யாகி ஆண்டெனா
yagi antenna
மின்காந்த அலைகள் மூலம் ஒலி/ஒளி பரப்பப்படும் நிகழ்ச்சிகளை, வானொலி / தொலைக்காட்சிப் பேழை வழியாகக் கண்டு மகிழ வேண்டுமானால் வானொலி / தொலைக்ககாட்சிப் பேழையுடன் நல்ல மின் காந்த அலை உணர்வான் (antenna) வேண்டும். தொலைக் காட்சிப் பேழைக்கு மக்களிடையே அதிகம் புழக்கத்தில் உள்ளது யாகி ஆண்டெனா (yagi antenna)வாகும். இது குறிப்பாக மிகை உயர் அதிர்வெண் பட்டை (VHF band - very high frequency band) யில் பயன்படுத்தப்படுகின்றது.
யாகி ஆண்டெனாக்கள் பல அளவுகளில் கடைகளில் விற்கப்படுகின்றன. இதில் அலுமினியக் குழலால் ஆன பல குச்சிகள் இருக்கும். தொலைக் காட்சி நிகழ்ச்சிகளைக் காண விரும்புவோர். தங்கள் வீட்டின் மொட்டை மாடியில் கம்பங்களை நட்டு அதன் உச்சியில் இந்த ஆண்டெனாவைப் பொருத்தி விடுவார்கள்.
டிவி ஆண்டெனாவின் பயன் மின்காந்த சமிக்கை அலைகளை உட்கிரகித்து மின்னோட்டமாக மாற்றித் தொலைக் காட்சி பேழைக்குள்
அனுப்புவதுதான். எனவே ஓர் ஆண்டெனா நல்ல மின்கடத்தியால் ஆக்கப்பட்டிருக்க வேண்டும். தங்கம், செம்பு, வெள்ளி, போன்ற உலோகங்கள், அலுமினியத்தைவிட நல்ல கடத்திகள். ஆனால் செலவு மிக்கவை. ஆண்டெனாக்கள் மிக உயரங்களில் பொருத்தப்படுவதாலும், மழை வெயிலில் காய்வதாலும், அவை இலேசானதாகவும். துருப்பிடிக்காததாகவும் இருக்க வேண்டும். தவிர விலை மலிவாகவும் இருக்க வேண்டும். இதற்கு அலுமினியம் மிகவும் பொருத்தமானதாக இருக்கின்றது.
நம்முடைய தேவைக்கு ஏற்ப ஆண்டெனாவைத் தேர்ந்தெடுக்க வேண்டும். நம்முடைய தேவையை முழுமையாகப் பூர்த்தி செய்ய கடைகளில் விற்கப்படும் ஆண்டெனாக்களை விட, நாமே வடிவமைத்துக் கொள்ளும் ஆண்டெனாக்கள் சிறந்தன. இதனால் பணமும் மிச்சமாகின்றது. படமும் தெளிவாகத் தெரிகின்றது.
பெரு நகரங்களில் வாழ்வோர்க்கு, அவர்கள் அப்பகுதியில் அமைந்துள்ள தொலைக் காட்சி ஒளிபரப்பு நிகழ்ச்சிகளில் மட்டும் விருப்பமுள்ளவர்களாக இருப்பதால், எளிய ஆண்டெனா போதுமானது சமிக்கை அலையின் செறிவு வலிமையாக இருப்பதால், ஆண்டெனாக்களை, அதிக உயரங்களில் பொருத்த வேண்டிய தேவையும் இல்லை. ஒளிபரப்பு மையங்களிலிருந்து தொலைவிடங்களில் உள்ளவர்களுக்கு அவர்கள் வலிமை குன்றிய சமிக்கை அலையைப் பெறுவதால், அவர்களுடைய ஆண்டெனா அமைப்பு அதிக ஆதாய ஈட்டும்,பல ஒளிபரப்பு நிகழ்ச்சிகளை ஏற்கக் கூடிய வகையில் அகன்ற ஏற்பு அலைப் பட்டையும் பெற்றிருக்க வேண்டும்.
