समाचार - एंटीना सिद्धांत - बुनियादी पैरामीटर

यह अध्याय वायरलेस संचार के मूलभूत मापदंडों का परिचय देता है, जिसका उद्देश्य संचार प्रणालियों में एंटेना की भूमिका को बेहतर ढंग से समझाना है। वायरलेस संचार विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में होता है, इसलिए तरंगों के प्रसार की विशेषताओं को समझना आवश्यक है।

इस अध्याय में हम निम्नलिखित मापदंडों पर चर्चा करेंगे:

•आवृत्ति
•तरंगदैर्ध्य
•प्रतिबाधा मिलान
•VSWR और परावर्तित शक्ति
•बैंडविड्थ
• प्रतिशत बैंडविड्थ
•विकिरण तीव्रता

अब आइए इन पर विस्तार से नज़र डालते हैं।

आवृत्ति:

मानक परिभाषा के अनुसार, आवृत्ति प्रति इकाई समय में तरंग के पुनरावर्तन की संख्या है। सरल शब्दों में, आवृत्ति यह बताती है कि कोई घटना कितनी बार घटित होती है। एक आवधिक तरंग प्रत्येक T सेकंड (एक आवर्तकाल) में दोहराई जाती है, और इसकी आवृत्ति आवर्तकाल T का व्युत्क्रम होती है।

गणितीय रूप से, यह इस प्रकार दिखाई देता है:

$$f = \frac{1}{T}$$

•F आवधिक तरंग की आवृत्ति को दर्शाता है, जबकि

•T एक पूर्ण चक्र को पूरा करने के लिए आवश्यक समय है।

आवृत्ति को हर्ट्ज़ में मापा जाता है, जिसे Hz से संक्षिप्त किया जाता है।

ऊपर दिया गया चित्र एक साइन तरंग को दर्शाता है, जिसमें वोल्टेज (मिलीसेकंड में) को समय (मिलीसेकंड में) के फलन के रूप में दर्शाया गया है। यह तरंग हर 2t मिलीसेकंड में दोहराई जाती है; इसलिए, इसका आवर्तकाल T = 2t मिलीसेकंड और इसकी आवृत्ति f = 1/(2t) किलोहर्ट्ज़ है।

तरंगदैर्घ्य:

मानक परिभाषा के अनुसार, दो लगातार शिखरों या दो लगातार गर्तों के बीच की दूरी को तरंगदैर्ध्य कहा जाता है।

सरल शब्दों में कहें तो, तरंगदैर्घ्य दो आसन्न धनात्मक शिखरों या दो आसन्न ऋणात्मक शिखरों के बीच की दूरी होती है। नीचे दिए गए चित्र में एक आवधिक तरंगरूप दिखाया गया है, जिसमें तरंगदैर्घ्य (λ) और आयाम अंकित हैं। आवृत्ति जितनी अधिक होगी, तरंगदैर्घ्य उतनी ही कम होगी, और इसके विपरीत भी सत्य है।

तरंगदैर्घ्य का सूत्र इस प्रकार है:

$$\lambda = \frac{c}{f}$$

•λ तरंगदैर्घ्य को दर्शाता है

•C प्रकाश की गति है (3 × 10⁸ मीटर प्रति सेकंड)

•F आवृत्ति है

तरंगदैर्घ्य λ को लंबाई की इकाइयों, जैसे मीटर, फीट या इंच में व्यक्त किया जाता है। आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली इकाई मीटर है।

प्रतिबाधा मिलान:

मानक परिभाषा के अनुसार, प्रतिबाधा मिलान तब होता है जब ट्रांसमीटर की प्रतिबाधा रिसीवर की प्रतिबाधा के लगभग बराबर होती है।

एंटेना और सर्किट के बीच प्रतिबाधा मिलान आवश्यक है। एंटेना, ट्रांसमिशन लाइन और सर्किट की प्रतिबाधाओं का मिलान होना चाहिए ताकि एंटेना और रिसीवर या ट्रांसमीटर के बीच अधिकतम शक्ति हस्तांतरण सुनिश्चित हो सके।

मिलान की आवश्यकता
अनुनादी उपकरण कुछ निश्चित संकीर्ण आवृत्ति बैंडों के भीतर इष्टतम आउटपुट प्रदान करने में सक्षम होते हैं। एक अनुनादी उपकरण के रूप में, एक एंटीना तब बेहतर आउटपुट प्रदर्शन प्राप्त कर सकता है जब उसकी प्रतिबाधा उचित रूप से मेल खाती हो।

•जब एंटीना की प्रतिबाधा मुक्त स्थान की प्रतिबाधा से मेल खाती है, तो एंटीना द्वारा विकीर्ण शक्ति प्रभावी रूप से संचारित हो जाएगी।

• किसी रिसीविंग एंटीना के लिए, उसका आउटपुट इंपीडेंस रिसीविंग एम्पलीफायर सर्किट के इनपुट इंपीडेंस से मेल खाना चाहिए।

• ट्रांसमिटिंग एंटीना के लिए, इसकी इनपुट प्रतिबाधा ट्रांसमिटिंग एम्पलीफायर की आउटपुट प्रतिबाधा और ट्रांसमिशन लाइन की विशिष्ट प्रतिबाधा से मेल खानी चाहिए।

