් හෙවත් මීටර් 1.33 දක්වා සපෝට් කරයි. මීටර් 0.75 යනු සංඛ්‍යාතයක් ලෙස ලබා ගත් විට 300,000,000/0.75 = 400MHz වන අතර, මීටර් 1.33ක තරංග ආයාමය 226MHz වේ. ඒ කියන්නේ එම ඇන්ටනාව 400 – 226 = 174MHz ක සංඛ්‍යාත පරාසයක් සපෝට් කරනවා. Fractional Bandwidth අගය ලෙස එය 174/300 = 58% ක බෑන්ඩ්විත් එකකි.

ඇක්සියල් ආකාරයේ හේලික්ස් ඇන්ටනාවේ තවත් විශේෂයක් තිබේ. එනම්, ඉන් පිටවන විකිරණ circularly polarized වේ (හේලික්ස් ඇන්ටනාවේම නෝමල් ආකාරයේදී linearly polarized විකිරණයි පිට වූයේ). අපේ ඇන්ටනා පාඩම් මාලාවේ හමු වූ පළමු සර්ක්‍යුලර්ලි පොලරයිඩ් ඇන්ටනාව මෙයයි. ඇන්ටනාවේ සර්පිලේ රවුම් ගසන පැත්ත අනුව left ද right ද කියා තීරණය වේ. ඇන්ටනාවේ යට සිට උඩට යන විට සර්පිලයේ රවුම් ගසන්නේ වාමාවර්තව නම් ඉන් පිට වන විකිරණය වාමාවර්ත වන අතර රවුම් කැරකෙන්නේ අනෙක් පසට නම් එවිට දක්ෂිණාවර්තව විකිරණය පිට වේ.

යම් ඇන්ටනාවකින් රවුම් රවුම් ලෙස (එනම් සර්ක්‍යුලර්ලි පොලරයිස්ඩ් ලෙස) විකිරණය පිට වීමට කොන්දේසි කිහිපයක් අවශ්‍ය වේ. එනම්,

1. එකිනෙකට ලම්භකව විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර දෙකක් තිබිය යුතුය.

2. එම විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර දෙකම අගයෙන්/විශාලත්වයෙන් සමාන විය යුතුය.

3. එක් ක්ෂේත්‍ර දෙක අතර කලා වෙනස අංශක 90ක් විය යුතුය (එනම් එක් ක්ෂේත්‍රයක් උපරිම වී තරංග ආයාම ¼ කට පසුවයි අනෙක් ලම්භක ක්ෂේත්‍රය උපරිම විය යුත්තේ).

ඉතිං ඉහත ඇන්ටනා ආකාරයෙන් මෙම කොන්දේසි සැපිරෙන නිසා විකිරණ සර්ක්‍යුලර්ලි පොලරයිස්ඩ් වේ. එම ඇන්ටනාව එසේ හැසිරෙන්නේ කෙසේද යන්න සරලව ආකෘතිකව පෙන්වා දිය හැකිය. සර්පිලයේ එක් වටයක් පමණක් සලකමු. එම රවුම පැහැදිලි කිරීමේ පහසුව තකා කොටුවක් ආකාරයට සකස් කරගමු. දැන් පහත කොටුවේ මුලු දිග තරංග ආයාම 1කි. කොටුවේ එක් එක් අක්ෂය මත තරංග ආයාමයේ කොටස් පවතින ආකාරය තවත් පැහැදිලිව පෙන්වීමට එම කොටුවේ අක්ෂ ඒක රේඛීයව පිහිටන ලෙස ගෙන ඇත. එවිට යම් සංඥා තරංගයක් පිහිටන හැටි බලන්න. රවුම, කොටුව, හා සරල රේඛාවේ ඒ ඒ සථාන පහසුවෙන් සැසඳීම සඳහා ඉංග්‍රිසි අකුරු යොදා ඇති අතර, එම ඉංග්‍රිසි අකුරු මඟින් දක්වන කොටස් මත තරංග ආයාමයේ කොටස් වෙනස් වර්ණවලින් දක්වා ඇත.

A-B කොටස තුල පිහිටන සංඥා කොටස හා C-D කොටස තුල පිහිටන සංඥා කොටස සමපාත වේ. ඊට හේතුව AB කොටස තුල ධාරාව දකුණු පසට වැඩි වෙමින් යන අතර, ඊට විරුද්ධ දිශාව ඔස්සේ CD කොටස තුල ධාරාව ඍණ පැත්තට වැඩි වෙමින් ගමන් කරයි. මෙවිට දෛශික වශයෙන් ගත් කළ ඒ දෙකම සමකලා වේ. එම දෙකම එක ඒකකයක් ලෙස තිරස් සංරචකය ලෙස හඳුන්වමු. එලෙස BC කොටස හා DA කොටසත් එකිනෙකට සමකලා වේ. එම දෙක එක ඒකකයක් ලෙස සිරස් සංරචකය ලෙස හඳුන්වමු.

මෙම තිරස් හා සිරස් සංරචක දෙක අගයෙන් එක සමානය. තවද, ඒ දෙක එකිනෙකට ලම්භක වේ. තවද, එක් සංරචකයක් අනෙක් සංරචකයට තරංග ආයාම කාලකට පසුව මතු වේ. ඒ කියන්නේ සර්ක්‍යුලර්ලි පොලරයිස්ඩ් ආකාරයට විකිරනය වීමට අවශ්‍ය සියලු කොන්දේසි සැපිරී ඇත. ඇන්ටනාවේ එක් වටයකින් සිදු වන දේ අනෙක් වටවලින්ද සිදු වී ගේන් එක ඇන්ටනාවේ අක්ෂය දිගේ වැඩිපුර ඇති වේ.