Transmisyon Hatları
RF Transmisyon hatları hepimizin bildiği gibi RF güç kaynağından bir Yük’e, genellikle bir antene (anten de bir yüktür), kaynağın ürettiği RF gücünün nakledilmesine yarayan hatlara verilen genel isimdir. Bunlara Nakil (Transmission ) hattı ya da Besleme hattı (Feedline) denilmektedir. Mükemmel bir nakil hattı, kendisine uygulanan tüm RF enerjisini kendisi yayın yapmadan kayıpsız olarak antene ulaştıran hattır.
Her nakil hattının kendine özel bir karakteristik ( Zo )empedansı vardır. Bu karakteristik empedans hattın yapısal boyutlarına, iletkenlerinin aralık mesafesine, son olarak da yapımında kullanılan dielektrik (Yalıtım) maddesinin cinsine bağlıdır.
Boşlukta yayılan elektromanyetik bir dalganın akım ve voltaj dağılımı kendine has özel bir orantı dahilinde gerçekleşir.Bu orantı :
E
------- = 120 pi’dir
I
Bu hesap yaklaşık olarak 377 Ohmdur. Yani boşluğun karakteristik empedansı Zo = 377 Ohmdur.
Transmisyon hattının karakteristik empedansı, eğer bu hat bir anteni besliyorsa, yani diğer bir deyişle yük bir anten ise ve antenin karakteristik empedansına çok yakın bir değerde ise düşük bir SWR değeri vardır ve nakil hattı herhangi bir uzunlukta olabilir. Bu tip transmisyon hattına ayarsız ( Non-resonant ) nakil hattı veya Düz ( Flat ) nakil hattı denir.
Eğer nakil hattının karakteristik empedansı antenin karakteristik empedansına uymuyorsa yüksek SWR vardır. Bu durumda transmisyon hattı frekansla uyumlu boyda kesilirse SWR bir miktar düşürülebilir. Bu tip transmisyon hattına çalışma frekansına Ayarlı ( Resonant ) transmisyon hattı diyoruz. Resonant olarak kullanılacak nakil hattını aşağıda verilen formüllere uygun olarak keserseniz SWR’nin daha düşük bir değer gösterdiğini göreceksiniz :
300 x Vf
Uzunluk ( Lambda ) metre = -------------------
F
983.6 x Vf
Uzunluk( Lambda ) feet = -------------------- olacaktır.
F
Vf = Nakil hattı hız faktörü ( Velocity factor ) F = Frekans ( MHz olarak)
Hız Faktörü:
RF enerjisinin hat boyunca ışık hızında hareket ettiği düşünülür ancak bu hız eğer iletkenler arasındaki dielektrik (yalıtım) maddesi hava ise ( boşluk = vacuum= free space ) doğru olur , eğer nakil hattındaki iletkenler arasında havadan başka bir dielektrik maddesi kullanılmışsa bu durumda enerjinin hızı biraz düşük olacaktır.
Elektrik akımı boşluk ( Vacuum ) dışındaki başka herhangi bir ortamda ışık hızında hareket etmez.Bundan dolayı belli bir frekanstaki işaretin, transmisyon hattı boyunca hareketi için gerekli olan zaman, aynı işaretin boşluktaki aynı mesafedeki hareketi için gerekli olan zamandan uzundur. Yani bir gecikme söz konusudur ve bu gecikme, hattın özelliklerinin bir fonksiyonu olarak ortaya çıkar ve buna iletkenler arasına konulan yalıtkan maddenin Dielektrik Sabitesini eklemek gerekir. Bu gecikme Hız faktörü (Velocity Factor) olarak isimlendirilir ve dielektrik sabitesine doğrudan bağlıdır ve de aşağıdaki formülle ifade edilir :
1
VF = -----------------------------------------------
Karekök e (Dielektrik sabitesi)
Tam dalga boylarındaki formülü yukarıda vermiştik , ancak çeyrek dalga boyu nakil hattı aynı zamanda empedans uygulayıcı ( ¼ lambda stub ) olarak kullanıldığı için ayrı bir formül kullanmak hesaplamayı kolaylaştıracaktır :
245,9
¼ Lambda = ------------- x VF olarak hesaplanabilir.
f
Transmisyon hattının kendisinin sisteme bir SWR eklememesi için, uzunluğu boyunca uniform bir karakteristiğe sahip olması gereklidir yani imalat hataları olmamalıdır bu çok önemli bir faktördür. Bu olay özellikle Koaksiyal nakil hatlarında çok önem kazanmaktadır ve koaks nakil hattının her noktasındaki karakteristik empedansı aynı olmalıdır. Çok fazla bükülmüş olduğu görünen Koaksiyal kabloların bu sebepten dolayı RF enerjisi naklinde kullanmamak gereklidir.Çünkü bükülen noktadaki empedansı mesela 80 Ohm’a yükselmiş ise, antenin besleme noktasındaki empedansı 50 Ohm ise bu durumda böyle bir hat’ta 80 / 50 = 1,6 SWR mevcut olacaktır ve zaman zaman SWR’yi bir türlü düşüremediğimiz de böyle bir olasılığın varlığının düşünülmesi gereklidir.
