සන්නිවේදනය හා ආධුනික ගුවන් විදුලිය (Amateur radio) 118

Horn Antenna

අධිසංඛ්‍යාතයන් සඳහා උචිත ඇන්ටනාවකි. waveguide එකක්ද මෙම ඇන්ටනාවේ ඇතුලත්ව ඇත. විශේෂයෙන්ම ඩිෂ් ඇන්ටනා සෑදීමේදී මෙය බහුලවම භාවිතා වේ. මෙය එක් දිශාවකට පමණක් විකිරණය යොමු කරන (හෝ එක් දිශාවකින් පමණක් රේඩියෝ තරංග ග්‍රහණය කරන) ඇන්ටනාවක් වන අතර, එනිසාම ගේන් එකත් විශාලය (ඩෙසිබෙල් 10කට වැඩිය). බෑන්ඩ්විත් අගයද විශාල වේ (10:1 ට වඩා).

මෙහි ආකාර කිහිපයක්ම ඇත – Pyramidal, Sectoral ආදි ලෙස. වේව්ගයිඩ් එකක් ගෙන එහි ඉදිරිපස කෝණිකව විශාල කළ (flare) විට ලැබෙන කොටස (horn) නිසා එය හෝන් ඇන්ටනාවක් ලෙස හැඳින්වේ. රවුම් හැඩයේ වේව්ගයිඩ්වලින්ද හෝන් ඇන්ටනා සෑදිය හැකි වුවත් හතරැස් හැඩයේ වේව්ගයිඩ්වලින් සාදා ගන්නා හෝන් ඇන්ටනා ප්‍රචලිතය. පහත රූපවල ආකාරයට එය සිදු කළ හැකිය. පහත රූපයේ උඩින්ම තිබෙන ආකාර දෙක තමයි සෙක්ටරල් කියා කියන්නේ. එහි වම් පැත්තේ ඇන්ටනාව E-Plane horn antenna ලෙස හැඳින්වෙන අතර (විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය පිහිටන දිශාවට කට විශාල කරන නිසා), දකුණු පැත්තේ ඇත්තේ H-plane horn antenna නමි (මේ දෙකේම පොදු නම තමයි සෙක්ටරල්). යටම ඇන්ටනාව පිරමිඩල් වේ.

සාමාන්‍යයෙන් TE10 මෝඩ් එකට ගැලපෙන අයුරින් වේව්ගයිඩ් කොටස (ඇන්ටනාවේ පිටුපස කොටස) සකසා ගන්න. වේව්ගයිඩ් එක නිකංම තිබුණත් එහි විවරයෙන් රේඩියෝ තරංග විකිරණය වුවත් එය ඉතාම අකාර්යක්ෂම වේ. එය අකාර්යක්ෂමතාව නැති කිරීමටයි එම කෙලවර යම් විදියකින් ලොකු කරන්නේ. එය සාමාන්‍ය ඩයිපෝල් ඇන්ටනාවක ෆීඩ්ලයින් එකේ හා ඇන්ටනාවේ සම්භාදක නොගැලපීමට සමාන තත්වයකි. හිස් අවකාශයේ (රික්තකයේ) සම්බාදක අගයක් ඇති අතර එය ඕම් 377ක් පමණ වේ (මෙම අගය ගණනය කරන හැටි අවශ්‍ය නම් සොයා බලන්න). දළ වශයෙන් වායුගෝලයේද එම අගයම ඇත. ඉතිං, වේව්ගයිඩ් එකේ සම්බාදක අගය ඊට වඩා වෙනස්ය. මෙම නොගැලපීම නිසා වේව්ගයිඩ් එකේ කෙලවරින් නැවත සංඥා කොටසක් පරාවර්තනය වේ (සාමාන්‍ය ඇන්ටනාවක ඉම්පීඩන්ස් මිස්මැච් එකකදී සිදු වන ලෙසම). එහෙත් ඉහත ආකාරයට හෝන් එකක් ඇති විට, ඉම්පීඩන්ස් මැච් වේ.

වේව්ගයිඩ් එක සාදන ආකාරය ඉගෙන ගත්ත නිසා, දැන් බලමු හෝන් කොටස සාදන අයුරු. පහත රූපය බලන්න. හෝන් එක වේව්ගයිඩ් එකේ කෙලවරින් පටන් ගනී. එහෙත් පහත රූපයේ ආකාරයට එම හෝන් එකේ ආනත රේඛා දෙක ඇතුලට දික් කළ විට යම් ලක්ෂ්‍යයකදී මුන ගැසේ. එවිට පහත ආකාරයට කෝණයක් නිර්වචනය කළ හැකි අතර එය angle of flare ලෙස හැඳින්වෙයි. එය හෝන් එකේ වැදගත්ම පරාමිතියයි. විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය පිහිටන දිශාවට සාදන කෝණය θ_E ලෙසද, ඊට ලම්භක දිශාවට සාදන කෝණය θ_H ලෙසද සංඛේතවත් කරමු.

