Radar Temelleri

Duran Dalga Oranı

İletkenlerde, uyumsuz bir çalıştırılma durumunda Duran Dalgalar oluşur.

Eğer bir yüksek frekanslı sistemin tümü uyumlu çalışıyorsa, gücün tamamı, kaynaktan alıcıya herhangi bir kayba uğramaksızın ulaşır. Fakat uygulamada hiç bir zaman bir mutlak uyum gerçekleşemez, dolayısıyla bu uyumsuzluklardan kaynaklanan sorunların giderilmesi gerekir.

Uyumsuzluğa ait iki basit uç durumunu (extreme condition) ele alalım:

• iletkenin ucu kısa devredir ve
• iletkenin ucu açık devredir.

Bu iki özel durumu yakından incelemeden önce bir yüksek frekanslı salınımın beslediği, teorik olarak sonsuz uzunluktaki bir hatta ne olup bittiğini aydınlatmamız gerekir. Gücün uyumlu, yani (R_i = Z_L) olması gerekir.

Devre enerjilendiğinde üreteç, gücünü iletim hattına göndermeye başlar (Bkz. Resim. 2) t = 0 anında gerilim en küçük değere sahip olmalıdır. Bu gerilim değeri hat boyunca dalganın yayılma hızıyla ilerler. Bu dalgaya Yürüyen Dalga denilir. Bu dalganın özelliği, aynı işaretin hattın her noktasında niteliksel olarak ölçülebilmesidir.

Resim 2: Bir YF-hattında gerilimin zamansal akışı (diğer bir deyimle „Yürüyen Dalga“)

Eğer bir hattın sonu, öz hat empedansı (characteristic line impedance) Z_L ye eşit değerde bir R_a direnciyle sonlandırılmış ise, üretilen gücün tamamı bu R_a direncine aktarılabilir.

R_i =Z_L

P_geri

P_ileri

R_a ≠ Z_L

Resim 3: Bir üretece bağlı, uyumlu olmayan iletken

R_i =Z_L

P_geri

P_ileri

R_a ≠ Z_L

Resim 3: Bir üretece bağlı, uyumlu olmayan iletken

Uyumsuzluk

Örneğin, empedans uyumundan söz edilemediği, sonlandırma direncinin 50 Ω olan, 75 Ohm luk bir iletken sisteminde dalgaların yollanması durumunda ne olacaktır?

Üreteç P_Üre gücünü sağlar. Bu güç, 1 nolu noktada aşağıdaki eşitliğe uygun olarak ikiye bölünür:

P_ZL = P_ileri bileşeni hat boyunca ilerleyerek R_a direncine varır. Fakat bu kısım, uyum durumunda varan güçten küçüktür. Direnç tüm gücü ememez ve ısıya dönüştüremez. P_ZL gücünün geriye kalan bölümü, 2 nolu noktada P_geri olarak üretece geri yansıtılır.

O zaman ve daima, Z_L ve R_a birbirine eşit olmadıkça, R_a < Z_L ya da R_a > Z_L durumlarından bağımsız olarak, yollanan dalganın bir bölümü daima geriye yansıtılır. Bu duruma empedans uyumsuzluğu (impedance mismatching) denilir.

Resim 4: Giden dalganın, gelen (yansıyan) dalga ile binişmesi sonucu oluşan bir Duran Dalga

Girişim

Giden işaret (koyu mavi) ve yansıyan işaret (buz mavisi) faz açılarına bağlı olarak örtüştükleri belirli noktalarda, ekleme durumunda daha büyük; çıkarma durumunda ise daha küçük gerilime sahip bir dalga (kırmızı) meydana getirirler. Sonuçta, kablo boyunca düzenli aralıklarla U_en büyük (dalga tepeleri) ve U_en küçük (dalga çukurları) yerel sabit gerilimleri meydana gelir. Örneğin, kablo ucunun açık ya da kısa devre olması gibi aşırı uyumsuzluk durumlarında toplam yansıma meydana gelir. Bu durumda iki dalga eklenerek ya iki kat büyüklüğe ulaşır, ya da birbirlerini iptal ederler. Duran dalga geriliminin iki katına çıkması durumunda bu gerilim üretecin çıkış katını aşırı yükleyebilir ve hatta tahrip de edebilir.

Uygulamada, uyumsuzluk derecesini daha iyi kontrol edebilmek için „Yansıma Katsayısı” r ve „Gerilim Duran Dalga Oranı” s (Voltage Standing Rave Ratio, VSWR) tanımlanmıştır. Aşağıdaki formül ile En Büyük Gerilim/En Küçük Gerilim Oranından hesaplanır. En Büyük Gerilim ileri akan gerilimin toplamına karşılık gelir, En Küçük Gerilim ise iki gerilim bileşeninin arasındaki farktan hesaplanır.

1,00 lık bir Duran Dalga Oranı bu nedenle en uygun uyum anlamına da gelir. Uyumsuzluk durumunda, Duran Dalga Oranının değeri artar. 1,1 ila 1,2 arası bir Duran Dalga Oranı halâ oldukça iyi bir değerdir. Tam uyumsuzluk durumunda Duran Dalga Oranı sonsuza kadar gider.

Ölçüm tekniği şimdi bir sorun yaratır: Hattın her noktasında işaret aynı kalitede ölçülemez (Resim. 4 deki kırmızı çizge). Bir Duran Dalga Oranının işaretinin iyi ölçülebildiği yerler olduğu gibi, daha az iyi ölçülebilen yerler ve belki hiç de ölçülemeyen yerlerde söz konusudur.

1 GHz in üzerindeki güçleri, gerilime göre daha iyi ölçmek mümkün olduğundan, yüksek frekans tekniğinde „Güç Duran Dalga Oranı“ (Power Standing Wave Ratio, PSWR) kullanılır. Ancak, bu terim beraberinde bir kavram karmaşası da getirmektedir, çünkü kablo üzerindeki güç dağılımı, gösterilen gerilim desenine uymamaktadır.