Nakil hattının elektriksel uzunluğu frekansla ilgilidir ve Dalga boyu ( Lambda ) ile ölçülür ve elektriksel uzunluk daima fiziksel uzunluktan fazladır.Bunun sebebi 1 saykılın (frekansın 1 periyodunun) zaman olarak uzunluğu frekansına bağlıdır. Fakat transmisyon hattı içindeki seyahat mesafesinin zamanı RF enerjisinin boşluktaki hızına bağlıdır. Ancak boşluktaki hızından daha azdır.
Bundan dolayı dielektrik sabitesi ile ilgili ifadeye ayrıca şu ifadeyi de eklemek gerekir. ‘’RF enerjisinin Boşluktaki hızının Hat içindeki hızına oranına Hız faktörü (Velocity factor) ‘’ denir.
Tipik bir koaksiyal kablo için bu faktör 0.66 dır.
Mükemmel bir Besleme hattının karakteristik empedansı L/C orantısına eşittir. Bu ifade ‘İletkenlerin rezistif (Ohm) değerleri sıfırdır ve aralarında hiç sızıntı yoktur’ demektir. L ve C burada birim uzunluktaki nakil hattının endüktif ve kapasitif değerleridir. Endüktif değeri kullanılan iletkenin çapı arttırıldığında azalır, kapasitif değeri ise iletkenler arasındaki mesafe arttırıldığında azalır. Böylece birbirine yakın geniş çaplı iletkenlerden oluşmuş bir besleme hattı oldukça düşük bir karakteristik empedans gösterecektir. Diğer taraftan ince ve hayli aralıklı bir besleme hattı ise oldukça yüksek bir karakteristik empedansa sahip olacaktır. Genel olarak paralel nakil hatlarında 200 ila 800 omluk empedanslar görülmektedir. Tipik koaksiyal nakil hatlarında ise 30 ila 100 omluk empedanslar görülür.
Eğer besleme hattının karakteristik empedansı Zo ile yükün karakteristik empedansı R, birbirine çok yakın veya eşit ise yani R = Zo ise , bu durumda böyle bir hattaki akım , uygulanan voltajın karakteristik empedansa bölümüne eşit olacaktır yani:
I = E / Zo
buradan devredeki Güç için Ohm kanunu ile hesap edilebililinir:
P2 = E / Zo veya P2 = I x Zo olacaktır.
Eğer besleme hattının karakteristik empedansı ile yükün karakteristik empedansı eşit değilse yani R ile Zo arasında fark varsa böyle bir hat uygunsuz bir hat olarak adlandırılır. Böyle bir hatta yüke yani R’ye ulaşan gücün ( Incident power = Forward power ) bir kısmı emileceğinden kalanı sanki bir duvara çarpmış gibi geriye yansıyacaktır ( Reflected power ).
Bu iki gücün voltajlarının oranına yani Ulaşan ve Yansıyan voltajların birbirine oranına Yansıma katsayısı ( Reflection coefficient ) denir.
Er
Reflection Coeff = -------- olacaktır
Ef
Ve Yansıma katsayısı hiçbir zaman 1’den büyük olamaz.
Er = yansıyan voltaj ( Reflected voltage )
Ef = ulaşan voltaj ( Forward voltage ) .
Tabiatiyle bu olay sadece yansıma katsayısı değil fakat SWR ile de bağlantılıdır besleme hattındaki maksimum voltajın minimum voltaja oranı da VSWR yani duran dalga voltajı olarak ortaya çıkacaktır.
Emax
VSWR = -------------
Emin
Maksimum akım ile minimum akımın oranı da VSWR ile aynı neticeyi verecektir.
Imax Emax Imax
VSWR = ---------- aynı zamanda ---------- = -----------
Imin Emin Imin
olduğu açıktır. Eğer yük reaktans göstermiyorsa bu takdirde :
R
SWR = -------
Zo
olur. Aynı zamanda R yükü Zo empedansından küçük ise :
Zo
SWR = --------
R olacaktır.
Biz pratikte SWR’ yi ileri güç ile yansıyan gücün ölçülmesinin radyo amatörleri için mümkün olduğundan ( SWR metre ) kullandığımız formüller biraz daha değişik olabilir :
Karekök (Fwd pwr) + Karekök (Ref pwr)
VSWR = ----------------------------------------------------------
Karekök (Fwd pwr) – Karekök (Refpwr)
Denklemi bir örnek ile anlatırsak daha iyi anlaşılacaktır :
Wattmetre’de ölçtüğümüz İleri güç (Fwd pwr ) : 225 Watt, yansıyan güc (Ref pwr) : 25 Watt olsun . Formüle uygularsak :
Karekök ( 225 ) + Karekök ( 25 )
VSWR = --------------------------------------------------
Karekök ( 225 ) – Karekök ( 25 )
15 + 5 20 2
VSWR = -------------- = --------- = ------ = 2 / 1
15 – 5 10 1
----ooo---
Anlaşılmayan konu ve sorularınız için adresim belli. Lütfen çekinmeyiniz.
Pse -.-
Selam ve sevgilerimle .Her şey gönlünüzce olsun.
73’s de Özhan Önder TA3BQ
İzmir
Linkback: https://www.radyoamatorleri.com/index.php?topic=780.0
Konuyu Paylaş
25 Nisan 2012, 14:42:16