சில இடங்களில் அருகில் அமைந்துள்ள மலை. சிறு குன்று அல்லது விண்ணை முட்டும் உயரமான கட்டடங்கள் ஆகியவற்றால் சமிக்கை அலை பிரதிபலிக்கப்பட்டு ஆண்டெனாவை எட்டுவதால், தொலைக்காட்சியில் இரு பிம்பங்கள் தெரியவரும். இக்காட்சிக் குறைபாட்டை நீக்க ஆண்டெனா உயரளவு ஒரு திசை நோக்குத் தன்மையைப் (directivity) பெற்றிருக்க வேண்டும். வேறு சில இடங்களில் அருகிலுள்ள நிலையத்தின் செறிவுமிக்க சமிக்கை அலையும், தொலைவிட ஒளிபரப்பு நிலையத்தால் ஒளிபரப்பப்பட்டு. ஆண்டெனாவால் ஏற்கப்படும் வலிமை குன்றிய சமிக்கை அலையும் இடையீடு செய்யலாம். இதற்கு அமைக்கப்பட வேண்டிய ஆண்டெனா உயரளவு தேர்வுத் தன்மையும். ஒரு திசை நோக்குத் தன்மையும் பெற்றிருக்குமாறு பார்த்துக் கொள்ள வேண்டும்.
நாம் பின்பற்றும் ஒளிபரப்புத் தொழில் நுட்பத்தில் 'VHF' என்ற மிகை உயர் அதிர்வெண் அலைகள் தொலைக்காட்சிப் பேழையில் 2 முதல் 12 சன்னல் (Channels) களில் அடங்குகின்றன. 7 MHz நெடுக்கைக்கு உட்பட்ட அலைப்பட்டையில் ஒளிபரப்பப்படும் சமிக்கை அலைகளை உட்கிரகிக்கக் கூடியவாறு ஒவ்வொரு சன்னலும் அமையப் பெற்றிருக்கும். சன்னல் 2-4இல் VHF-இன் முதல் பட்டையும், அதாவது 47-68 MHz நெடுக்கையும், 5-12இல் VHF-இன் மூன்றாவது பட்டையும் அதாவது 174-230 MHz நெடுக்கையும் அடங்கியுள்ளன. இது பற்றிய முழு விவரமும் அட்டவணை 4இல் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.
யாகி ஆண்டெனா பொதுவாக ஒரு குறுகிய பட்டைக்குரிய ஆண்டெனாவாகும். இதன் உணர்வுத் திறனைக் குறிப்பிடும் Q கூறு (Q-factor) fc/bக்குச் சமமாகவோ, குறைவாகவோ இருக்க வேண்டும். இதில் fc என்பது மைய அதிர்வெண், b என்பது தேவையான அதிர்வெண் நெடுக்கையை உள்ளடக்கிய அலைப்பட்டையின் அகலம்.
ஒருவர் ஒரே ஒரு சன்னலை மட்டும் பயன்படுத்தித் தொலைக்காட்சியைப் பார்க்க விரும்பினால். அவருக்கு யாகி ஆண்டெனா உயரளவு Q கூறு பெற்றிருக்கலாம். ஆனால், பல சன்னல்களைப் பயன்படுத்திக் காட்சிகளைக் காணவிரும்பினால் Q கூறு மிகவும் குறைவாக இருக்க வேண்டும். இதிலிருந்து நாம் மற்றோர் உண்மையைத் தெரிந்து கொள்ள முடிகின்றது. அதாவது ஒரு குறிப்பிட்ட Q கூறின் மதிப்பிற்கு, ஓர் ஆண்டெனா மூன்றாவது பட்டையில் மூன்று சன்னல்களையும் முதல் பட்டையில் ஒரே ஒரு சன்னலையும் உள்ளடக்கியதாக இருக்கும் என்பதுதான்.
