Teknik İndex  Ana Sayfa

Tek Eleman Manyetik U Anten


  by Wilfred Caron 

tercüme     ( translated by )    TA2IB      Ömer Kavas    Üsküdar
 

"Hmmm, o esrarengiz manyetik anten hakkında!"

    Tek eleman U anten uzun zamandan beri kullanılmaktadır. Bu zaman süresinde onun performansı ile ilgili birçok soru soruldu, örneğin"dengedeki bir yapı sinyali nasıl yayar?" ve"empedansı nedir?" Burada, bu sorulara cevap vermeye çalışacağız. Tek eleman U anteni basit olarak, katlanmış dipol antenin yarısıdır, buda bize başlangıç olarak katlanmış dipol antenin elektriksel özelliklerini anlatmat için iyi bir fırsat verir.                    
     Katlanmış dipol, merkezden beslemeli, yarım dalga dipol ile buna yakın bir diğer yarım dalga dipolun iki uçlarından şekil 1 deki gibi  bağlanmasıyla meydana gelmiştir. Elemanlar arsındaki boşluk 1/64 dalgaboyu ve bütün uzunluk yaklaşık olarak yarım dalgaboyudur. Bir dipol anteni, elektriksel olarak, bir rezistif bileşen ve iki reaktif bileşenden oluşan seri bir rezonans devresi olarak açıklanabilir. Bu kombinasyon sonucu oluşan empedans, rezonans frekansında, rezistif hale dönüşür çünki, rezonans durumunda reaktif bileşenler eşit fakat ters karakterlidirler ve birbirini yok ederler. Ve, son derece ince dipol için ortaya çıkan empedans 73.16 ohm olur.

 

     Yarım dalga dipol anteninin, sınırlı fiziksel boyutlarından dolayı, uzunluk/ çap oranına bağlı olarak 68 ohm luk bir direnci vardır.
     Katlanmış bir dipolün, seri rezonans devresine ek olarak, paralel bir rezonans devresi vardır. Paralel rezonans devresi, iki ucu birbirine bağlanmış paralel iki elemandan oluşur. Kısa devre yapılan bu iki uçta birbirine eşit voltajlar oluşur: yani, basit dipolde olduğu gibi voltaj ve akım dağılımları da aynı olur. Katlanmış dipolün her iki elemanının çapları aynı olduğu zaman, besleme noktası empedansı, basit dipolün empedansının dört katı olur. Teorik olarak, 4 x 73.16 = 293 ohm (pratikte daha az). Bundan dolayı, katlanmış dipollerde 300 ohm luk ikili besleme hattı kullanılır. 
    Akımın, paralel iki elemanda eşit olarak bölünmesinden dolayı, besleme noktası empedansında yükselme görülür. Besleme noktasındaki akımlarda bir bölünme olduğundan, besleme noktasındaki akım, basit dipoldeki akımın yalnızca yarısı kadardır. Böylece, her iki antenede aynı miktarda güç gönderildiğinde (veya anten tarafından alındığında) besleme noktasında, akımın yalnızca yarısı oluşur ve direnç 4 kat artar. Bu durum en iyi şekilde, aşağıdaki temel denklemin incelenmesi ile anlaşılır.

R = P/I2 ohms (1)

     Akımın (I) yarısını almak fakat gücü (P) sabit tutmanın anlamı, akımın 1/2 sinin karesi alındığında, onun denklemdeki sonuç değeri, karesi alınmadan önceki değerinin yalnızca dörtte biri olacaktır:

R = P/[I/2]2 = P/[I2 /4] 4P/ I2 = 300 ohms (2)

Kısa devre edilmiş, dengeli bir iletim hattı haline getirilmiş olan, katlanmış bir dipol nasıl olurda sinyalleri yayar? Dengelenmiş hatlar sinyal yaymazlar. Katlanmış dipol esas olarak dengesiz bir iletim hattıdır (yani sinyalleri yayar). Bunu anlamak için, paralel iki iletken ihtiva eden yayım hattından yalnızca birisinin merkezden beslendiğini kabul edelim, şekil 2(a) ve 2(b). Bu, kısa bir süre sonra göreceğimiz gibi, dengesiz bir hal oluşturur. Akımları ve sinyal kaynağına karşı oluşturulan empedansı bulabilmek için, dengesiz kaynak, biri push-push şeklinde, şekil 2(d), ve diğeri push-pull şeklinde, şekil 2(c), bir çift eşit kaynakla değiştirilmiştir.                                                   

     Şekil 2

    Önce push-push şeklini ele alalım. Basitleştirmek için, uzak uçtaki empedansı  Z L ile değiştirelim. Bu empedanslar hat boyunca değişerek, sinyal kaynağında Z 1 değerini alırlar.Bu durumda                  
ZI = ZO [ZL + ZO tan q/ ZO + ZL tan q] (3)          olur. 
ZO =  Paralel hatların empedansı   
ZL =  Sonlandırma empedansı                   
q =     elektriksel anlamda paralel hatların yarı uzunluğu                           
Z1 =  Sinyal kaynağının gördüğü empedans                               
        Kısa devre halinde  ZL = O,  olur ve (3) nolu denklem basitlenerek                
ZI = ZO tan q (4)  olur.
        Bunlardan sonra iletim hattındaki akım                          
 It = V/2Z1 (5)       şeklini alır.
       Push-push durumunda, şekil 2(d), voltaj kaynakları paraleldir. Bu durumda ZL yüklerinden hiç akım akmaz ve anten akımı,  
 Ia = V/2Za (6)      şeklini alır.
       Dengeli ve dengesiz kısımlara baktığımızda, akımların eşit olmadıkları açıkça görülür. Hattın sol tarafındaki akım                        

 Ileft = It + Ia/2 (7)

       olduğu zaman, sağ tarafta                      
 Iright = It - Ia/2 (8)       olur.
      Şekil 3 de, bir U antendeki akımların toplam ve farklarını frekansın fonksiyonu olarak görebiliriz.                            
Şekil 3

    Katlanmış dipol antenin yarısı, toprak düzleminin üzerinde, sanki katlanmış tekli bir anten tipi  gibi çalıştırılabilir. Bu, tekli U antenin asıl yapısını oluşturur. Bu şartlar altında, ideal geçirgenliğe sahip toprak düzlemdeki U antenin giriş empedansı, yarım dalga katlanmış dipol antenin empedansının yarısı, yani yaklaşık olarak 150 ohm dur.                                       
    Şekil 4 de asıl katlanmış  anten yani U anten görülmektedir. Katlanmış temel tekli anten ile U anten arasındaki fark, U antenin oldukça kısa olmasıdır. Bir anteni kısaltmak, onun ışıma direncini azaltır. General Dynamics firması, 4.27 metre boyunda 10(c) kW lık, 2- 30 MHz aralığında: 2 den 8 MHz e ve 8 den 30 MHz bandında çalışan bir U anteni geliştirmiştir. 
    U tipli manyetik antende topraklamanın önemi büyüktür. Toprak olarak kabul edilecek düzlemin yapısı hakkında orjinal metinde detaylı bilgi verilmemiştir. Olması gereken ideal toprak, çok geniş yüzeyli metal bir düzlemdir, fakat bunun pratikte gerçekleştirilmesi olanaksızdır. Böyle bir düzlem yerine iletkenliği yüksek, hava şartlarına dayanıklı, uygulaması kolay olan bakır tellerlerin kullanılmasının daha uygun olacağı, araştırma ve geliştirme çalışmalarımızdan elde edilen bir sonuçtur. Amatörlerin büyük çoğunluğunun antenlerini kurdukları, binalarındaki çatı katlarının, kiremit üstlerinde oluşturulacak bakır örgü düzlemler iyi sonuçlar verecektir.-TA2IB-     
Şekil 4

     General Dynamics'in  U anteninin orta kısımlarında, anten üst bantlarda kullanılırken devreye giren, anten empedansını yeniden ayarlamakta kullanılan bir kısa devre anahtarı vardır. Bu anahtar, iletim hattı uzunluğunu azaltarak, iletim hattı akımlarının ve antenin endüktif reaktansının düzelmesine yardım eder. Bu kısa devre anahtarı, antenin ışıma akımlarını veya ışıma paternini etlilemez. Temel olarak, ışıma paterni yatay düzlemde çok yönlüdür. Endüktif özelliği olan bir anten, şekil 5 te görüldüğü gibi, değişken kapasitörlerle gelen sinyallere göre ayarlanabilir veya uygun hale getirilir.                                             