प्रतिबाधा को ओम में मापा जाता है, जिसे Z प्रतीक द्वारा दर्शाया जाता है।

VSWR और परावर्तित शक्ति:

मानक परिभाषा के अनुसार, स्थिर तरंग में अधिकतम वोल्टेज और न्यूनतम वोल्टेज के अनुपात को वोल्टेज स्थिर तरंग अनुपात (VSWR) कहा जाता है।

जब एंटीना, ट्रांसमिशन लाइन और सर्किट की प्रतिबाधाएँ मेल नहीं खातीं, तो शक्ति का प्रभावी रूप से विकिरण नहीं हो पाता; इसके बजाय, शक्ति का एक हिस्सा वापस परावर्तित हो जाता है।

मुख्य विशेषताएं इस प्रकार हैं —

• प्रतिबाधा बेमेल की डिग्री को इंगित करने वाले पैरामीटर को वोल्टेज स्टैंडिंग वेव रेशियो (VSWR) कहा जाता है।

•VSWR का मतलब वोल्टेज स्टैंडिंग वेव रेशियो है और इसे आमतौर पर SWR के नाम से भी जाना जाता है।

•इम्पीडेंस मिसमैच जितना अधिक होगा, VSWR का मान उतना ही अधिक होगा।

• प्रभावी विकिरण प्राप्त करने के लिए, आदर्श VSWR मान 1:1 है।

• परावर्तित शक्ति से तात्पर्य अग्रगामी शक्ति के उस भाग से है जो व्यर्थ हो जाता है। परावर्तित शक्ति और VSWR मूलतः एक ही भौतिक घटना को अलग-अलग दृष्टिकोणों से वर्णित करते हैं।

बैंडविड्थ:

मानक परिभाषा के अनुसार, किसी विशिष्ट संचार के लिए आवंटित निर्दिष्ट तरंगदैर्ध्य सीमा के भीतर आवृत्ति बैंड को बैंडविड्थ कहा जाता है।

जब कोई सिग्नल प्रेषित या प्राप्त होता है, तो वह एक निश्चित आवृत्ति सीमा के भीतर कार्य करता है। संचरण के दौरान अन्य सिग्नलों से होने वाले हस्तक्षेप को रोकने के लिए किसी विशेष सिग्नल को यह विशिष्ट आवृत्ति सीमा सौंपी जाती है।

•बैंडविड्थ किसी सिग्नल ट्रांसमिशन की उच्च-आवृत्ति और निम्न-आवृत्ति सीमाओं के बीच की आवृत्ति सीमा को संदर्भित करती है।

• एक बार बैंडविड्थ आवंटित हो जाने के बाद, इसका उपयोग अन्य लोग नहीं कर सकते।

• संपूर्ण स्पेक्ट्रम को बैंडविड्थ खंडों में विभाजित किया गया है, जिनमें से प्रत्येक को अलग-अलग ट्रांसमीटरों को आवंटित किया गया है।

जिस बैंडविड्थ की हमने अभी चर्चा की है, उसे निरपेक्ष बैंडविड्थ भी कहा जा सकता है।

प्रतिशत बैंडविड्थ:

मानक परिभाषा के अनुसार, निरपेक्ष बैंडविड्थ और उसकी केंद्र आवृत्ति के अनुपात को प्रतिशत बैंडविड्थ कहा जाता है।

किसी बैंड के भीतर वह आवृत्ति जिस पर सिग्नल की तीव्रता अधिकतम होती है, अनुनाद आवृत्ति कहलाती है, जिसे बैंड की केंद्र आवृत्ति भी कहा जाता है, जिसे fC से दर्शाया जाता है।

•बैंड की उच्च और निम्न आवृत्तियों को क्रमशः fH और fL से दर्शाया जाता है।

• निरपेक्ष बैंडविड्थ fH − fL द्वारा दी जाती है

• किसी आवृत्ति बैंड की चौड़ाई का मूल्यांकन करने के लिए, उसकी आंशिक बैंडविड्थ या प्रतिशत बैंडविड्थ की गणना करना आवश्यक है।

किसी घटक या प्रणाली द्वारा संभाली जा सकने वाली आवृत्ति भिन्नताओं की सीमा को समझने के लिए प्रतिशत बैंडविड्थ की गणना की जाती है।

•fH उच्च आवृत्ति को दर्शाता है

•fL निम्न आवृत्ति को दर्शाता है

•fc केंद्र आवृत्ति को दर्शाता है

बैंडविड्थ का प्रतिशत जितना अधिक होगा, चैनल की बैंडविड्थ उतनी ही अधिक होगी।

विकिरण तीव्रता:

विकिरण की तीव्रता को प्रति इकाई ठोस कोण विकीर्ण होने वाली शक्ति के रूप में परिभाषित किया जाता है।

एक एंटीना कुछ निश्चित दिशाओं में अधिक तीव्रता से विकिरण करता है, जो उसकी अधिकतम विकिरण तीव्रता के अनुरूप होती हैं। विकिरण की अधिकतम संभव सीमा विकिरण तीव्रता द्वारा निर्धारित की जाती है।

गणितीय अभिव्यक्ति
विकिरण की तीव्रता विकिरणित शक्ति घनत्व को त्रिज्या दूरी के वर्ग से गुणा करके प्राप्त की जाती है: