Radyo Mühendisliği Notları.pdf

 

 

 

TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası 1954

RADYO MÜHENDİSLİĞİ NOTLARI

1.Baskı, Ankara-Aralık 2011 ISBN: 978-605-01-0248-2 EMO Yayın No: EK/2011/29

TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası Ihlamur Sokak No:10 Kat:2 06640 Kızılay Ankara Tel: (312) 425 32 72 Faks: (312) 417 38 18 http://www.emo.org.tr E-Posta: [email protected] Kütüphane Katalog Kartı

621.384 RAD 2011 Radyo Mühendisliği Notları Kitabı; Yayına Hazırlayan: EMO Genel Merkez, --1.bs.--Ankara. Elektrik Mühendisleri Odası, 2011 342 s.:24 cm (EMO Yayın No:EK/2911/29; ISBN:978-605-01-0248-2) Matlab

Dizgi TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası Baskı TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası

 

Radyo Mühendisliği Notları

RADYO MÜHENDİSLİĞİ NOTLARI

1

Radyo Mühendisliği Notları

RADYO MÜHENDİSLİĞİ NOTLARI

1

BAŞLARKEN

10

1.

11

RADYO

i. Giriş Radyo dalgalarının ilerlemesi

11 12

ii. Radyo Nasıl Çalışır Radyo linki

14 17

iii. Radyo Spektrumu ve Frekans Tahsisi Genel Bir ve iki frekanslı sistemler

19 19 20

iv. Kazanç, Seviye, Zayıflatma ve Yayılma Kazanç ve kayıp Seviye Zayıflama Yayılma Görüş çizgisi yayılma yolu zayıflaması Yansımalar

22 22 23 25 26 30 31

v. Frekans Bantlarının Seçilmesine İlişkin Kriterler HF – Yüksek frekans VHF – çok yüksek frekans UHF – Ultra yüksek frekans Frekans seçimi Özet

32 32 35 38 40 44

vi. Modülasyon ve Demodülasyon Taşıyıcı dalga modülasyonu Yan bantlar ve bant genişliği AM – Genlik modülasyonu FM - Frekans modülasyonu PM – Faz modülasyonu

46 46 47 49 54 57

vii. Yükselteç

60

viii. Güç Yükselteci (PA)

61

ix. Osilatör

61

2

Radyo Mühendisliği Notları

x. Filtreler Filtre karakteristikleri Filtre tipleri

63 64 67

xi. Vericiler AM vericiler PM ve FM vericileri

73 73 74

xii. Alıcılar AM alıcı FM ve PM alıcılar

75 75 76

xiii. Antenler Giriş Çalışma teorisi Anten tipleri Anten kurulumu Yığın anten

78 78 78 82 85 85

xiv. Kablolama Eşeksenli delik kablo

86 88

xv. Ara Modülasyon ve Dubleksörler, Çok Katlı Kuplörler, Sirkülatörler, İzolatörler, Dağıtıcı ve Ön Yükselteçler Kullanılarak Ara Modülasyonu nasıl önleriz Giriş 88 Ara modülasyon 89 Sirkülatörler ve izolatörler 91 Çok katlı kuplör ve kaviteli filtreler 93 Dublekser 95 Dağıtıcılar 98 Alıcı ön-yükselteçleri 99 Tipik konfigürasyon 100 xvi. Bir Radyo Linkinin Tatbik Edilmesi Yol profili RF yol kaybı hesaplamaları Verici gücü/alıcı duyarlılığı Sinyal gürültü oranı ve SINAD Sönümleme sınırı Hesaplama özeti Çeşitli değerlendirmeler

101 101 104 106 107 109 110 110

xvii. Radyo Cihazı Tipleri ve Markaları

111

Tipler

111

3

Radyo Mühendisliği Notları

Markalar

114

xviii. Analog Radyo Üzerinden Veri İletimi Modülasyon teknikleri İletim sınırlamaları

115 115 116

xix. Radyo frekansları için düzenleyici lisans verme şartları

119

xx. Duplikasyon ve Oto-sınama Duplikasyon Yedek vericiler Oto-sınama ve uzaktan teşhis

120 121 122

xxi. Çeşitli Terimlerin Açıklamaları 1VSWR ve geri dönüş kaybı Duyarlılığın bozulması ve bloklama Sürekli ton-kodlu ilâve-ses gürültü kesme (CTCSS) Seçimli arama

122 122 128 129 130

xxii. Analog Radyoya İlişkin İlâve Özellikler Trank radyo

130 134

xxiii. Sayısal Modülasyon Radyo Sayısal özel mobil radyo

135 135

xxiv. Spesifik Olarak Telemetri Uygulamaları xxv. Sayısal Kablosuz Haberleşme

2

için Sayısal Radyo

138 140

MİKRODALGA SİSTEMİ

145

i. Giriş

145

ii. Genel Bilgiler Havai hatlar Yeraltı bakır kabloları Radyo Fiberoptik kablo

146 147 147 147 147

iii. Noktadan-Noktaya Radyo Sistemleri

149

iv. Tek Noktadan-Çok Noktaya Çalışma teorisi

151 153

v. Tipik Bir Radyo Terminali Verici Alıcı

154 155 156 4

Radyo Mühendisliği Notları

vi. Modülasyon Metotları

156

vii. Standartlar

158

viii. Çoklama Cihazları ve Veri Hızları Analog çoklama sistemleri Sayısal çoklama Ses sıkıştırma Senkron sayısal hiyerarşi 2 Mbps dünyası

160 160 161 165 165 166

ix. Antenler ve Çok Katlı Kuplörler Yansıtıcıların kullanılması Pasif tekrarlayıcıların kullanılması Dublekserler ve çok katlı kuplörler

168 170 171 172

x. Eşeksenli Kablolar ve Dalga Kılavuzları Dalga kılavuzlarının kullanımından kaçınılmalı mıdır?

172 173

xi. Güç Kaynakları

174

xii. Yol Kaybı Serbest uzay zayıflaması Yağmurun neden olduğu zayıflama Sönümleme sınırı

175 175 175 176

xiii. Basit Bir Yol Hesaplaması

177

xiv. Çok Yollu Çalışma ve Diversiteli Çalışma Çok yollu yayılma

178 178

xv. Oluklanma ve Aşma Oluklama Aşma

184 184 185

xvi. Cihazların Duplikasyonu Soğuk yedek Sıcak yedek Paralel çalışma Diversite (çeşitleme)

186 187 187 188 189

xvii. Yolların Duplikasyonu

190

3

UYDU SİSTEMLERİ

192

i. Giriş

192 5

Radyo Mühendisliği Notları

ii. Uydu Hizmet Sınıfları ve İlgili Örgütler Uluslararası hizmetler Bölgesel sistemler Ulusal Alçak yörünge (LEO) uydusu GPS – Global konumlandırma sistemi

193 194 197 199 201 203

iii. Uydular için Frekans Bandı Tahsisi Uydu bantları

204 206

iv. Uydu Sistemleri ve Uydu Cihazları Konfigürasyon Çoklama Modülasyon teknikleri

208 208 211 217

v. Uydu Cihazı Yer-uydu linkleri Uydu transponderi Uydu-yer linkleri

217 217 218 219

vi. Antenler

220

Link Denklemi

220

viii. Ayak izi

222

4 GÜVENİRLİLİK BAKIM VE ELVERİŞLİLİK

224

i. Giriş

224

ii. Güvenilirlik Güvenilirliğin tanımı İmalât Çalışma Bakım

225 225 226 227 228

4.3 Elverişlilik 4.3.1 Radyo ve mikrodalga Kara hatları Uydular

228 228 233 235

iv. SCADA Sistem Güvenilirlik (arıza) Oranları

235

v. Tüm Sistemin Test Edilmesi

236

vi. Güvenilirliğin Artırılması

236 6

Radyo Mühendisliği Notları

vii. Güvenilirlik Hesaplamaları Arıza Oranı Arızalar arasındaki ortalama süre Elverişlilik Hesaplamalar hakkında açıklamalar