මෙම කෝණය කුඩා වන විටත් විශාල වන විටත් ඇන්ටනාව අකාර්යක්ෂම වේ. එනිසා ප්‍රසස්ථ කෝණයක් ඇති ඇත. එනම්, හෝන් එකේ (කටේ - aperture) දිග සඳහා ප්‍රසස්ථ අගයක් තිබේ (කෝණය වැඩි වෙනවා යනු කටේ දිගද වැඩි වෙනවා යන්නයි).

E හා H දිශා දෙක සඳහා එම ඇපර්චර් දිගවල් පහත සූත්‍රවලින් ලැබේ. L_E යනු E-field එකේ දිශාවට කටේ/ඇපර්චර්හි ඇල දිග වන අතර L_H යනු H-field එකේ දිශාවට ඇපර්චර් ඇල දිගයි. පහත සූත්‍රවල ඇත්තටම කෝණ අගයේ බලපෑම සැඟව ඇත. යම් ඇල දිගක් ඔබ තීරණය කළ විට, ඊට අනුරූපව ප්‍රසස්ථම ඇපර්චර් දිග ගණනය කළ හැකියි.

ඇන්ටනාවේ ගේන් එක සුපුරුදු 4πAe_A/λ² යන සූත්‍රයෙන් සෙවිය හැකිය (A යනු ඇපර්චර් සයිස් එක හෙවත් හෝන් කටේ දිගxපලල වේ). ඒ අනුව ඇපර්චර් සයිස් එක වැඩි වන විට ගේන් එක වැඩි වන බව පෙනේ. එලෙසම සංඛ්‍යාතය වැඩි වන විටත් (ඇන්ටනාව වෙනස් නොවී) ගේන් එක විශාල ලෙස වැඩි වන බව පෙනේ. දල වශයෙන් හෝන් ඇන්ටනාවේ ගේන් එක 10A/λ² ලෙසද දැක්විය හැකිය.

Dish Antenna

දීසි ඇන්ටනාව ලෙස බොහෝ අය ව්‍යහාර කරන මෙම ඇන්ටනාව චන්ද්‍රිකා සන්නිවේදනයේදී නැතිවම බැරිය. පළමුව බලමු මේ ආකාරයට ඇන්ටනාවක් සෑදීමට තිබෙන අවශ්‍යතාව මොකක්ද කියා. සරල හාෆ්වේව්ලෙන්ත් ඩයිපෝලයක් ගන්න. එහි දිග සංඥා තරංග ආයාමයෙන් භාගයක්නෙ. උදාහරණයක් ලෙස, මෙගාහර්ට්ස් 100ක සංඥාවකදී එම ඩයිපෝලයේ දිග (300,000,000/100,000,000)/2 = මීටර් 1.5 කි. එය තරමක් විශාල දිගක්නෙ. දැන් බලමු ගිගාහර්ට්ස් 3ක සංඥාවකදී ඩයිපෝලයේ දිග. එය (300,000,000/3,000,000,000)/2 = මීටර් 0.05 ක් හෙවත් සෙන්ටිමීටර් 5කි. මෙම ඩයිපෝලය කොතරම් කුඩාද බලන්න. දීසි ඇන්ටනාවේ අවශ්‍යතාව තිබෙන්නේ මෙතැනයි.

ලොකු/දිග ඇන්ටනාවක් අවකාශයේ ඇති විට ඊට විශාල රේඩියෝ සංඥා ප්‍රමාණයක් හසු කර ගත හැකියිනෙ. එලෙසම කුඩා ඇන්ටනාවකින් ඉතා අඩු රේඩියෝ තරංග ප්‍රමාණයකුයි හසු කර ගත හැක්කේ. වැඩි සංඥා ප්‍රමාණයක් හසු කර ගැනීමට ඩයිපෝලයේ දිග වැඩි කරන්නටත් නොහැකිය. ඊට කළ හැකි පිලියම වන්නේ වෙනත් උපක්‍රමයකින් අවකාශයේ යම් විශාල ප්‍රදේශයක් හරහා ගමන් කරන සංඥා ප්‍රමාණයක් කුඩා ඇන්ටනාව වෙතට යොමු කිරීමයි. මෙම ඇන්ටනාවේ දීසියෙන් සිදු කරන්නේ අන්න එම කාර්යයි. දීසිය යනු පරාවර්තකයකි (reflector); අභිසාරි පරාවර්තකයකි (concentrator). එය උපමාවකින් තවත් පැහැදිලි කළ හැකිය. ඉතා විශාල මාලු දැලක් ඇති විට මාලුවන් විශාල ගණනක් අල්ලා ගත හැකි වුවත්, ලේන්සුවක් තරමේ මාලු දැලකින් එක මාලුවෙකුවත් අල්ලා ගත හැකිද? අධිසංඛ්‍යාත සංඥා සඳහා දීසියක අවශ්‍යතාව පෙනෙනවා නේද?