ஒரு குறிப்பிட்ட விதமாக யாகி ஆண்டெனாவை வடிவமைத்து, இரண்டு பட்டைகளிலும் உள்ள எல்லா சன்னல்களையும் உள்ளடக்கக் கூடியதாகச் செய்யலாம். எனினும், மூன்றாவது சீரிசைத் துணை அலைகளின் (third Harmonics) தூண்டுதலால் செயல்படக்கூடியவாறு அமைத்துக் கொள்ளாவிட்டால், மேற்குறிப்பிட்டவாறு ஒரு யாகி ஆண்டெனாவை வடிவமைக்கவே முடியாது. பொதுவாகச் சீரிசைத் துணை அலைகளினால் ஆன காட்சி, அதன் அடிப்படை (fundamental) அலைகளினால் ஆன காட்சியை விடத் தெளிவானது குறைவாக இருக்கும். ஒவ்வோர் அலைப் பட்டைக்கும் தனித்தனியாக என இரண்டு ஆண்டெனாக்களைப் பயன்படுத்தி இக்குறைபாட்டையும் தவிர்த்துக் கொள்ளலாம்.
யாகி ஆண்டெனாவின் கூறுகள்
யாகி ஆண்டெனாவும் அதன் கூறுகளும்
ஒரு யாகி ஆண்டெனாவில் செயல்படு கூறான இரு முனையும் (dipole) ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட பல சார்புக் கூறுகளும் இருக்கும். படம் 36இல் 5 கூறுகள் உள்ள ஒரு யாகி ஆண்டெனா காட்டப்பட்டுள்ளது. ஒளி பரப்பி (transmitter)க்கு கூடுதலான தொலைவில் உள்ள ஆண்டெனாக் கூறு எதிரொளிப்பான் (Reflector) எனப்படும். இதற்கு அருகில் உள்ளது இருமுனை (dipole) என்றும், எஞ்சியவற்றை வழிச்செலுத்திகள் (directors) என்றும் கூறுவார்கள். ஆண்டெனாவில் உள்ள வழிச் செலுத்திகளின் எண்ணிக்கை ஆண்டெனாவின் ஆதாய ஈட்டு மற்றும் ஒரு திசை நோக்குத் தன்மை போன்றவற்றை நிர்ணயிக்கக் கூடியதாக இருப்பதால், ஆண்டெனாவின் வடிவமைப்பிற்கு ஏற்ப அவற்றின் எண்ணிக்கையில் மாற்றம் இருக்கும்.
எதிரொளிப்பான்களின் எண்ணிக்கையை ஒன்றுக்கு மேல் அதிகரித்துக் கொண்டால் செயலாக்கத்தில் எவ்விதமான மேம்பாடும் இல்லை. இதனால் எல்லா வகையான யாகி ஆண்டெனாக்களிலும், வழிச் செலுத்திகளின் எண்ணிக்கை வேறுபட்டாலும், எதிரொளிப்பான் ஒன்று மட்டுமே இருக்கும்.
வலிமையான உட்கிரகிப்பிற்கு யாகி ஆண்டெனாவின் ஒவ்வொரு கூறும் ஒரு குறிப்பிட்ட பரிமாணத்தை உடையதாக இருக்க வேண்டும். இதை நன்கு புரிந்து கொண்டு விட்டால் அலுமினியக் குழாய்களை வாங்கி நாமே நமக்கு வேண்டிய யாகி ஆண்டெனாவை வடிவமைத்து விடலாம்.
இருமுனை
ஆண்டெனாவின் இருமுனை
இருமுனை, திறந்த முனைகளை உடையதாகவோ, மடிக்கப்பட்டதாகவோ இருக்கலாம். (படம் 37) திறந்த முனை உடைய ஆண்டெனா இருமுனை மின்எதிர்ப்பாக (Impedance) 72 ஓம்கள் பெற்றிருக்க வேண்டும். மடிக்கப்பட்ட இருமுனையின் மின்எதிர்ப்பு. இதைப் போல் 4 மடங்காக அதாவது 288 ஒம்கள் இருக்க வேண்டும்.
இதன் நீளம் la எனில்
la = 0.47 λc
எனலாம். இதில் λc என்பது fc என்ற மைய அதிர்வெண்ணுடைய அலையின் அலைநீளமாகும். fc என்பது செயல்படு நெடுக்கையின் குறைந்த அளவு மற்றும் உயர்ந்த அளவு அதிர்வெண்களின் பெருக்கல் தொகையின் சராசரியாகும்.
fc = √fi.fn
மடிக்கப்பட்ட இருமுனையின் மடிப்பிடைவெளியும் ஒரு குறிப்பிட்ட அளவுள்ளதாக இருக்க வேண்டும். 'a' என்பது மடிப்பிடை வெளி எனில்
a = 0.1 λ
இதில் λ என்பது செயல்படு அலைப்பட்டையின் அலைநீள நெடுக்கையாகும். எனவே, அகன்ற அலைப்பட்டையானால் இருமுனையின் மடிப்பிடைவெளியும் அதிகமாக இருக்கும்.
