Mikrodalga Sistemleri
AMAÇ:
Mikrodalganın haberleşmede kullanım amaçlarını tanıyabilme. Mikrodalga istasyonların bölümlerini kavrayabilme. Mikroşerit hatları tanıyabilme.
Haberleşme ve Mikrodalga istasyonları
Mikrodalga frekansları genellikle mikrodalgaleri adıyla, haberleşmelerinde geniş kullanım alanı buldu. Mikrodalgaların yayılması, görüş hattı boyunca etkin olduğundan buler haberleşme yolu boyunca aralıklarla yerleştirilmiş tekrarlama istasyonları (repeater stations) şeklinde reflektörlü veya lens-tipi antenli yüksek kuleler gerektirir. Çevreyol polisi, kamu şirketleri ve TV ağlarının çok sık kullanımlarından dolayı, bu türler çok seyahat edenlerce sıkça görülür. Mikrodalgaların daha ilginç haberleşme amaçlı kullanımı, mikrodalga röle istasyonu olarak uydu haberleşmesindeki kullanımıdır. Bunların ilki, Temmuz 1962 de gönderilen ve Amerika’dan Avrupa’ya ilk canlı TV yayını sağlayan Telstar’dır.O zamandan beri atmosferik ve hava şartlarıyla ,ilgili data toplama ve gözetleme ile birlikte haberleşme amaçlı olarak pekçok uydu yerleştirildi. Direkt TV yayını için en çok kullanılan band C bandıdır. Kullanılan up-link frekansı 5.9-6.4 GHz bandı ve alma veya down-link frekans bandı 3.7-4.2 GHz bandıdır. Evde kullanım için genellikle 8-ft çapında parabolik reflektör anten kullanılır.
Direkt TV yayını için ikinci bir frekans bandı daha tahsis edildi. Bu band için, up-link frekansı 14-14.5 GHz bölgesinde ve down-link frekansları ise 10.95-11.2 GHz ve 11.4511.7
GHz bandları içindedir. Bu bandda 3-ft çapında bir alıcı parabolik anten uygundur. Şu anda bu frekans bandı Amerika’da fazlaca kullanılmazken, Avrupa ve Japonya’da yoğun olarak kullanılmaktadır. Ayrıca yıllardır mikrodalga yerleri de kullanılmaktadır. Bell şebekesinin parçası olarak 1948 yılında TD-2 sistemi servise konuldu. Bu sistem 3.7-4.2 GHz bandında çalıştı ve herbiri 3.1 KHz band genişliğini kapsayan 480 ses devresine sahipti. 1974’de 10.7-11.7 GHz bandında çalışan TN-1 sistemi işletime sokuldu. Bu sistem 4.5 MHz band genişlikli bir video kanal veya 1800 ses devresi kapasitesine sahipti. Bu zamandan beri yer mikrodalgalerinin kullanımı hızla büyüdü. Şu anda haberleşme sistemleri dijital transmisyona doğru hızla kaymaktadır. Yani analog işaretler transmisyondan önce digital işarete dönüştürülmektedir. Mikrodalga dijital haberleşme sistemlerinin gelişimi de hızla ilerlemektedir. Eski sistemlerde basit modülasyon metodları kullanıldı ve bu durum, elde edilebilen frekans spektrumunun verimsiz kullanımı ile sonuçlandı. 64-kat quadrature genlik modülasyonundaki (64-QAM) gelişmebir tek 30 MHz RF kanalıyla 2016 ses kanalının iletişimini mümkün hale getirdi. Bu, ses için FM analog modülasyon metodu ile rekabet etmektedir. Bundan sonraki adım geliştirilmekte olan 256-QAM sistemidir. Bir modülasyonlu taşıyıcının elde edilmesi ve
işlenmesi için modülasyon yan bantları taşıyıcı frekansın sadece yüzde bir kaçı olabilir. Bu durumda görülüyor ki, bir üzerinden pek çok TV programının verimli bir şekilde iletimi için taşıyıcı frekans mikrodalga bölgesinde olmalıdır. Mikrodalga sistemlerinde gelişme olmasaydı, haberleşme araçlarımız ciddi olarak aşırı yüklenir ve mevcut iletim sistemleri yetersiz hale gelirdi. Bütün bunların dışında mikrodalgalar temel ve uygulamalı araştırma alanlarında ve mikrodalga fırınları gibi pratik düzenlerin pek çoğunda geniş kullanım alanına sahiptir. Şimdi bu özel uygulamaların bazılarını kısaca açıklayalım.
