ABD Deniz Piyadeleri Anten El Kitabı (1999) [pdf]
(marines.mil)- Tek kanallı telsiz (SCR) operatörünün alıcı istasyona mümkün olan en güçlü sinyali iletmek için anteni seçip işletmesine yönelik gerekli bilgileri derleyen bir saha kılavuzu; MAGTF komuta-kontrolünü destekleyen iletişim altyapısının temel unsurlarını ele alır
- Elektromanyetik ışınım ve yayılım (propagation) ilkelerinden HF/VHF/UHF bant özellikleri, iletim hatları, anten türleri, saha onarımı, SATCOM ve anten sahalarına kadar telsiz iletişiminin tüm sürecini kapsar
- Haberleşme hattı kurulumunda en önemli iki unsur doğru anten seçimi ve yayılım yolunun eşleştirilmesidir; yanlış yayılım yolu hattın en zayıf halkasıdır
- Alım kalitesini belirleyen şey sinyal gücünün kendisinden çok S/N (sinyal-gürültü) oranıdır ve anten, operatörün en doğrudan kontrol edebildiği değişkendir
- Uygun tek bir antenle sınırdaki bir hattı güvenilir bir hatta dönüştürmek mümkündür; yalnızca CIS subayları ve telsiz operatörleri değil, anten temellerini öğrenmek isteyen tüm personel hedeflenir
1. Bölüm. Telsiz İlkeleri (Radio Principles)
- Elektromanyetik ışınım; radyo dalgaları, mikrodalgalar, kızılötesi, görünür ışık, morötesi, X-ışınları ve gama ışınlarını kapsar; hepsi ışık hızında (yaklaşık 186.000 mil / saniyede 300 milyon m) ilerler ve aralarındaki fark yalnızca dalga boyudur — dalga boyu kısaldıkça enerji artar
- Bantlara göre kullanım alanları ayrılır; HF uzun mesafe, VHF ve UHF ise kısa mesafeli LOS (görüş hattı) iletişimi için uygundur
- HF sinyalleri, atmosferin en dış katmanı olan ionosphere (iyonosfer) üzerinden yansıyarak uzun mesafeye ulaşır
- LOS sağlanıyorsa VHF her zaman HF'ye tercih edilir; UHF ise uygun antenle VHF'den daha dar bir yol oluşturur
- Normal koşullarda erişim mesafesi ve gereken güç: HF (yer dalgası 0–50 mil, gökyüzü dalgası 100–8000 mil, .5–5kW), VHF (yer dalgası 0–30 mil, gökyüzü dalgası 50–150 mil, .5kW altı), UHF (yer dalgası 0–50 mil, .5kW altı)
-
MAGTF SCR ekipmanları
- HF: AN/PRC-104, AN/GRC-193, AN/MRC-138 (2–29.999 MHz, uzun mesafe)
- VHF: AN/PRC-119, AN/VRC-88~92 serisi (30–88 MHz), AN/PRC-113 ve AN/VRC-83 (116–150 MHz ve 225–400 MHz, yer-hava kritik LOS)
- UHF: AN/PSC-3, AN/PSC-5 (SATCOM)
-
Telsiz haberleşme hattısının yapısı
- Bir telsiz bağlantısı verici, güç kaynağı, iletim hattı, verici anteni, yayılım yolu, alıcı anteni, alıcı olmak üzere 7 unsurdan oluşur
- Operatörün hedefi alıcı istasyonda en güçlü sinyali, yani alıcı anteninde maksimum S/N oranını sağlamaktır
- En iyi verici/alıcı ve antenler bile frekans veya yayılım yolu yanlışsa işe yaramaz — anten seçimi ve yayılım yolu eşleştirmesi kritiktir
-
Yayılım ilkeleri
- Atmosfer; troposphere (yaklaşık 10 km, her 300 m yükseklikte yaklaşık -2.5°C), stratosphere (10–50 km, yaklaşık sabit -65°C) ve ionosphere (50–500 km+, iyonlaşmış) olarak ayrılır
- Yayılım biçimleri, vericiden doğrudan giden yer dalgası (ground wave) ile iyonosferde kırılıp geri dönen gökyüzü dalgası (sky wave) olarak sınıflanır