237 237 238 238 239

viii. Süreç Kalitesinin Artırılması

239

5 ANA BÖLGELER VE RTU İÇİN ALTYAPI SİSTEMİ ŞARTLARI 241 i. Bölge Seçimi

241

ii. Bölge Çalışmaları ve Ulaşım

242

iii. Anten Destek Yapıları

243

iv. Yıldırım Düşmesinden Korunma Yıldırım düşmesinden korunma seviyeleri Cihazla yıldırımın ayrılması Yıldırımın başka bir yerde yok edilmesi Yüksek gerilimlerin ve akımların dağıtılması Sonuç

246 249 250 251 251 252

v. Cihaz Korunakları ve Sıcaklık Yönetimi Sıcaklık yönetimi Bina tasarımına ilişkin diğer hususlar

253 253 255

vi. Güç Kaynakları dc kaynağı ve bataryalar Ana güç kaynakları Temel-olmayan, temel ve kesintisiz kaynaklar Elektrik şebekesi istasyonu Güneşle ilgili güç kaynakları Rüzgar jeneratörleri Dizel jeneratörleri dc kaynakların filtrelenmesi

256 256 260 260 260 263 264 265 267

vii. Dağıtım (dc)

269

viii. Bölge Alarmlarının İzlenmesi

271

ix. Ses ve Veri Kablajı – Dağıtım Sistemleri

274

x. Cihaz Rafları

278

7

Radyo Mühendisliği Notları

xi. Mikrodalga ve Radyo Sistemlerindeki Enterferans Yüksek gerilimli enerji hatları Elektromanyetik enterferans Radar enterferansı Yabancı sistem enterferansı Harmonik ve ara modülasyon enterferansı

279 279 279 280 280 280

xii. Hizmet Kanalı

280

6 TELEMETRİ SİSTEMLERİNİN MEVCUT RADYO SİSTEMLERİNE ENTEGRASYONU

282

i. Genel

282

ii. Uygun Radyo Sistemleri

283

iii. Trafik Yükü

285

iv. Bir Sistemin Tatbik Edilmesi

287

v. Trank Radyo

289

7

ÇEŞİTLİ TELEMETRİ SİSTEMLERİ

291

i. Giriş

291

ii. Okyanus Veri Telemetri Uygulaması Elektromekanik kablo Akustik modem İndüktif modem

291 292 293 296

iii. Fizyolojik Telemetri Uygulaması

298

iv. Modüleli UHF Geri Saçılma Kullanan Etiket Tanımlama Sistemi

300

8

ÖRNEK UYGULAMA

306

i. Sıvılaştırılmış Doğal Gaz Tankerleri için Liman Haberleşme Sistemi

306

ii. Uzak Okyanusbilimsel Algılayıcı Sistemi

308

EK 1 - YOL KAYBI HESAPLAMA FORMÜLLERİ Radyo Çizelgesi

315 315

8

Radyo Mühendisliği Notları

Radyo Çizelge Hesaplamaları

317

Yansıma Analizi

320

Kırınım Kayıpları

321

B.5

Büyük Çember Mesafesi

324

B.6

Fresnel Kuşağı Yarıçapı

325

B.7

Uzay Diversitesi

325

B.8

Mikrodalga çizelgesi

326

B.9

Mikrodalga Radyo Çizelge Hesaplamaları

328

B.10

Yağmurun Neden Olduğu Zayıflama

330

B.11

Elverişlilik

330

B.12

Uzay Diversitesi (çizelge)