Şekil 5

    General Dynamics'in  yüksek güç gerektiren U antenlerinin ayarları için de özel ayar kapasitörlerine ihtiyaç vardır. 1000 pF, 500 ampere dayanabilen ve 45 000 volt seviyelerindeki kapasitörleri kullanmak iyi olur. Şekil 6 da, General Dynamics'in tekli U anteninde kullanılan Cp ve Cs  kapasitörlerin ayar eğrileri görülmektedir.                                                
Şekil 6

     U anten üzerinde yapılan testler göstermiştirki, bu ayar teknikleri  kullanılarak 1.3:1 durağan dalga oranı ( SWR ) elde edilebilir. -30- Wilfred Caron. 
    Yazarın Önerileri:                 
    Anlatılmakta olan tekli U anteni, aynı tipteki DDRR anteni gibi, manyetik antenlere bir örnektir. Ümit ederim ki, birileri burada anlatılanlarla ilgilenir debir tane tekli U anteni yapar.Aşağıda verilen formüller U anteni yapacaklara yardımcı olacaktır.                  
Yükseklik = 28/F ( MHz olarak)

İletkenler arasındaki boşluk = Yükseklik/28

       Sonuçlar feet olacaktır ve iletkenler arası boşluk, 1 foot'un yüzdeleri kadar olur. 1' ( foot) =0.3048 metre. Örnek olarak, bu hesapları 160 m U anteni için yapalım.                                  

Yükseklik = 28/1.8 = 15.56 ft.       Ve boşluk = 15.56/28 = .57 ft.              yani ışıyan elemanlar arası     .57 x 0.3048 = 0.17 m ==== 17 cm 

     Ayar kapasitörlerinden Cp, paralel kapasitör, 2000 pF olmalı, seri kapasitör Cs nin değeri de 150 pF olmalıdır. Her ikiside yüksek voltaja dayanabilmelidir. Bu değerler yazıdaki tablolardan alınmıştır. 
      Yayılma direnci ile ilgili tablodan da anlaşılacağı gibi, yüzey iletim etkisini ( skin effect ) en aza indirmek için büyük iletkenler kullanılmalıdır. Bu ÇOK ÖNEMLİDİR, ve bu tip anten yapımında çoğunlukla gözardı edilir. İyi bir topraklama da ÇOK ÖNEMLİDİR.                                   
    Ve ilgi çekici bir durum da, 10 metre için olan antenin yüksekliği yalnızca 30.48 cm,  ve ara boşlukda 0.035 ft.(0.42 inch) yani               0.035x0.3048 = 1 cm  olmasıdır. 10 m anteni için Cp, 55 pF ve, Cs de 22 pF olacaktır. Fazla bakır boru gerekmeyecektir, yapımı ve ayarı kolay olacaktır.                   
    ÖNEMLİ bir noktayı tekrar belitmeliyiz ki, birleştirilecek bütün noktalar ya lehimlenmeli yada kaynak yapılmalı ama kesinlikle vidalanmamalı veya perçinlenmemelidir. Eğer bu söylenenler yapılmaz ise, bu noktalardaki direnç antenin yayılma direncinin çok üstünde olacaktır. Sonuç olarak bütün birleşme noktaları kaynak veya lehim olmalı ve mümkün olduğu kadar geniş çaplı bakır boru kullanılmalıdır. Otomobil eksozlarında veya şehir su ve gaz  şebekelerinde kullanılan boruların yüzey dirençleri, yapıldıkları metallerden dolayı çok yüksek olduğu için kullanılmamalıdırlar. Böyle bir projede kullanabileceğimiz en ucuz ve en uygun olanı BAKIR BORUDUR.                                                       
     Bu cins bir anten için daha çok deney ve araştırmaya ihtiyacımız vardır. Amatörler olarak bizler, zeka ve becerilerimizi, bu antenle ilgili deneylerde kullanabiliriz. Anten için yasaklamacı ve kısıtlı yerlerdeki bu araştırmacı ruhlara iyi bir cevap olacaktı.                                                                                                                                                  

                                            TA2IB               Ömer Kavas          Üsküdar