- Yer dalgası; doğrudan dalga, yer yansımalı dalga ve yüzey dalgasından oluşur; yüzey dalgası yerin iletkenliği ve dielektrik sabitinden etkilenir
- Yer iletkenliği: büyük tatlı su kütleleri (çok iyi), deniz suyu (iyi), tınlı toprak (orta), kaya ve çöl (zayıf), orman/jungla (çok zayıf)
- İyonosfer D, E, F1, F2 katmanlarından oluşur; gündüz 4 katman vardır, gece F1 ve F2 tek bir F katmanında birleşir, D ve E katmanları kaybolur
- D katmanı yalnızca gündüz bulunur ve güneş gören bölgelerde HF'yi zayıflatır; E katmanı gündüz 2.400 km altındaki orta menzilde etkilidir; F2 katmanı uzun mesafe (2.400 km üzeri) haberleşme için en yararlı katmandır
- İyonosfer değişimleri düzenli (günlük, mevsimsel, 27 günlük, 1 yıllık güneş lekesi döngüsü) ve düzensiz (Sporadic E gibi anormal güneş etkinlikleri) olarak ayrılır
-
Kırınım, troposfer etkileri ve gürültü
- Kırınım (diffraction) sayesinde dalgalar radyo ufkunun ötesine kısmen ulaşabilir; ancak dağ sırtında yalnızca 5 feet'lik bir bükülme bile 30~40dB zayıflamaya neden olabilir
- Troposferik kırılma, ducting ve saçılma; VHF/UHF'de yüzlerce km haberleşmeyi mümkün kılar; saçılmalı yayılım genelde 500 km altında kalır (1kW üzeri verici ve 10dB üzeri anten gerekir)
- Gürültü; doğal gürültü (fırtına = atmosferik gürültü, 0–5MHz baskın; yıldızlar = galaktik gürültü, yüksek frekanslarda baskın) ve yapay gürültü (elektrik arkı kaynakları) olarak ayrılır — S/N oranı alıcı sistemindeki en önemli büyüklüktür
- Yapay gürültü, kaynağa yakın bölgede dikey polarizasyon eğilimindedir; bu yüzden yatay polarizasyonlu alıcı anten daha az gürültü alır
- HF bandında kullanıcı yoğunluğu nedeniyle haberleşme bozukluğunun ana nedeni çoğu zaman sinyal gücünden çok girişim ve gürültüdür; dar bantlı antenler güçlü girişim sinyallerini bastırmada avantajlıdır
2. Bölüm. Anten Temelleri (Antenna Fundamentals)
- Anten, vericinin RF çıkış gücünü elektromanyetik dalgaya dönüştürüp yayar; alım tarafında ise elektromanyetik alanı tekrar RF enerjisine çevirerek alıcıya iletir
-
Temel kavramlar ve terimler
- İletken uzunluğu dalga boyunun yaklaşık 1/2'sine yaklaştığında enerjinin büyük bölümü elektromanyetik ışınım olarak yayılır
- RF güç verildiğinde depolanmış enerjiye bağlı indüksiyon alanı ve ışınım alanı oluşur; belirli bir mesafenin ötesinde yalnızca elektrik ve manyetik bileşenleri dik açı yapan ışınım alanı kalır
- Işınım paterni anten türüne göre belirlenir — dikey antenler çok yönlü (omnidirectional), yatay antenler çift yönlü, tek yönlü antenler ise tek bir yöne etkilidir (3 boyutlu simit biçimli patern)
- Polarizasyon, elektrik kuvvet çizgilerinin yönüyle belirlenir; dikey polarizasyon (yere dik), yatay polarizasyon (yere paralel) ve eliptik polarizasyon olarak ayrılır
- Uydu ve uydu terminalleri dairesel polarizasyon kullanır — eşit büyüklükteki dikey ve yatay dalgalar 90° faz farkıyla birleşerek 360° döner
-
Frekansa göre polarizasyon gereksinimleri
- Orta ve düşük frekanslı yer dalgası iletiminde dikey polarizasyon zorunludur (yatay elektrik kuvvet çizgileri yerde kısa devre olur)
- HF gökyüzü dalgası, iyonosferden yansıdıktan sonra eliptik polarizasyonla ulaştığından hem dikey hem yatay mümkündür; ancak yüksek açıyla ışınım ve yönlülük sağlayan yatay antenler tercih edilir
- VHF ve UHF doğrudan yayılım kullandığı için özgün polarizasyon korunur; bu nedenle verici ve alıcı antenlerin polarizasyonu mutlaka eşleşmelidir
- Dikey polarizasyon, basit 1/2 dalga ve 1/4 dalga antenlerle çok yönlü iletişim sağladığından hareketli araçlar için uygundur; ancak dost ve düşman yönlerine eşit ışınım yapma dezavantajı vardır
-
Topraklama, uzunluk, yönlendirme
- Toprak etkisi; counterpoise (toprak yerine geçen iletken ağ), ground screen gibi topraklama türlerine göre değişir
- Anten uzunluğunu hesaplamak ve azimuth temelli yön ayarı yapmak, sınırdaki haberleşmeyi iyileştirmeye ve güçlü sinyallerin gönderim/alımını ayarlamaya yardımcı olur
3. Bölüm. İletim Hatları (Transmission Lines)
- İletim hattının karakteristik empedansı, hattın belirli bir noktasındaki gerilim ile akım oranı olarak tanımlanır
- Empedans eşleştirmesi enerji kaybını belirler — verici, iletim hattı ve anten aynı empedansa sahip olduğunda maksimum enerji aktarımı (en düşük sistem kaybı) elde edilir
- Yük empedansı hatla aynı değilse enerjinin yalnızca bir kısmı aktarılır ve duran dalga oluşur; tam eşitlikte yalnızca ilerleyen dalga akar ve kayıp en aza iner
- USMC telsizlerinin çoğunun iç empedansı 50 ohm'dur; bu nedenle 300-ohm twin-lead, 50-ohm yarım dalga dipol ve 50-ohm verici/alıcı kombinasyonlarında olduğu gibi uyumsuzluk varsa duran dalga ve tekrarlayan empedans değişimlerinden yararlanarak eşleştirme gerekir
- Zayıflama (attenuation), iletilen enerjideki kayıptır ve yalıtım malzemesine göre büyük farklılık gösterir
- Teflon çok düşük kayıplıyken kauçuk ve ahşap yüksek kayıplıdır; özellikle yüksek frekansta koaksiyel kablo kaybı belirginleşir
- balun, kablo konnektörleri ve dengeli anten bağlantıları; verici/alıcı ile anten arasında en iyi kuplajı destekler
4. Bölüm. HF Anten Seçimi
- HF 3~30MHz, iyonosferden öngörülebilir biçimde yansıyan tek bant olduğundan haberleşme için çok önemlidir; elektriksel toprak üzerinde optimal yükseklik yaklaşık 0.4λ'dır
-
Anten seçme prosedürü
- Yer dalgası yayılımı, düşük take-off angle ve dikey polarizasyonlu anten gerektirir — tüm telsiz setlerinde bulunan whip, çok yönlü yer dalgası için uygundur
- Aynı hatta yalnızca anten değiştirerek büyük kazanç elde edilebilir
- AN/MRC-138'in 32 feet'lik whip anteni 200 millik bir hatta kullanıldığında ışınım gücü 300 watt iken, 35 feet'lik yarım dalga yatay dipolle değiştirildiğinde 5.000 watt'a çıkar ve 16 katın üzerinde artış sağlar
- Gökyüzü dalgasında önce hat mesafesine göre take-off angle belirlenir — 966 km (600 mil) bir hat için gündüz yaklaşık 25°, gece yaklaşık 40° gerekir
- Hareketli istasyonlar ve çok yönlü hatlar için çok yönlü anten, noktadan noktaya hatlar için çift yönlü veya yönlü anten seçilir
-
Anten türleri
- Vertical Whip (2~30MHz): tüm telsiz setlerinin parçasıdır; çok yönlü yer dalgasında iyidir ancak gökyüzü dalgası hattı için en uygunsuz seçenektir
- Uzunluk 234/frekans(MHz) formülüyle hesaplanır (WD-1/TT için 225.50/frekans); 1/4 dalga boyu geride bulunan reflector (whip'ten daha uzun) ile performans artırılabilir, kısa olursa director gibi çalışır
- Topraklama çubuğu ve ground radial (jant teli/spoke benzeri) eklenerek ışınım iyileştirilebilir
- Half-Wave Dipole (doublet): kısa ve orta menzilli gökyüzü dalgası (yaklaşık 1.200 mile kadar) için tasarlanması ve yapılması kolay olduğundan en yaygın kullanılan saha tipi geçici tel antendir
- Yerden 1/2 dalga boyu yüksekte çift yönlüdür; 1/4 dalga boyu yüksekte ise yüksek take-off angle sayesinde neredeyse çok yönlü kapsama sağlar
- AS-2259/GR, Inverted Vee, Long Wire, Inverted L, Sloping Vee, Sloping Wire, Vertical Half-Rhombic gibi çeşitli türler yer alır
- Vertical Whip (2~30MHz): tüm telsiz setlerinin parçasıdır; çok yönlü yer dalgasında iyidir ancak gökyüzü dalgası hattı için en uygunsuz seçenektir
-
NVIS haberleşmesi
- NVIS, kısa mesafeli HF yayılımının başlıca yöntemidir; yer dalgası ve doğrudan dalga (LOS) da kısa mesafede faydalıdır
- Uyarı: NVIS teli, iletim sırasında ağır yaralanmaya yol açabilecek kadar güçlü RF enerjisi taşıdığından personelin yaklaşması mutlaka engellenmelidir
5. Bölüm. VHF ve UHF Anten Seçimi
- VHF (30~300MHz) ve UHF (300~3.000MHz, 3GHz), 50 km altındaki kısa mesafeli iletişim için çok yararlıdır; dalga boyu kısa olduğu için antenler çok daha küçüktür
- Küçük boyut sayesinde çok sayıda ışınım elemanıyla belirli yönde kazanç sağlayan array (dizi) yapıları kurulabilir
- Alt bantlar: 118~136MHz (VHF havacılık), 225~400MHz (UHF havacılık), 148~174 ve 450~470MHz (mobil, polis, meteoroloji vb.)
-
Polarizasyon
- FM ve TV yayıncılığı ateşleme kaynaklı girişimi azaltmak için yatay polarizasyon kullanır; mobil haberleşme ise fiziksel kısıtlar ve çok yönlülüğü korumak için dikey polarizasyon kullanır
- Anten yüksekliği yaklaşık 10 m'nin altındaysa veya çok yönlü gönderim/alım gerekiyorsa yalnızca dikey polarizasyon kullanılmalıdır
-
Kazanç ve yönlülük
- Frekans yükseldikçe alınan sinyal zayıflar ve iletim hattı kaybı artar — 450MHz'de 30 m koaksiyel hatta 10~20dB kayıp yaygındır
- Geniş bant sinyaller sistem gürültüsünü artırdığından ek anten kazancı gerekir; yönlülük ise gereksiz yönlere yapılan ışınımı azaltarak güvenliğe katkı sağlar
-
Anten türleri
- Vertical Whip, OE-254, araç içi antenler, HF uyumlu antenler ve çift işlevli antenler ele alınır
- Yagi, HF için de popüler bir anten olsa da VHF ve UHF'de daha fazla eleman kullanılır (HF'de 3~4'ten fazlası nadirdir)
6. Bölüm. Saha Onarımı ve Geçici Çözümler (Field Repair and Expedients)
- Hasarlı whip antenler geçici olarak onarılabilir; tel anten, iletim hattı, gergi teli (guy) ve direkler de onarım veya değişim kapsamındadır