331

B.13

Frekans Diversitesi

331

B.14

Hibrit Diversite

332

EK2: DESİBEL ÖLÇEĞİ

333

Desibel sözlüğü

339

9

Radyo Mühendisliği Notları

BAŞLARKEN Bu notlar, telemetri ve radyo haberleĢmesinin temellerini vermek amacıyla hazırlanmıĢtır. Okuduğunuz bu notlar, D.Bailey‟in hazırlamıĢ olduğu uygulamalı atölye eğitimlerinden biri olan “Practical Radio Telemetry Systems for Industry (BileĢim Yayınları tarafından Pratik Radyo Mühendisliği ve Telemetri adıyla Türkçeye çevrilmiĢtir)” kurs notları; S.Winder ve E.Carr tarafından kaleme alınan “Radio and RF Engineering Pocket Book (BileĢim Yayınları tarafından Radyo ve RF Mühendisinin Cep Kitabı adıyla Türkçeye çevrilmiĢtir)” ile H.Kogashuka tarafından 1945‟lerde hazırlanan “Radio Engineers Handbook” kitaplarından derlenmiĢtir. Toplamı 340 sayfadır. Ġlk bölümde, Radyo teorisi ve teknolojisi detaylı olarak incelenmektedir. 2.Bölümde, mikrodalga sistemleri anlatılmaktadır. 3. Bölümde ise uydu sistemleri detayları ile anlatılmaktadır. Güvenirlilik, arıza ve bakım durumlarına iliĢkin bilgiler 4. Bölümde sunulmaktadır. 5-6 ve 7. Bölümlerde, ana yayın bölgeleri ile uzak uçlar için altyapı sistemleri ve telemetri sistemlerinin mevcut radyo sistemlerine entegre edilmesi ve çeĢitli telemetri sistemleri; son bölümde ise örnek bir uygulama anlatılmaktadır. Radyo üzerine farklı kaynaklardan birleĢtirilen bu notları, EMO kanalıyla, bu kez e-kitap olarak sunuyoruz, bu e-kitaplara katkılarından dolayı, EMO yayınları ile uğraĢan baĢta Sn. Emre Metin, Sn.Hakkı Ünlü ve Sn.Orhan Örücü olmak üzere tüm EMO yetkililerine teĢekkür ederiz. Aydın Bodur

10

Radyo Mühendisliği Notları

1. RADYO i. Giriş Kablosuz ya da sabit bir ağ aracılığı ile araçların uzaktan izlenebilmeleri ya da kontrolü amacıyla kullanılan sistemlerin bütününe telemetri adı verilmektedir. Telemetri böylece cihazlarla yerinde temasa gerek kalmadan uzaktan (hem de çok uzaktan) iletiĢim kurma imkanı sağlar. Bu telemetrik sistemler içinde de en çok kullanılanı, radyodur. Radyonun uzak haberleĢme aracı olarak, kablolu sistemlerin yerine kullanılmasının nedenleri aĢağıda sıralanmaktadır: 



 



Uzak iletiĢim (telemetri) sistemleri adından belli olmak üzere, genelde uzak mesafeler üzerinden çalıĢtırılır ve dolayısıyla kablo döĢemenin maliyeti, radyo cihazı kurma maliyetini geçmektedir. Kara hatlarının bir telefon firmasından kiralanması durumunda bile, radyo cihazı satın alınırsa, (kira maliyetlerinin, hatların anahtarlamalı ya da tahsisli olup olmamasına bağlı olarak değiĢmesine rağmen) cihazın birkaç yılda masrafını çıkaracağı ancak kira masraflarının devamlı olacağı görülecektir. Kurulacak olan cihazın tipine ve ilgili mesafeye bağlı olarak, radyo, genelde diğer haberleĢme araçlarından daha hızlı bir Ģekilde kurulabilir. Radyo, taĢınabilir bir cihazdır ve dolayısıyla tesislerin yerleri değiĢtiğinde radyo cihazı, kolayca yeni yerlere taĢınabilir. Bir tesis ya da cihaz, hizmet dıĢı kalırsa; çok az değiĢiklik yapılarak ya da hiçbir değiĢiklik yapılmasına gerek olmadan radyo cihazı yeniden kullanılabilir. Radyo haberleĢme linklerinin sahibi kullanıcının kendisi olabilir; (tüm fiziksel sınırlamaların ve düzenlemeyle ilgili sınırlamaların hesaba katıldığı varsayıldığında) kullanıcı, herhangi bir veriyi istediği herhangi bir biçimde gönderebilecektir.

11

Radyo Mühendisliği Notları

 

Radyo kullanılarak daha yüksek veri hızları elde edilebilir. Yüksek bilgi güvenliği gerektiğinde, kablolu sistemler tercih edilebilmektedir. Ancak yüksek güvenilirliğe sahip haberleĢme devrelerinin gerekli olduğu durumlarda bile, radyo, kara hattı devrelerinin yedeği olarak kullanılabilmektedir.

Radyo cihazları iki genel sınıfa ayrılabilir:  1 GHz‟in altında çalıĢan cihazlar ve  1 GHz‟in üstünde çalıĢan cihazlar 1 GHz‟in üstünde çalıĢan cihazlar, genelde mikrodalga radyo olarak bilinmektedir ve bu cihazlar, bir sonraki bölüm‟de ayrıntılı bir biçimde incelenecektir. 1 GHz‟in altında çalıĢan cihazları radyo cihazı olarak adlandıracağız. Bu bölüm, radyoya iliĢkin kavramlara ve bu kavramların bir telemetri sistemine nasıl uygulandığıyla ilgili açıklamalara ayrılmıĢtır. Radyo haberleĢmesi bir bilim olarak değerlendirilebilir ve bu bilimin endüstriyel bir ortamda uygulanabilir bir çözüme nasıl dönüĢtürüleceği belirli bir kesime hitap eden ve uzmanların gerçekleĢtirmesi gereken zor bir iĢtir. Birçoğumuz iyi çalıĢmayan ya da bazı sorunları olan radyo sistemlerinin varlığından haberdarız. Bir sistem doğru bir Ģekilde tasarımlandığında, sorunlardan arındırılmalıdır! Telemetri için radyo linklerinin tasarımlanmasında mantıksal bir metodoloji kullanılabilir. Bu bölümde, radyo teorisinin temelleri ve daha sonra da tam bir radyo sisteminin tüm elemanları açıklanacaktır. Son olarak, telemetri sistemlerinde kullanılacak olan bir radyo sisteminin sistematik olarak tasarımlanması, kurulması ve test edilmesi için kullanılan uygun bir metot açıklanacaktır.

Radyo dalgalarının ilerlemesi Frekans ve dalgaboyu Frekans ve herhangi bir türde iki ardıĢık dalga üstündeki eĢ noktalar arasındaki uzunluk olarak tanımlanan dalgaboyu arasında sabit bir iliĢki vardır: ses (basınç), elektromanyetik (radyo) ve ıĢık. Dalganın türü ve dalga ön yüzeyinin ortam içindeki ilerleme hızı, bu iliĢkiyi belirler. Yüksek yoğunluklu ortamlarda, ilerleme hızı daha yavaĢtır. Ses dalgaları, uzay boĢluğunda aynı hızda, yaklaĢık olarak saniyede 3 x 108 metre hızında ilerleyen radyo ve ıĢık dalgalarından daha

12

Radyo Mühendisliği Notları

yavaĢtır ve bir radyo dalgasının frekansı ve dalgaboyu arasındaki iliĢki aĢağıdaki denklemdeki gibidir:

λ

3 108 metre f

Burada, λ, dalgaboyu ve f, hertz (Hz) cinsinden frekanstır.

Video sinyalleri Elektronik dalga spektrumu Şekil 1.2‟de gösterilmiĢtir: radyo komünikasyonu için kullanılan kısmı, 10 kHz‟in altından 100 GHz‟in üstüne değiĢir.

Radyo spektrumu, bantlara ayrılmıĢtır ve bantların tahsis edilmeleri, temel kullanım alanları ve ilerleme metodları Şekil 1.9’da 13

Radyo Mühendisliği Notları

gösterilmiĢtir. Farklı frekanstaki dalgalar, farklı davranıĢ gösterirler ve bu, her bir banttaki radyo komünikasyon kanalları anlamında mevcut spektrum miktarı ile birlikte kullanım alanını belirler. Radyo veya ıĢık dalgalarının ilerlemesi göz önüne alındığında, baĢlama noktası, izotropik yayıcıdır. Bu, uzay boĢluğunda, her yönde eĢit miktarda yayılım yapan sanal bir nokta kaynaktır. Bir kürenin merkezine yerleĢtirilen bu tür bir yayıcı, kürenin tüm yüzeyini eĢit miktarda aydınlatır. r, kürenin yarıçapı olmak üzere, 4πr2, kürenin yüzey alanı olduğundan, yüzey üzerindeki herhangi bir noktadaki aydınlatma parlaklığı, yayıcıdan uzaklıkla ters orantılıdır. Radyo alanında, kaynaktan uzakta güç yoğunluğu, Pt = iletilen güç olmak üzere, aĢağıdaki formülle bulunur: P Pd  t 2 4r

ii. Radyo Nasıl Çalışır

ġekil 1.4 – Bir elektromanyetik dalganın üretilmesi Alternatif akım (ac) taĢıyan ve belirli bir miktar dahili dirence sahip korunmasız tek bir iletken, elektromanyetik dalga biçiminde salınan bir tür enerji yayacaktır. Yayılan dalgaların frekansı, alternatif akımın salınım hızına eĢittir. Örneğin bir iletken boyunca saniyede 100 salınım hızında ileri ve geri yönde hareket eden elektronlara sahip bir alternatif akım, 100 hertz (Hz) frekansında elektromanyetik dalga yayacaktır. Elektronların salınımını saniye baĢına osilasyon cinsinden tanımlamak ya da bir elektromanyetik dalganın tam çevrimlerinin sayısını saniye baĢına çevrim cinsinden tanımlamak için hertz birimi kullanılır. Çevrim/saniye ve hertz birbirinin yerine kullanılabilir. Frekansı tanımlamak için aĢağıdaki kısaltmalar kullanılır: 14

Radyo Mühendisliği Notları

  

kHz kilohertz MHz megahertz GHz Gigahertz

1 x 103 Hz 1 x 106 Hz 1 x 109 Hz

= = =

ġekil 1.5 – Bir çevrim Bir çevrim bir dalga boyu kadardır. Ġletkenin elektromanyetik dalga ıĢıma elemanı [:radiator-(anten)] olarak ne kadar etkin olduğu, salınım frekansındaki rezonansın derecesine bağlıdır (Yüke enjekte edilen enerji, yük tarafından absorbe edildiğinde, rezonans, meydana gelir; çünkü yükü oluĢturan parçacıklar, enjekte edilen enerji ile aynı frekansta salınım yapar.). Elektromanyetik dalgalar, uzayda sinüs biçimli bir biçimde hareket eden ve bir elektrondan çok daha küçük, foton olarak adlandırılan çok küçük parçacıklardır. Elektromanyetizmanın yapısını inceleyen iki karmaĢık fizik dalı mevcuttur; bunlar, parçacık fiziği ve dalga mekaniğidir. Her bir teori, fenomeni, farklı bir perspektiften inceler ve bazen oldukça farklı sonuçlar ortaya çıkabilir. Bu notlarda amaçlanan, bu incelemelerin matematiksel yönünden ziyade radyo ile ilgili uygulamalardır. Elektromanyetik dalgalar, bir elektrik alan ve bir manyetik alanla temsil edilebilir. Elektrik alan, iletkende hareket eden elektronlar tarafından üretilir. Elektrik alan, kendisine dik oluĢan eĢ değer bir manyetik alan üretmektedir. ġekil 1.6‟da elektromanyetik dalganın bileĢenleri gösterilmektedir.