எதிரொளிப்பான்
எந்தவொரு அதிர்வெண்ணிற்கும் எதிரொளிப்பானின் பயன்தரு குறைந்த நீளம் (optimum length) அந்த அதிர்வெண்ணுக்குரிய அலைநீளத்தின் பாதியை விடச் சற்றுக் கூடுதலாக இருக்கும். எதிரொளிப்பானின் நீளம் இக்குறிப்பிட்ட அளவிலிருந்து குறையக் குறைய அதன் பயனுறு திறன் குறைகின்றது. ஆனால், பயன்தரு குறைந்த நீளத்திலிருந்து எதிரொளிப்பானின் நீளத்தை அதிகரிக்க, அதன் பயனுறு திறனில் எவ்விதமான மாறுதலும் இல்லை. இதற்காக ஓர் எதிரொளிப்பானை வடிவமைக்கும்போது எடுத்துக் கொள்ளப்படும் குறைந்த அதிர்வெண்ணிற்கு ஏற்பச் செய்து கொள்ள வேண்டும். ஏனெனில், இந்த அதிர்வெண்ணிற்கே எதிரொளிப்பான் உயரளவு பயன்தரு குறைந்த நீளத்தைப் பெற்றிருக்கின்றது. lr என்பது எதிரொளிப்பானின் நீளம் எனில்,
lr = 0.51 λl
இதில் λl என்பது, fl என்று பயன்படுத்திக் கொள்ளப்படும் குறைந்த அளவு அதிர்வெண்ணுக்குரிய அலைநீளமாகும்.
வழிச் செலுத்திகள்
முதல் வழிச் செலுத்தியின், அதாவது ஆண்டெனாவின் இருமுனைக்கு அடுத்துள்ள முதல் கூறின் பயன்தரு குறைந்த நீளம்
l1 = Κλh
இதில் λh என்பது fh என்று பயன்படுத்திக் கொள்ளப்படும் உயரளவு அதிர்வெண்ணுக்குரிய அலைநீளமாகும். K என்பது ஒரு மாறிலி இதன் மதிப்பு சராசரி அலைநீளத்திற்கும், ஆண்டெனாக் கூறுகளைத் தயாரிக்கப் பயன்படுத்தப்படும் அலுமினியக் குழாயின் விட்டத்திற்கும் இடையேயான விகிதத்தைப் பொருத்தது. எடுத்துக்காட்டாக, 1.27 செ.மீ (அரை இஞ்ச்) விட்டமுள்ள குழாயைப் பயன்படுத்தினால் முதல் அலைவரிசைக்குரிய பட்டைக்கு இந்த விகிதத்தின் மதிப்பு 400; மூன்றாவது அலைவரிசைக்குரிய பட்டைக்கு இதன் மதிப்பு 100 ஆகும். இதிலிருந்து அலைவரிசைப் பட்டைகளுக்குரிய K-இன் மதிப்புகளைக் கணக்கிட்டால் அவை முறையே 0.453, 0.44 என்று கிடைக்கப் பெறும்.
வழிச் செலுத்திகளை வடிவமைக்க உயரளவு அதிர்வெண்ணின் மதிப்பை (fh) எடுத்துக் கொண்டதற்குக் காரணம், ஒரு வழிச் செலுத்தியின் பயனுறு திறன், பயன் தரு குறைந்த நீளத்திலிருந்து அதன் நீளம் அதிகரிக்கக் குறைகின்றது என்பதுதான்.