- Plastik gibi geçici yalıtkanların kullanımı, kopmuş gergi tellerinin tel ile onarılması ve kaşık kullanılarak yapılan acil gergi teli/direk onarımı örnekleri yer alır
- Geçici antenler yapılırken orijinaliyle aynı uzunluğun korunması önemlidir; SINCGARS telsizinin frekans atlamalı modunda saha tipi geçici VHF antenler için ayrıca dikkat edilmesi gerekenler vardır
-
Saha tipi geçici yönlü antenler
- Elde bulunan malzemelerle yapılabilen end-fed half-wave antenna (simit biçimli patern) ve center-fed doublet yapım yöntemi verilir
- vertical half-rhombic, long wire, Yagi, Vee, Sloping Vee gibi türler saha tipi geçici yönlü anten olarak kullanılabilir
7. Bölüm. Uydu Haberleşme Antenleri (Satellite Communications Antennas)
- Deniz Piyadelerinin ana LOS ve SATCOM telsiz seti AN/PSC-5, veri ve ses iletişimi sağlar ve tüm taşınabilir/araç monteli UHF SATCOM telsizlerinin yerini alır
- LOS iletişimi için AS-3566, uzun mesafeli SATCOM için AS-3567 ve AS-3568 kullanılır
-
SATCOM anten konumu seçimi
- LOS ekipmanında en önemli unsur, yol üzerindeki araziye göre antenin yükseliş açısıdır; doğal yüksek noktalar kullanılmalıdır
- Ufuk ötesi (over-the-horizon) sistemlerde kilit unsur **yatay açı (mask angle)**dır; yatay açı büyüdükçe iletim kaybı artar — en negatif açıya sahip konum öncelikle seçilmelidir
- Yatay açı transit ile ölçülür; antenin tam konumundaki teğet ile ufuk LOS'u arasındaki açı olarak tanımlanır (radyo yatay açısı, görsel yatay açıdan biraz farklıdır)
8. Bölüm. Anten Sahaları (Antenna Farms)
- Anten sahası (radio hill, anten parkı), elektromanyetik ışınımın büyük kısmının gerçekleştiği alandır
-
Komuta yeri (CP) ve konum seçimi
- Komutan komuta-kontrolü CP üzerinden yürütür; karargâhlar tactical (taktik), main, rear olarak ayrılır
- Anten sahası ile CP arasındaki mesafe; doctrinal, tactical, technical hususlara göre belirlenir (haberleşme, EW, taktik durum vb. dikkate alınır)
-
İç yerleşim ve girişim
- Frekans bandı, anten seçimi/yerleşimi ve cosite girişimi değerlendirmesi iç yerleşimin temelidir
- cosite girişimini önlemek için antenler frekans ve verici gücüne göre ayrılır (%10, %5, %2.5 ayrım ölçütleri); kuplajı azaltmak için en düşük frekansın dalga boyundan az olmayacak minimum ayrım gerekir
- Bitki örtüsüne bağlı polarizasyon etkileri orman türüne göre değişir; yaprak döken ormanlarda yatay polarizasyon avantajlıdır
- Güç ve sinyal hatları çapraz geçmemeli; kaçınılmazsa birbirini dik açıyla kesmelidir
Ekler
- Ek A: Sözlük (Glossary), Ek B: Kaynaklar ve İlgili Yayınlar (References and Related Publications)
1 yorum
Hacker News yorumları
US Navy Electricity and Electronics Training Series (NEETS) de anılmaya değer
Buradaki üst menüde başka ilginç belgeler de bulunabilir
https://maritime.org/doc/#neets
Lisans düzeyinde temel matematik altyapınız varsa, anten alanının standart kitaplarından Constantine Balanis'in Antenna Theory: Analysis and Design kitabına bakmaya değer
https://www.amazon.com/Antenna-Theory-Analysis-Constantine-B...