15

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.6 – Elektromanyetik dalganın bileşenleri Bir radyo anteninde, elektromanyetik dalganın elektrik alanı, anten elemanlarına paraleldir; baĢka bir deyiĢle, hareket eden elektronlara paraleldir. Bu konu, bu bölümün ileriki kısımlarında ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Elektromanyetik dalgalar, uzayda hareket ederken ve iletken bir elemandan geçerken; elektrik alan, iletkene paralelse; dalga, gelen sinüs dalgasına göre iletkendeki elektronların yukarı ve aĢağı yönde hareket etmesine neden olacaktır. Bu iletken, elde edilen sinyallerin alıcıya iletilmesini sağlayan alıcı antendir. Alıcı, elektronların hareketini tespit edecek ve bunu, gelen sinyal olarak iĢleme tâbi tutacaktır. Hava ve boĢluk ortamları, genelde serbest uzay olarak bilinir. Elektromanyetik dalgalar, boĢlukta ıĢık hızında hareket edecektir (saniyede 3 x 108 metre hızla). Dalgaların hareket ettiği ortam ne kadar yoğun olursa; dalgalar, o kadar çok yavaĢlar. Elektromanyetik dalgaların havadaki hızı, boĢluktaki hızıyla neredeyse aynıdır. Belirli bir frekanstaki dalga boyunun belirlenmesinde yukarda belirttiğimiz üzere aĢağıdaki formül kullanılır: C= Örneğin, 900 MHz‟te çalıĢan bir radyo sistemine sahipsek, bu sinyalin dalga boyu 33 cm‟dir. Kısa bir dalga boyuna (dolayısıyla yüksek frekansa) sahip elektromanyetik dalgalar, düz bir çizgide hareket etme eğilimindedir ve bu dalgalar, katı nesneler tarafından hızlı bir Ģekilde absorbe edilir ya da yansıtılır. Dalga boyu daha uzun olan (düĢük frekanslı) elektromanyetik dalgalar, atmosferik Ģartlara karĢı daha hassastır ve bu dalgalar daha eğri (dünyanın kavisine benzeyen) bir rota izler. Ayrıca bu dalgalar, katı nesnelerin içine daha çok iĢleyebilir. Bu bölümde, 335 MHz‟den yaklaĢık 960 MHz‟e kadar olan frekanslar kısa dalga boyları olarak ve 1 MHz‟den yaklaĢık 225 MHz‟e kadar olan frekanslar uzun dalga boyları olarak kabul edilecektir. Radyo frekans ve mikrodalga frekans bantlarındaki elektromanyetik dalgalar (10 kHz ilâ 60 GHz arası) genelde sadece RF sinyalleri (radyo frekans sinyalleri) olarak adlandırılır.

16

Radyo Mühendisliği Notları

Radyo linki Bir radyo linki aĢağıdaki bileĢenlerden oluĢur:  Antenler  Vericiler  Alıcılar  Anten destek yapıları  Kablolama  Ara yüz cihazları ġekil 1.7‟de, bu elemanların tam bir radyo linki oluĢturacak Ģekilde nasıl birleĢtirildiği gösterilmektedir.

ġekil 1.7 – Bir radyo linkinin temel bileşenleri Anten Anten, elektromanyetik dalgaları yaymak ya da almak için kullanılan cihazdır. Birçok farklı anten tasarımı mevcuttur. Her anten, sinyali (elektromanyetik dalgaları) farklı bir biçimde yayar. Kullanılan anten tipi uygulamaya ve kapsama alanına bağlıdır. Verici Verici, ses ya da veri sinyalini modifiye edilmiĢ (modüle edilmiĢ) daha yüksek frekanslı bir sinyale dönüĢtüren ve bu sinyali, serbest uzaya radyo frekanslarındaki elektromanyetik bir dalga olarak yayılmak üzere antene gönderen cihazdır. Alıcı Alıcı, radyo frekans sinyallerini (bu sinyaller, serbest uzaydaki elektromanyetik dalgaları alan antenden elde edilir) ses ya da veri sinyallerine geri dönüĢtüren cihazdır. Anten destek yapısı 17

Radyo Mühendisliği Notları

Anten destek yapısı, antenlerin daha yüksekte olmalarını sağlamak için kullanılır böylece antenlerin genelde arttırılmıĢ iletim mesafesine ve kapsama alanına sahip olması sağlanır. Bu yapı, üçmetrelik tahta bir sırıktan bin-metrelik bir çelik yapıya kadar değiĢen tiplerde olabilir. Kendisini destekleyen gergi tellerine sahip yapı genelde direk olarak adlandırılır. Serbestçe ayakta duran yapı ise, genelde kule olarak adlandırılır.

ġekil 1.8 – Direğin ve kulenin gösterimi Kablolama Radyo sistemlerinin bağlanması için kullanılan üç ana kablolama tipi mevcuttur:  Tüm radyo frekans bağlantıları için eĢeksenli kablo  Ses, veri bağlantıları ve denetimsel bağlantılar için bükmeli kablo çiftleri  Güç kabloları Ara yüz cihazı Bu cihaz, dıĢ kaynaklardan gelen ses ve verinin vericilerle ve alıcılarla olan ara yüzünü oluĢturur. Bu cihaz ayrıca bilgi akıĢını ve sistemdeki çalıĢmanın zamanlamasını kontrol eder, vericinin ve alıcının kontrol edilmesini ve izlenmesini sağlar.