Şönt süseptans elemanları ile periyodik olarak yüklenmiş dalga kılavuzları ışık hızından daha düşük hızlara sahip yavaş dalgalar oluşturur ve bunlar lineer hızlandırıcılarda kullanılır. Bunlar atomik ve nükleer araştırmalarda kullanılmak üzere yüklü parçacıkların yüksek enerji demetlerini üretir. Yavaş yürüyen elektromanyetik dalgalar aynı hıza sahip yüklü parçacık demetleriyle çok verimli bir şekilde etkileşir ve bu suretle demete enerji verirler. Diğer durumda ortaya çıkan amplifikasyonla bir elektron demetindeki enerji elektromanyetik dalgaya verilir. Böyle düzen
yürüyen dalga tüpü olarak adlandırılır. Bu bandda ışıma yayan güneş ve birçok radyo yıldızından doğan elektromanyetik ışımayı dedekte etmek ve onlar üzerine çalışmak için radyo astronomide hassas mikrodalga alıcılar kullanılır. Bu tür alıcılar plazmalardan (elektron ve iyonların yaklaşık olarak nötr birikimleri, mesela gaz deşarjı) ışıyan gürültüyü dedekte etmek için de kullanılır. Elde edilen bilgi, plazma ışımasına neden olan çeşitli mekanizmaları belirlemek ve analiz etmek için bilim adamlarına imkan sağlar. Ayrıca, atmosferik sıcaklık profilleri ile toprak ve ekili alanlardaki rutubet şartlarının haritasını çıkarmak ve diğer uzaktan algılama uygulamaları için mikrodalga radyometreleri (ışın ölçer) kullanılır.Moleküler, atomik ve nükleer sistemler, uygulamalı elektromanyetik alandan kaynaklanan periyodik kuvvetlerin etkisi altında çeşitli rezonans olayı gösterirler. Bu rezonansların çoğu mikrodalga bölgesinde oluşur. Bundan dolayı malzemelerin temel özelliklerinin tespiti için mikrodalgalar çok güçlü bir deneysel sondaj sağlar. Malzemelerle ilgili bu araştırma dışında, feritlerin kullanıldığı karşılıksız
bazı düzenler, bazı katı-hal mikrodalga amplifikatör ve osilatörleri, mesela maser’ler, ve hatta, koherent (yapışık ) ışık kaynağı ve amplifikatörleri (laser) gibi pekçok düzen
de mikrodalga konusundaki gelişmelerin sonucu olarak ortaya çıktı. Laser’in (esasen monokromatik yani tek frekanslı koherent ışık dalgaları kaynağının) gelişimi optik dalgaboylarında haberleşme sistemlerinin geliştirilebileceği ihtimalleri üzerine büyük bir ilgi uyandırdı. Bu frekans bandı bazen ultramikrodalga bandı olarak da anılır. Bazı modifikasyonlarla, mevcut mikrodalga teknolojisinin bir çoğundan optik sistemlerin gelişiminde istifade edilebilir. Bu nedenle, konvansiyonel mikrodalga teorisi ve düzenleri ile ilgili iyi bilgi, elektromanyetik spektrumun yeni sınırındaki çalışma için temel sağlar.
MİKROŞERİT HATTIN TEMELLERİ
Mikro şerit iletim hatları geniş bir alanda kullanılır, ve bununda iyi bir nedeni vardır. Mikro şerit hatların geniş bir bandı vardır. Bunlar az yer kaplayan ve ağırlıkça hafif devreleri sağlarlar. Mikro şerit hatlar entegre devre fabrikasyonu geliştiğinden beri ekonomik ürünler haline gelmiştir ve bu teknolojiye kolayca uyum sağlamıştır. Mikro şerit hatların bazı temel prensipleri aşağıda incelenecektir.
Farklı iletim hatları, mikrodalga ICs (MICs) için kullanılır. Her bir çeşit diğer çeşide göre avantajlıdır..
Mikroşerit hat dielektrik yapı ve karşı taraftaki tek bir toprak düzleminin bir tarafı üzerindeki tek bir iletken tabakası ile bir iletim hattı geometrisine sahiptir.Ondan sonra o açık yapıdır, mikroşerit hat şerit hattan daha üstün bir fabrikasyon avantajına sahiptir. Bir de karşılıklı bağlantılar ve ayarlamaların kolay özelliklerine sahiptir.
Bir mikroşerit hatta dalga uzunluğu:Λ= λ / (ε) (1)
Burada:
Ε= efektif dielektrik sabitidir, ve bu yapı malzemesi ve mikroşerit hattın fiziksel boyutlarının dielektrik sabitine bağlıdır ve Λ= boş uzay dalga uzunluğu.Bir mikroşerit hatta, elektromanyetik alanlar (EM) malzeme içinde ve dielektrik malzeme üstündeki havada kısmen mevcuttur. Hattın efektif dielektrik sabiti açıkhava dielektrik sabitinden daha büyük olması beklenir.
Mikroşerit hat radyasyon ve EM karışmayı (EMI) önlemek için iyi bir ortam sağlayacak devrelere ihtiyaç duyar. Aynı zamanda mikroşerit konfigürasyonlarından bayağı uzun olanları ele alınırken boyutları enine sonsuz kabul edilir, öyle ki gerçeklikten sapmış olur. Metalle birlikte temel mikroşerit koruması daha gerçekçi bir devre kofigürasyonuna kılavuz taraflar üzerinde ve en üstteki plakalarla kapak yerine geçer. Bir korunmayla korunmuş bir mikroşerit hat şekil 1’ de gösterilir.
Koruma ve ambalajlamanın ana amaçları yüksek güç uygulamaları durumunda mekanik direnç, EM koruyucu kılıf, ve ısıl batma sağlamaktadır. Ambalajlama rutubet, nem, toz ve diğer çevresel bozmalardan devreyi korumak zorundadır. Devre koruma amacı ile mühürlemenin kesin metodları kullanılabilir, bunlar: dayanıklı iletken bir plastik, lehim, conta malzemeleri, ve manyetik metal bant. Bire korumaya binmiş bir MIC dahili boyutlarla birlikte bir dielektrik yüklü oyuk resanatör (şekil 3, solda) gibi görünebilir. Ebatlar: a genişlik, l uzunluk, ve H kutunun yüksekliğidir.
Bu boyutlar bir yolla seçilebilir bu yol için dalga yönlendiricisi modları cutoff’ un altındadır. Bu resanatör içinde parazit modlar görünür.