සටහන

දීසි ඇන්ටනාවත් එක්තරා විදියකට දුරෙක්ෂයක් (telescope) බඳුය (මූලිකව ටෙලෙස්කෝප් වර්ග දෙකකි). ජිල් බෝලයකට වඩා තරමක් විශාල ඇසක් අපට තිබුණාට, ඇස තුලට (දෘෂ්ඨිවිතානය මතට) පිටත සිට ආලෝකය ඇතුලු වන්නේ කුඩා කුහුඹියෙකු තරම්වත් නැති කුඩා සිඳුරකිනි. අපට මුලු ලොවම විචිත්‍රවත්ව පෙනෙන්නේ එලෙස ඇතුලු වන ආලෝක ප්‍රමාණයෙනි. එහෙත් දුරෙක්ෂයක් ගත්විට එහි කාචය (refractive telescope හි) හෝ පරාවර්තක කන්නාඩිය (reflective telescope හි) ඇසේ සිඳුරට වඩා දහස් හෝ දසදහස් හෝ ගණනකින් විශාලය. තනි ඇසකට ඇතුලු වන ආලෝකය (ඒ කියන්නේ විස්තර/දත්ත/තොරතුරු) මෙන් අතිවිශාල ප්‍රමාණයක් කාචය විසින් ගොනු කර ගෙන ඇසට ඇතුලු කරයි. එනිසයි සාමාන්‍ය/පියවි ඇසට (naked eye) නොපෙනන දේවල් දුරෙක්ෂයක් තුලින් පෙනෙන්නේ.

බොහෝ අය සිතන්නේ දුරේක්ෂයක් යනු ඈත තිබෙන වස්තුන් ළං කර බලන උපකරණයක් හැටියට වුවත්, ඇත්ත වශයෙන්ම ඉන් කරන්නේ යම් වස්තුවකින් නිකුත් වන වැඩි ආලෝක/දත්ත ප්‍රමාණයක් එකතු කර ඇසට යොමු කිරීමයි. ආලෝක වර්ෂ දහස් ගණනක් දුරින් තිබෙන ඩොට් එකක් වැනි තරුවක්, කොතරම් සිය හෝ දහස් ගුණයක් ළං කර බැලුවෙත් එය තවමත් පෙනෙන්නේ ඩොට් එකක් ලෙසමයි (එනිසා ළං කර බැලීමට උත්සහ කිරීමේ ප්‍රයෝජනයක් නැත). එහෙත් එතරම් ඈත නැති වස්තුවක නම් කිහිප ගුණයක් ළං කර බැලීමටද දුරේක්ෂ යොදා ගැනේ (කාච සහිත රිෆ්‍රැක්ටිව් දුරේක්ෂ). සාමාන්‍ය දෙනෙති (binoculars) මේ සඳහාම සාදා ඇත.

දීසි ඇන්ටනාවක දීසියකින් රේඩියෝ තරංග මෙන්ම සූර්ය රශ්මියද අභිසාරි කළ හැකිය. එවිට එය සූර්ය උදුනක් (solar cooker) ලෙස හැඳින්වේ.

ඩයිපෝලය කොතරම් කුඩා වූවාට පසුද දීසියක අවශ්‍යතාව තිබෙන්නේ? එයට එකවරම පිළිතුරක් දිය නොහැකිය. අවට අවකාශයේ පැතිරී තිබෙන අධිසංඛ්‍යාත සංඥා ප්‍රබලතාව අනුව එය තීරණය වේ. අවට සංඥා ප්‍රබල නම්, ඩයිපෝලය සෙන්ටිමීටර් ගණනක් වැනි කුඩා එකක් වුවද එතරම් ගැටලුවක් නැත. අප භාවිතා කරන සෙල්‍යලර් දුරකතනවල ඇත්තටම තිබෙන්නේ එවැනි කුඩා ඇන්ටනා තමයි. එහෙත් අධිසංඛ්‍යාත සංඥා ප්‍රබලතාව දුර්වල විට අනිවාර්යෙන්ම දීසී ඇන්ටනාවක් අවශ්‍ය වේ. චන්ද්‍රිකා සන්නිවේදනයේදී දීසි ඇන්ටනා භාවිතා වන්නේ ඒ නිසාය. චන්ද්‍රිකාවල සිට සංඥා එවන්නේ කුඩා වොට් ගණනකින් වන අතර, ඒවා සමහරවිට කිලෝමීටර් තිස් හතලිස් දහක් තරම් ඈත සිට පැමිණේ. ඊටත් අමතරව වායුගෝලය හරහා එන විට හායනයද සිදු වේ. එවිට පොලොව මතුපිටට එම සංඥා එන විට ඉතාම දුර්වල සංඥා ප්‍රබලතාවකුයි පවතින්නේ.

