EMPEDANS UYGUNLAŞTIRMA

 

Empedans Uygunlaştırma
Tv alıcısı ile anten arasındaki sistemde her noktada empedans uygunlaştırmanın sağlanması gerekir. Aksi halde gelen sinyal zayıflar hem de hat üzerinde ileri geri yansıyan dalgalar oluşur. Bu da alıcıda, yansıyan resimlerin oluşmasına neden olur. Anten ile TV alıcısı arasındaki empedans uygunlaştırma iki şekilde yapılır.

Anten Sisteminde Empedans Uygunlaştırma
Tv alıcısı ile anten arasındaki sistemde, her noktadan empedans uygunluğunun sağlanması gerekir. Aksi halde hem gelen sinyal zayıflar hem de hatlar üzerinde ileri geri yansıyan dalgalar oluşur. Bu da alınan resimde istenmeyen yansıma gölgelerine sebep olur. Anten sisteminde, alıcı ile anten arasındaki iletkenler ve empedans uygunlaştırıcılar görülür.

Bazı alıcıların anten giriş terminalleri iki fiş (fiş basan) girişlidir. Bu alıcılara 240 Ω (ohm)’luk simetrik kablolar doğrudan doğruya bağlanabilir. Eğer iniş kablosu koaksiyel ise empedansı 60 Ω’dur. TV girişinde empedans uygunluğunu sağlayan bir palsin (Sims-5) kullanmak gerekir. Balun, 60 Ω’dan 240 Ω’a geçişte empedans uygunluğu sağlarken aynı zamanda dengesiz hattan dengeliye geçiş sağlar. Sims-5 aslında iki ayrı transformatörün birleşmesiyle oluşur. İki transformatör arasındaki manyetik kuplaj yoktur. Çekirdek ortadan kırılmış olsa da çalışma bakımından bir fark olmaz. Ancak kullanışlılık sağlandığından tek parça olarak yapılırlar.

Transmisyon (İletim) Hatları

Rf iletim hatları, RF güç kaynağından bir yüke, genellikle bir antene (anten de bir yüktür), kaynağın ürettiği RF gücünün nakledilmesine yarayan hatlara verilen genel isimdir. Elektromanyetik enerjiyi almakla ya da göndermekte kullanılan hatlara ”Transmisyon (iletim)” hatları denir. 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.

İletim hatları ikiye ayrılır:
– Dengeli (Balance) hat: Bir gidiş teli, bir de dönüş teli varıdr. Gidiş ve dönüş telleri tek bir kablo içerisindedir. Dengeli hatların özelliği, topraklama istemez.
– Dengesiz (Unbalanced) hat: Dönüş hattı toprak olan kablodur. Koaksiyel kablolar dengesiz hatlara örnektir.
– Her nakil hattının kendine özel bir karakteristik (Zo) empedansı varıdr.

Bu karakteristik empedans:
– Hattın yapısal boyutlarına
– İletkenlerinin aralık mesafesine
– Yapımında kullanılan dielektrik (yalıtım) maddesinin cinsine bağlıdır.

Boşlukta yayılan elektromanyetik bir dalganın akım ve voltaj dağılımı, kendine has bir oranti dahilinde gerçekleşir. Bu oranı:

E/I=120π(pi)’dir.

Bu hesap yaklaşık olarak 377 Ohm’dur. Yani boşluğun karakteristik empedansı Zo = 377 Ohm’dur. İletim 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(duran dalga oranı) değeri vardır. Nakil hattı herhangi bir uzunlukta olabilir. Bu tip iletim hattına ”Dengesiz (Non – resonant -ayarsız)” nakil hattı veya düz (Flat) nakil hattı denir.

Antenlerde SWR değeri önemli bir faktördür. Anten yapımında ve hesabında göz ardı edilmemelidir. Eğer nakil hattının karakteristik empedansına uymuyorsa yüksek SWR vardır. Bu durumda iletim hattı frekansla uyumlu boyda kesilirse SWR bir miktar düşürülebilir. Bu tip transmisyon hattına ”çalışma frekansına ayarlı (Resonant – dengeli) iletim hattı” diyoruz. Ayarlı olarak kullanılacak nakil hattını, aşağıda verilen formüllere uygun olarak keserseniz, SWR’nin daha düşük bir değer gösterdiğini göreceksiniz:

Uzunluk (metre)= 300.Vƒ / F

Uzunluk (feet) = 983,6.Vƒ / F

Vf= Nakil hattı hız faktörü

F= Frekans (MHz olarak)

Hız Faktörü

RF enerjisinin hat boyunca ışık hızında hareket ettiği düşünülür ancak bu hız iletkenler arasındaki yalıtımı (dielektrik) maddesi hava ise (boşluk =vacuum = free space) doğru olur. Eğer nakil hattındaki iletkenler arasında havadan başka bir yalıtım 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, iletim 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 yalıtkanlık sabitesini eklemek gerekir. Bu gecikme hız faktörü (Velocity Factor) olarak isimlendirilir ve yalıtkanlık sabitesine doğrudan bağlıdır. Aşağıdaki formülle ifade edilir:

Vƒ= 1/√e

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:

1/    4λ=245,9/f . Vƒ olarak hesaplanır.

İletim hattının kendisinin sisteme bir SWR eklenmemesi için, uzunluğu boyunca genel (uniform) bir karakteristiğe sahip olması gereklidir yani imalat hataları olmamalıdır. Bu çok önemli bir faktördür. Bu olay özellikle koaksiyel nakil hatlarında çok önem kazanmaktadır ve koaks nakil hattının her noktasındaki karakteristik empedansı aynı olmalıdır. Çok fazla bükülmüş olduğu görülen koaksiyel kablolarını bu sebepten dolayı RF enerjisi naklinde kullanmamak gereklidir. Çünkü bükülen noktadaki empedansı mesela 80Ω’a yükselmiş ise antenin besleme noktasındaki empedansı 50Ω ise bu durumda; böyle bir hatta 80/50 =1,6 SWR mevcut olacaktır. 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 ölçülüdür. Elektriksel uzunluk daima fiziksel uzunluktan fazladır. Bunun sebebi 1 saykılın (frekansın 1 periyodunun) zaman olarak uzunluğu frekansına bağlıdır. Fakat iletim hattı içindeki seyahat mesafesinin zamanı RF enerjisinin boşluktaki hızına bağlıdır. Ancak boşluktaki hızından daha azdır.

Bundan dolayı yalıtkanlık sabitesi ile ilgili ifadeye ayrıca şu ifadeyi de eklemek gerekir: RF enerjisinin boşluktaki hızının hat içindeki hızına oranına hız faktörü (Velocity factör) denir. Tipik bir koaksiyel kablo için bu faktör 0.66’dır.

Mükemmel bir besleme hattının karakteristik empedansı L/C orantısına eşittir. Bu ifade ”İletkenlerin direnç 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 artırıldığında azalır. Böylece birbirine yakın geniş çaplı iletkenlerden oluşmuş bir besleme hattı  oldukça düşük bir karakteristik empedans gösterecektir. Diğer taraftan ince ve hayli aralıklı bir beslenme hattı ise oldukça yüksek bir karakteristik empedansa sahip olacaktır. Genel olarak paralel nakil hatlarında 200 ila 800 Ω’luk empedanslar görülmektedir. Tipik koaksiyel nakil hatlarında ise 30 ila 100Ω’luk 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.

KAYNAK: T.C. MİLLİ EĞİTİM BAKANLIĞI
ELEKTRİK ELEKTRONİK TEKNOLOJİSİ Dergisi

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Şu HTML etiketlerini ve özelliklerini kullanabilirsiniz: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>