ARRL Antenna Book da zaman ayırmaya değer: https://www.arrl.org/arrl-antenna-book
ABD militarizmi hakkında ne derseniz deyin, kuvvetler çoğu durumda son derece kapsamlı, açık ve pratik eğitim dokümanları üretiyor
Kişisel deneyimime göre FAA de aynıydı
Donanmada telsiz iletişimi ve istihbarat işleri yaptığım dönemde, Maxwell denklemleri, bilgi teorisi ve Fourier serilerinde uzmanlaşmaktansa bu tür kılavuzlardaki pratik bilgiyi öğrenip uygulamanın çok daha önemli olduğunu çabucak anladım
İletim hatlarını tartışanlar için telgrafçı denklemlerinin faydalı bir araç olduğunu düşünüyorum
Eskiden longwire antenlerle (4-22. bölüm) oynamayı severdim
Uzadıkça yönlülüğü arttığı için denemesi eğlenceliydi; copperweld'in ucuz olduğu zamanlardı
Daha sonra birkaç yıl bir çiftlik evinde yaşadım ama gerçekten uzun bir teli deneyecek ne zamanım ne de etrafta ağaçlarım vardı
Yönünü istediğiniz gibi belirleyemeyebilirsiniz ama yakınlarda bir çit varsa hassas bir alıcı bağlayıp ne yakaladığını görmenin zararı olmaz
Metin gerçekten çok iyi yazılmış ve şaşırtıcı derecede erişilebilir
İletişim sistemleri hakkında hiçbir şey bilmediğim hâlde oldukça rahat okuyabildim
Bu yüzden ciltlenip kesildikten sonra bile yarısı yenmiş mum boyayla not almak için yeterince geniş kenar boşlukları var
Şakayı bir yana bırakırsak, birçok askerî kılavuzun ortak yanı, kullanıcıya en azından “ne”, “neden” ve “nasıl” konularında epey sağlam bir temel kazandıracak şekilde konuyu iyi tanıtmasıdır
İdeal olarak bunlar eğitimde ele alınacak şeylerdir ama kılavuz yazarları okurun mutlaka eğitim almış olduğunu varsaymıyor gibi görünüyor
Sonuçta hangi konuyu ele alırsa alsın çoğu zaman son derece yararlı bir kaynak ortaya çıkıyor
Açıkçası biz yazılım mühendislerinin ürettiği teknik dokümantasyon için model olarak bundan çok daha kötü seçenekler aklıma rahatlıkla gelebilir
Frank Wilczek Princeton'da ders vermeye başlamadan hemen önce, arkadaşı ve mentoru Sam Treiman onu ofisine çağırıp tavsiye vermişti
Sam eski bir cep kitabı kılavuzu çıkarıp şöyle demişti: “İkinci Dünya Savaşı sırasında donanma, acemi erleri telsiz iletişimini hızla kurup işletmeleri için eğitmek zorundaydı. Birçoğu doğrudan çiftliklerden gelmişti; seviyelerini yükseltmek büyük bir sorundu. Bu mükemmel kitap sayesinde donanma başarılı oldu. Pedagojinin şaheseridir. Özellikle ilk bölümü. Bir bak.”
Kitabın ilk bölüm başlığı Ohm's Three Laws idi ve alışıldık Ohm yasası V = IR birinci yasa olarak verilmişti
Merak edip diğer iki yasaya baktığımda, ikincisinin I = V/R, üçüncüsünün de beklendiği gibi R = V/I olduğunu gördüm
İkisi çoğu zaman daha büyük bir sistem içinde birlikte yer aldığı için her ikisiyle de uğraşan kişiler vardır, ancak kalkülüs gibi temel bilgiler dışında birindeki yetkinlik diğerini anlamayı pek kolaylaştırmaz
İki gözlemim var. Biri önemsiz, diğeri ciddi
Önemsiz olan şu: telsiz/elektromanyetizma başvuru kitaplarında bile insanlar nedense sinüs fonksiyonu grafiğine doğru fonksiyon şeklini çizmek yerine yarım daireler çizmeden duramıyor gibi. Figure 1-2'ye bakın
Daha ciddi olan ise, yararlı askerî eğitim metinlerinin çoğunun ordunun Ar-Ge, eğitim ve sözleşme kurumu olarak da yetkin olduğu 1990'lar öncesinden çıkmış gibi görünmesi
Şimdi bu yetkinliklerin çoğu savunma sanayii şirketlerine dış kaynak olarak verilmiş durumda; böyle metinler yazabilecek ya da ordu içinde düzgün uçak tasarlayabilecek kişilerin çoktan ayrıldığını düşünüyorum
Uçaklar, araçlar, gemiler ve çeşitli ekipmanlar her zaman sivil sanayi tarafından geliştirildi; elbette çoğu zaman orduyla çok yakın iş birliği içinde
ABD hükümetinin doğrudan sahip olduğu üretim kapasitesi her zaman son derece uzmanlaşmıştı. Boeing'e karşı Los Alamos ya da Oak Ridge'i düşünün
Bir süre önce denizaltılarla iletişim kurmak için 5 millik anten kullanan bir askerî uçakla ilgili bir yazı gördüğümü hatırlattı
https://www.thedrive.com/the-war-zone/31477/heres-why-an-e-6...
Bu tür kılavuzların hep bir tel halkasının elektromanyetik alan oluşturmasını örnek vermesi biraz hayal kırıklığı yaratıyor
Doğru akım ve iletkenlerle ilgili gündelik deneyimle bunu bir ölçüde gözünüzde canlandırabilirsiniz, ama sıradan bir monopol antene bakınca bu açıklama çöküyor. Bir ucu havada asılıyken iletken nasıl iletim yapıyor, anlamıyorum. Herhâlde alternatif akım büyüsü
Benzer şekilde, elektromanyetik alan oluşurken tam olarak neler olduğuna dair ayrıntılı açıklama da eksik
Fotonlardan oluşuyor gibi görünüyor, ama o fotonların tam olarak nereden geldiğini ve bazı durumlarda yalnızca miliwatt mertebesinde güçle nasıl üretildiklerini merak ediyorum
Elektromanyetik alan her zaman vardır ve tüm evrene nüfuz eder
İvmelenen elektronlar elektromanyetik alanı bozar; ona enerji ve momentum aktarır ve bu bozulma alan içinde ışık hızıyla yayılır
Yeterli enerji düzeylerinde bu bozulma uzayda iyi yerelleşir ve parçacık gibi davranır; buna foton denir
Düşük enerjilerde de buna foton demek mümkündür ama biraz yanıltıcı olabilir. Burada söz konusu olan radyo dalgası düzeyindeki çok düşük enerjilerde uzayda genişçe yayılmıştır ve dalga boyu da metre mertebesindedir; bu yüzden parçacıktan çok dalga gibi davranır
Alternatif akımda elektronlar kısa mesafelerde ileri geri hareket eder ve basitleştirilmiş ama işe yarar bir resim olarak aynı etkiyi üretir
Suda elinizi yukarı aşağı hareket ettirip dalga oluşturmanıza benzer
Bir ucu açık, diğer ucu kapalı uzun bir boru düşünün. Ağzınızla ucunu kapatıp üflerseniz basınç hızla yükselir
Ama üzerine sızdırmaz şekilde bir hoparlör yerleştirip frekansı tararsanız, ses şiddetinin borunun rezonans frekansına yaklaştıkça değiştiğini görürsünüz