මේ අනුව, සංඥා ප්‍රබලතාව අඩු වන තරමට දීසියේ විශාලත්වය වැඩි කළ යුතුය. ඔබ දැක ඇති යෝධ දීසි ඇන්ටනා. ඒවා මඟින් සිතාගත නොහැකි තරම් දුර්වල සංඥා වුවද ග්‍රහණය කර ගත හැකියි (විශේෂයෙන් කිලෝමීටර් දසදහස් ගණන් ඈත තිබෙන චන්ද්‍රිකා හෝ ඈත අභ්‍යවකාශයේ ඇති යානාවලින් එන අතිදුර්වල සංඥා ඇල්ලීමට මේවා අවශ්‍ය වේ).

කෙසේ වෙතත් ගිගාහර්ට්ස් පරාසයේ තිබෙන සංඥා සඳහා දීසි ඇන්ටනා ඉතා උචිතය. තවද චන්ද්‍රිකා භාවිතා කරන්නෙත් ගිගාහර්ට්ස් පරාස නිසාත් එම චන්ද්‍රිකාවල සිට එන සංඥා දුර්වල නිසාත් නැවත පැහැදිලි වෙනවා චන්ද්‍රිකා සන්නිවේදනයට මේවායේ ඇති අවශ්‍යතාව (මීට පෙර මේ ගැන අප සලකා බැලුවා චන්ද්‍රිකා යොදා ගන්නා විවිධ සංඛ්‍යාත පරාස ගැන). පහත දැක්වෙන්නේ දීසි ඇන්ටනාවක ප්‍රධාන කොටස්ය.

පරාවර්තක දීසිය වෙතට සමාන්තරව එන රේඩියෝ සංඥා සියල්ල යම් ස්ථානයකට නාභිගත කෙරේ (focus). ඔබට පරාවර්තක දීසි මාදිලි කිහිපයකින් දැක ගන්නට ලැබේ. පහත දැක්වෙන්නේ ඉන් ප්‍රචලිතම ආකාර දෙකකි - axial (හෙවත් prime focus හෙවත් center focus) හා offset (හෙවත් off-axis).

එහෙත් මේ සියලුම ආකාර සමාන වේ. ගණිතයේ තිබෙනවා y=ax² ආකාරයේ ශ්‍රිත. එවා ප්‍රස්ථාරගත කළ විට පහත රතුපාට වක්‍රය ආකාරයේ හැඩයක් ලැබෙන අතර, මෙම හැඩය පරාවලය (parabola) ලෙස හැඳින්වේ. දැන් මෙම පරාවලය කරකැවූ විට පහත තිබෙන ත්‍රිමාන රූපය සාදයි. මෙම ත්‍රිමාන හැඩය paraboloid ලෙස හැඳින්වේ. ද්විමාන පැරබෝලා එකෙත් ත්‍රිමාන පැරබොලොයිඩ් එකෙත් යම් මැද ලක්ෂ්‍යයක් තිබෙනවා නාභිය (focus) නමින්. එහි ඇති විශේෂත්වය වන්නේ ඊට ලම්භකව පැමිණෙන කිරණයක් වක්‍රය හෝ වක්‍ර පෘෂ්ඨය මතින් පරාවර්තනය වනවා යැයි සිතුවොත් එම කිරණය නාභියට යොමු වේ.

