Transmisyon Hatlarında Yansıma Problemleri

Transmisyon hatlarındaki empedans uyumsuzluğunda dolayı giden elektromanyetik dalgaların bir kısmı geri yansır. Bu yansıma belirli bir seviyenin üzerine çıkarsa hattaki aktif veya psaif elemanların bozulmasına sebep olur. TV&FM yayıncılığında karşılaşılan yansıma problemlerinden önce yansıma teorisi ve bazı terimlerin açıklanmasında fayda vardır.

1. VSMR ( Voltage Standing Wave Ratio )

Durum dalga oranı da denilen VSMR transmisyon hatlarındaki empedans uyumsuzluğunun birimidir. Şekil 1.' de basit bir transmisyon hattının blok diyagramı verilmiştir.

Şekil 1. Transmisyon hattı blok diyagramı

Buradaki transmiyon hattının karakteristik empedansı Zo = Zi olursa yükten transmisyon hattına doğru bir yansıma olacaktır.

p = ( Zi - Zo ) / ( Zi + Zo )    [yansıma katsayısı]

formülü ile bulunur. Duran dala oranı ise

VSMR = ( 1 + | p | ) / ( 1 - | p| )

formülü ile bulunur. Tablo 1'de değişik Zi geğerleri için yansıma katsayısı VSMR ,% yansıyan güç ve dB olarak yansıyn güç verilmiştir. TV&FM yayıncılığında kabul edilir VSMR seviyesi 1.1 den daha küçük olmalıdır.

Tablo 1.

2. TV Transmisyon hatlarındaki yansıma problemleri

Şkeil 2.'de basit bir TV yayın hattının blok diyagramı verilmiştir. Bu hattaki yansıma problemi olabilecek elemanlar kuvvetlendiriciler filtreler ve anten sistemleridir.

Şekil 2.

Exciter temel bans resim ve işaretlerinin modüle edilip kanal frekansına çevrildigi kat olduğundan ve burada çok düşük güçte işaretler bulunduğundan yansıma problemi bu katta yoktur. Kuvvetlendirici katları Solid State (transistörlü) veya tüplü olabilir. Solid State olan kuvvetlendiriler genelde geniş bantlı ürtilirler. Üretici firmalar giriş empedansını roadband input empedans optimizasyonu yaparak 50 ohma yakın üretirler. Dolayısı ile kanal yada tüp değişimlerinde empedns uyum ayarı (empedance matching) yapılması geekmektedir. Tipik bir tüplü vericinin tüpünü iletim frekans bandı ve input empedans karekteristiği Şekil 3.'deki gibi olmalıdır.

Şekil 3. Tüpün tipik transmisyon vereflection frekans/genlik karekteristikleri

Şekil 4. 4 yana yayın yapan bir anten sistemi.

Filtreler ise her kanal değişiminde yeniden ayarlanması gereken pasif elemanlardır. Tipik bir notch filtrede araya girme kaybı 0.2-0..3 dB bandpass filtrede ise 0.8-1.2 dB ve return loss değerleri tüplerde olduğu gibi -26 dB'den lüçük olmalıdır.

Transmisyon hattında yansımaya sebeo olabilecek son elemanlar anten sistemlerinde kullanıla spliter ve antenlerdir. Üretici firmalar ürettikleri spliter ve abtenlerin VSMR oranlarını kataloglarında verirler. Bunlar genelde 1.05-1.2 arasındadır.

Şekil 5. 4 yana yayın yapılan faz farkı verilmiş bir anten sistemi

Fakat büyük güçlü anten sistemlerinde aşağıda anlatılacak olan değişik bir yansıma oluşur. Anten sisteminin elemanlarının tek başlarına yansıma katsayılar çok iyi iken toplu olarak kullanıldığında sistem çok yüksek yansıma katsayılarına ulaşmaktadır. Şkeil 4.'de böyle bir sisteme örnek verilmiştir.

Bu anten sisteminde giden ve yansıyan güçler için durum

Giden güç : P = p/4 ( ø = 0º ) +  p/4 ( ø = 0º ) +  p/4 ( ø = 0º ) +  p/4 ( ø = 0º ) 
Yansıyan güç : P' = p [ p/4 ( ø = 0º ) +  p/4 ( ø = 0º ) +  p/4 ( ø = 0º ) +  p/4 ( ø = 0º )   ]
P' = 4 p [ p/4 ( ø = 0º ) ]

şeklinde olacaktır. Görüldügü gibi buradaki yansıma miktarı tek bir anteninkinin dört katıdır. Buna çözüm olarak Şkeil 5.'deki gibi her yöndeki anten sistemine 90º lik faz farkı verirsek bu durumda giden ve yansıyan güçler

Giden güç : P = p/4 ( ø = 0º ) +  p/4 ( ø = 90º ) +  p/4 ( ø = 180º ) +  p/4 ( ø = 270º ) 
Yansıyan güç : P' = p [ p/4 ( ø = 0º ) +  p/4 ( ø = 180º ) +  p/4 ( ø = 360º ) +  p/4 ( ø = 540º )  ]
P' = p [ p/4 ( ø = 0º ) +  p/4 ( ø = 180º ) +  p/4 ( ø = 0º ) -  p/4 ( ø = 180º )  ]
P' = 2 p [ p/4 ( ø = 0º ) ]  şeklinde olacaktır.

Şekil 4.'de sisteme göre yansıyn güç %50 oranında azalmıştır. Bu şekilde anten sistemimizdeki yansımayı çözmüş olsakta faz farklılığında dolayı horizontal radrasyon paterninde biraz bir bozulma olur. Bunun önüne geçebilmek içinse mekanik ofset yapılmalıdır. Mekanik ofset miktarı öyle belirlenmelidirki yansımayı minumum yapabilmek için her bir yöndeki anten dizisine verdiğimiz 90º, 180º ve 270º lik faz farkının etkisini yok edelim. Şekil 6.'da mekanik ofset yapılmş bir anten sistemi görülmektedir.

Şekil 6.Mekanik ofset verilmiş bir anten

Özet olarak büyük güçteki anten sistemlerimizde kullandığımız anten ve splitterlerin VSMR ları çok iyide olsa yansıma problemleri oluşabilir. Yüksek kalitede bir anten sistemi tasarlanırken mutlaka VSMR kontrolü dolayısı ile mekanik ofset yapılmalıdır. Yada 2.çözüm olarak ana splitter girişine empedans uygunlaştırıcı adaptör takılabilir.