Monopol antendeki elektronlar birbirleriyle elastik bir ilişki içindedir ve bu etki ses hızıyla değil, ışık hızıyla yayılır
Ayrıca borudaki gaz molekülleri gibi iletken içinde oldukça serbestçe hareket edebilirler
2 metre uzunluğundaki bir antene, hoparlöre karşılık gelen bir cihazla 150 MHz’lik bir ‘ses’ verirseniz elektronlardan oluşan boru rezonansa girer
Aynı frekanstaki rezonans boşlukları atmosfer üzerinden bağlanabildiği gibi, antenler de elektromanyetik alan üzerinden aynı frekansta rezonansa girecek şekilde bağlanır
Bu nedenle rezonansa girmeyen diğer frekanslara kıyasla ‘borunun’ ucundaki enerji bir miktar kazanç elde eder ve kulak ya da yükselteç, gürültüden ayırt edilebilir bir şey alır
Şimdi hoparlör borusuyla tamamen aynı başka bir boruya kulağınızı dayadığınızı, diğer kulağınızı da kapattığınızı hayal edin; çevredeki sesleri duyarsınız ama çoğu o rezonans frekansının armonikleri gibi gelir
Arkadaşınız “Beni duyuyor musun?” derse, yankılı bir “mwaa mwoo mwee mwee?” gibi duyulacaktır
Ama arkadaşınız odanın öbür ucunda hoparlör borusunu açarsa, diğer seslerin arasından birden öne çıkar
Sonra size bir rulo kâğıt verip ses şiddetine göre yukarı aşağı çizmenizi söyler ve arkadaşınız ses düğmesini çevirirse, o kâğıda çizilen şekil ses dalgası gibi görünür
Artık AM radyonun nasıl çalıştığını öğrenmiş oldunuz
“Alternatif akım büyüsü”nden ziyade buna RF büyüsü demek isterim
Bu tür devreleri anlamak için farklı bir zihinsel modele ihtiyaç var
Doğru akımda ve düşük frekanslı alternatif akımda, gerilim ve akımın iletken içinde anında ortaya çıktığını varsaymak yeterlidir; ama bu yalnızca kullanışlı bir basitleştirmedir
Kabaca söylersek, güç kaynağından sağlanan enerjinin tel boyunca yayılması zaman alır [0]
Bunu akılda tutarak bu sayfadaki animasyonlu GIF’e bakarsanız daha anlamlı gelecektir: https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna
Bu zihinsel model, manyetik döngünün neden basit bir kısa devre teli olmadığını anlamaya da yardımcı olur. Doğru akım ya da düşük frekanslı alternatif akım devrelerinde gerçekten kısa devredir, ama RF devrelerinde öyle değildir [1]
[0] https://en.wikipedia.org/wiki/Velocity_factor
[1] Yalnızca bu zihinsel modelle herhangi bir anteni tamamen anlamak mümkün değildir. Birçok tasarım, bileşenler arasındaki elektromanyetik etkileşimler veya çevreyle etkileşimler gibi başka olgulara da dayanır. Yine de bu modele sahip olmak, ilginiz olduğunda daha derine inmenize yardımcı olur
Bu yalnızca antenlere özgü de değil. Bilgisayara bakarsanız, 3 GHz’de (DDR4+ RAM) dalga boyu yaklaşık 10 cm’dir; yalnızca tek bir sinüs dalgasına baksanız bile CPU’da 1,8 V, CPU’dan 2,5 cm uzakta 0 V, 5 cm’de -1,8 V, 7,5 cm’de 0 V, 10 cm’de tekrar 1,8 V olur
Buna CPU ile RAM arasındaki mesafeyi, kare dalgayla birlikte gelen diğer frekansları ve temel RAM okuma/yazma işleminin çalışmasını sağlayan tüm matematiği de eklemek gerekir
Sıradan bir tel ya da kablo bile doğru akım elektroniğinde hiçbir şey yapmayan en basit hat iken, burada her şeyi değiştirir
Bir gerilim sinyali verdiğinizde, o “sinyal” (alan) kablonun öbür ucuna ulaşıp ucun açık mı, lehimli mi, yoksa direnç bağlı mı olduğunu “görmeden” önce akımın bir hızla akması gerekir
[0] https://catalog.hathitrust.org/Record/001617948