இரண்டாவது மற்றும் அடுத்தடுத்துள்ள பிற வழிச் செலுத்திகளின் நீளத்தைப் பின்வரும் முறையில் கணக்கிட்டுக் கொள்ளலாம். ஒரு வழிச் செலுத்தியின் நீளம் அதற்கு முன் உள்ள வழிச் செலுத்தியின் நீளத்தைவிட 2 சதவீதம் குறைவாக இருக்க வேண்டும்.
l2 = 98/100 Κλh
இதிலிருந்து நாம் ஓர் உண்மையை உணர முடிகின்றது. அதாவது அகன்ற அலைவரிசைப் பட்டைக்குரிய வடிவமைப்பிற்குக் கூறுகளின் தடிமன் λ/50, λ/100 என்று அதிகமாக இருக்க வேண்டும்.
கூறு இடைவெளி
ஆண்டெனாவின் கூறுகளின் நீளங்கள் எப்படி ஒரு குறிப்பிட்ட அளவில் இருக்குமாறு செய்து கொள்ளுகின்றார்களோ அதுபோல அவற்றிற்கிடைப்பட்ட வெளியும் ஒரு குறிப்பிட்ட அளவில் இருக்குமாறு செய்ய வேண்டும். ஏனெனில், ஓர் ஆண்டெனாவின் செயலாக்கத்தில் இது முக்கியப் பங்கேற்றுள்ளது.
இரு முனைக்கும் எதிரொளிப்பானுக்கும் இடைப்பட்ட வெளி மிகவும் திட்பமாக வரையறுக்கக் கூடியதாக இல்லை. பொதுவாக, இவ்விரு கூறுகளுக்கும் இடைப்பட்ட தொலைவு 0.15 λc முதல் 0.25 λc வரையில் இருக்கலாம். இதனால் பயன்தரு மைய நீளம் 0.2 λc எனக் கொள்ளலாம்.
இருமுனைக்கும் முதல் வழிச் செலுத்திக்கும் உள்ள இடைவெளி மற்றும் அடுத்தடுத்த இரு வழிச் செலுத்திகளுக்கிடைப்பட்ட வெளி, சிறப்பிடை வெளிகளாக இல்லாதிருந்தால் அஃது ஆண்டெனாவின் ஆதாய ஈட்டு, அலைவரிசைப் பட்டையின் அகலம், மின் எதிர்ப்பு. ஒரு திசை நோக்குத் தன்மை போன்றவற்றில் குறிப்பிடும்படியான பாதிப்பை விளைவிக்கின்றது. அகன்ற இடைவெளி [~0.21 λc ] அதிக ஆதாய ஈட்டையும், கூடுதலான அலைவரிசைப் பட்டையின் அகலத்தையும் தந்தாலும், ஒரு திசை நோக்குத் தன்மையைக் குறைத்து விடுகின்றது. இது போன்ற அகன்ற இடைவெளி, தொலைக்காட்சிக்குப் பல சன்னல்களைப் பயன்படுத்துவோர்க்கு அனுகூலமானது. இரு பிம்பக் காட்சி, மற்றும் அடுத்தடுத்த இரு சன்னல்களின் குறுக்கீட்டு விளைவு இவற்றால் ஏற்படும் குழப்பம். இவற்றைத் தவிர்க்கத் தேவையான உயரளவு ஒரு திசை நோக்குத் தன்மைக்கும் மற்றும் குறுகிய அலைவரிசைப் பட்டைக்கும்குறுகிய இடைவெளி (0.1 λc -0.15 λc )-ம் பயனுள்ளது.
நல்ல ஆதாய ஈட்டிற்கும். அலைவரிசைப் பட்டையின் அகலத்திற்கும் கீழ்க்கண்ட கூறிடைவெளி அனுகூலமானது.
எதிரொளிப்பான் - இருமுனை (dra) - 0.20 λc
இருமுனை - முதல் வழிச் செலுத்தி (dal) - 0.19 λc
முதல் வழிச் செலுத்தி - 2ஆம் வழிச் செலுத்தி (d12) - 0.20 λc
2ஆம் வழிச் செலுத்தி - 3ஆம் வழிச் செலுத்தி (d23) - 0.22 λc
இதற்குப் பின் வரும் இரு அடுத்தடுத்த வழிச் செலுத்திகளுக்கிடைப்பட்ட தொலைவு (di, i+1) i>2 - 0.25 λc
அட்டவணை 5இல் தொலைக்காட்சியின் எல்லா சன்னல்களுக்குமான ஆண்டெனாக்கூறுகளின் கணக்கிடப்பட்ட வடிவியல் பரிமாணங்கள் கொடுக்கப்பட்டுள்ளன. இக்கணக்கீட்டிற்குக் குழாயின் தடிமன் 1.27 செ.மீ எனக் கொள்ளப்பட்டுள்ளது.