ඇත්තටම දීසි ඇන්ටනාවක් සඳහා නිශ්චිතව භාවිතා කරන සූත්‍රය වන්නේ y=x²/4f වේ (එය ඉහත y=ax² යන පොදු සූත්‍රයට අනුකූලය). f යනු නාභි දුරයි. මෙම සූත්‍රය වලංගු වන්නේ ඉහත වම් රූපයේ ආකාරයට පැරබෝලා වක්‍රය කට උඩට සිටින සේ සිරස්ව තිබෙන විටයි. එහෙත් ඉහත දකුණු රූපයේ ආකාරයට පැරබෝලා වක්‍රය කට දකුණු පැත්තට සිටින සේ තිරස්ව තැබූ විට (එවිට x හා y අක්ෂ මාරු නොවේ) y² = 4ax යන සූත්‍රය යොදා ගත යුතුය. තවද, පහත රූපය බලන්න. එහි f යනු නාභි දුරද, d දීසියේ ගැඹුරද, D දීසියේ විශ්කම්භයද වේ. පහත දැක්වෙන සූත්‍රය මඟින් d හා D යන විචල්‍ය දෙක ආශ්‍රයෙන් නාභි දුර පහසුවෙන්ම ගණනය කළ හැකිය.

මෙන්න මෙම පැරබොලොයිඩ් එකකින් තමයි ගණිතානුකූලව බැලුවොත් දීසි ඇන්ටනාවක දීසිය සාදා ගන්නේ. එහෙත් දීසිය සඳහා සම්පූර්ණ පැරබොලොයිඩ් හැඩයම යොදා ගන්නේ නැත. ඒ වෙනුවට එම පැරබොලොයිඩ් එකෙන් තමන්ට අවශ්‍ය ඕනෑම තැනකින් (යට අඩියට සමීපව) යම් කොටසක් කපා ගත හැකිය. එම කොටසේ හැඩය රවුම් හෝ කොටු හෝ වෙනත් අක්‍රමවත් හැඩයක් හෝ විය හැකිය. හැඩය කුමක් වුවත් ගැටලුවක් නොවන්නේ එම කපා ගත් කොටස මතට වැටෙන කිරණ හැමවිටම නාභියට යොමු වන බැවිනි. මෙනිසා දීසි ඇන්ටනාවලට parabolic antenna ලෙසත් පවසනවා.

හරියටම පැරබොලොයිඩ් එකේ අඩියෙන් සමාකාර රවුම් කොටසක් කපා ගත් විට (තාච්චියක් මෙන් හැඩයක්) අප නිතර දකින ෆීඩ්හෝන් එක දීසිය හරි මැදින් තිබෙන ආකාරය ලැබේ (ඇක්සියල් ඩිෂ්). බලන්න මීට පෙර තිබූ පැරබොලොයිඩ් එක හා නාභිය තිබෙන විදිය. පැරබොලොයිඩ් එකේ අඩියෙන් නැතිව පැත්තෙන් කපා ගත් විට ඕෆ්සෙට් ඩිෂ් එක ලැබේ.

ඇක්සියල් හැඩයේ යම් ගැටලුවක් තිබේ. එනම්, ඇන්ටනා දීසිය මතට විකිරණ වැටීමට ඉන් බාධාවක් ඇති වේ. එවිට, ඇන්ටනාවේ කාර්යක්ෂමතාව මඳක් අඩු වේ මොකද ෆීඩ්හෝන් එකෙන් හා ෆීඩ්හෝන් එක නාභියේ රඳවා තිබෙන යකඩ කූරුවලින් දීසිය මතට වැටෙන්නට තිබෙන කිරණ වලක්වනවා. එය මඟ හැරිය හැකියි ඕෆ්සෙට් දීසියකින්. මෙවිට නාභිය තිබෙන්නේ දීසියට විකිරණ පැමිණෙන දිශාවෙන් ඉවත්වයි.

ඉහත ආකාර හැරුණහම තවත් විධි තිබෙනවා දීසියට ෆීඩ්හෝන් එක සම්බන්ද කරන. පහත දැක්වෙන්නේ එම අවස්ථා දෙකයි. Cassegrain ක්‍රමයේදී දීසියේ නාභියේ ෆීඩ්හෝන් එක රඳවන්නේ නැතිව ඒ වෙනුවට කුඩා උත්තල පරාවර්තකයක් සවි කරයි. එම උත්තල පරාවර්තකයෙන් එවිට රේඩියෝ තරංග දීසියේ මධ්‍යයේ තිබෙන ෆීඩ්හෝන් එකට නාභිගත කෙරේ. Greogarian ක්‍රමයේදී උත්තල පරාවර්තකයක් වෙනුවට අවතල පරාවර්තකයක් ඇති අතර රූපයේ පෙනෙන ආකාරයට ඉන්ද දීසියේ මධ්‍යයට කිරණ නාභිගත කෙරේ. කැසෙග්‍රේන් හා ග්‍රෙගරියන් යන ක්‍රම දෙකේදී යොදා ගන්නා කුඩා පරාවර්තකවල උත්තල/අවතල ස්වභාවය සුදුසු පරිදි පැවතිය යුතුය.