யாகி ஆண்டெனா மாதிரி வடிவமைப்பு
இப்பொழுது 7 கூறுகள் உள்ள ஒரு யாகி ஆண்டெனாவை எப்படி வடிவமைப்பது என்று பார்ப்போம். இஃது ஸ்ரீலங்காவின் ரூபவாஹினியின் நிகழ்ச்சிகளைச் சன்னல் 5 மற்றும் 8இல் ஏற்கவல்லது. அலுமினியக் குழாயின் தடிமனை 1.27 செ.மீ எனக் கொண்டு ஆண்டெனாவில் உள்ள பல்வேறு கூறுகளின் வடிவியல் பரிணாமங்கள் கணக்கிடப்பட்டுள்ளன.
5 ஆவது சன்னல் 174 முதல் 181 MHz வரையிலான சமிக்கை அலைகளையும், 8 ஆவது சன்னல் 195 முதல் 202 MHz வரையிலான சமிக்கை அலைகளையும் கவரக்கூடியது, என்பதை நாம் அறிவோம். எனவே
fl = 174 MHz
fh = 202 MHz
அதாவது,
=√fl × fh = √174x202
= 187.5 MHz
இவ்வதிர்வெண்ணுக்குரிய அலைநீளம்
λc = 3x1010 / 187.5×106 = 160 செ.மீ
எனவே,
Ia = 0.47 x 160 = 75 செ.மீ
எனவே 150 செ.மீ நீளமுள்ள அலுமினியக் குழாயை மடித்து இருமுனையாக்கிக் கொள்ள வேண்டும்.
எதிரொளிப்பானின் நீளத்தைச் சன்னல் 5க்குரிய நீளமாகக் கொள்ளலாம். அட்டவணை 3-இலிருந்து
lr = 88 செ.மீ
என்பதை அறியலாம். இதுபோல வழிச் செலுத்திகளின் நீளங்களுக்குச் சன்னல் 8க்குரிய நீளங்களைக் கருதவேண்டும். எனவே, முதல் வழிச் செலுத்தியின் நீளம் l1 = 65.5 செ.மீ 2, 3, 4, 5 ஆவது வழிச் செலுத்திகளின் நீளத்தை ஏறக்குறைய சமமாக 64 செ.மீ இல் வைத்துக் கொள்ளலாம்.
ஆண்டெனா கூறுகளின் கூறிடைவெளிகள் பின்வருமாறு
dra = 0.2 x 160 32 = 32 செ.மீ
da1 = 0.19 x 160 = 30.5 செ.மீ
d12 = 0.2 x 160 = 32 செ.மீ
d23 = 0.22 x 160 = 35 செ.மீ
d34 = d45 = 0.25 x 160 = 40 செ.மீ
எனவே, இக்கூறுகளைத் தாங்கும் தாங்கு சட்டத்தின் (Boom) நீளம் 32.5 + 30.5 + 35 + 40 40 = 209.5 செ.மீ அல்லது ஏறக்குறைய 2.1 மீட்டர் வேண்டும்.
யாகி ஆண்டெனாவில் ஆதாய ஈட்டும். ஒரு திசை நோக்குத் தன்மையும், அதில் பயன் படுத்தக் கூடிய கூறுகளின் எண்ணிக்கையைப் பொருத்ததாகும். பெரும்பாலும் விலை, பொருத்துவதற்குக் கிடைக்கக் கூடிய இடம், உறுதியான தாங்கு கம்பம். இவற்றால் அவற்றின் எண்ணிக்கை வரம்பிற்கு உள்ளாகின்றது.
ஒரு யாகி ஆண்டெனாவைத் தயாரிக்க இந்த விசயங்கள் போதுமானது. நாமும் ஏன் தயாரித்துப் பயன்படுத்தி பார்க்க கூடாது?