18

Radyo Mühendisliği Notları

iii. Radyo Spektrumu ve Frekans Tahsisi Genel Radyo frekans spektrumunun çeĢitli kısımlarının nasıl kullanılacağını belirleyen çok kesin düzenlemeler mevcuttur. Radyo frekans spektrumunun bazı spesifik kısımları, kamu kullanımı için tahsis edilmiĢtir. Tüm frekanslar, devlete ait bir düzenleme kurumu tarafından kullanıcılara tahsis edilir. ġekil 1.9‟da, dünya genelinde kamuya iliĢkin kullanım için tahsis edilmiĢ olan tipik radyo spektrum kısımları gösterilmektedir. Her bir kısım bant olarak adlandırılır. Bu bantların belli kısımları telemetri sistemleri için tahsis edilmiĢ olacaktır.

ġekil 1.9 – Kamuya ait kullanıma ilişkin radyo spektrumu Bazı ülkelerde, kısıtlamaları olmayan bir telekomünikasyon çevresi mevcuttur ve bu telekomünikasyon çevresi, spektrumun bazı kısımlarının, bu kısımları yönetecek ve daha sonra bireysel (daha küçük) kullanıcılara satacak özel büyük Ģirketlere satılmasına izin verir.

19

Radyo Mühendisliği Notları

Herhangi bir frekansta lisanssız iletime izin verilmediğinden, bir frekans lisansı almak için, ilgili devlet kuruluĢuna ya da yeniden satılacak büyük spektrum kısımlarına sahip bağımsız gruplara baĢvuruda bulunulur.

Bir ve iki frekanslı sistemler Ġlgili idari kurum, kullanıcıya kanal baĢına bir ya da iki frekans tahsis edecektir. Radyo bantlarında, her bir frekans genelde 12½ ya da 25 kHz geniĢliğinde olacaktır. Radyo söz konusu olduğunda, bu, simpleks ya da dupleks bir sistemle çalıĢma arasındaki farkı temsil eder. Radyodaki simpleks ve dupleks terimleri, veri haberleĢmesindekilerden biraz daha farklı anlamlara sahiptir. Tek frekans tahsisi Kullanıcıya tek bir frekans tahsis edilirse, sistem simpleks bir sistem olarak kabul edilir. Ġki simpleks radyo iletim modu mevcuttur: Tek yönlü simpleks: Burada, tek frekanslı radyo dalgaları biçimindeki bilgi sadece tek bir yönde, vericiden alıcıya doğru iletilecektir.

ġekil 1.10 – Tek yönlü simpleks Çift yönlü simpleks: Burada, her iki yönde ancak bir anda sadece tek bir yönde bilgi iletmek için tek frekans kullanılır.

20

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.11 – İki yönlü simpleks İkili frekans tahsisi Burada çalıĢma bandına bağlı olarak aralarında yaklaĢık 5 MHz uzaklık olan iki frekans tahsis edilir. Bu tip sistem, dupleks sistem olarak bilinir. Dupleks radyo iletiminin iki modu vardır: Yarı dupleks: Burada bir frekans bir yönde iletim için ve diğer frekans diğer yönde iletim için kullanılır ancak bir anda sadece bir yönde iletim yapılabilir. Bu mod çoğunlukla bir mobilden diğer tüm mobillere iletimleri tekrarlamak için bir radyo istasyonunun kullanıldığı mobil araç radyo sistemleri için kullanılır.

ġekil 1.12 – Yarı dupleks Tam dupleks: Burada bir frekans bir yönde iletim için ve diğer frekans diğer yönde iletim için kullanılır; her iki iletim de aynı zamanda gerçekleĢtirilir.

21

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.13 – Tam dupleks

iv. Kazanç, Seviye, Zayıflatma ve Yayılma Radyo haberleĢmesinin yapısını iyi bir Ģekilde kavramak üzere, bir radyo sisteminin performansını ölçmek ve tanımlamak için kullanılan temel parametrelerin anlaĢılması önemlidir. Bu kısımda, radyo haberleĢmesiyle ilgili önemli ölçümlerin ve performans parametrelerinin ayrıntıları verilecektir.

Kazanç ve kayıp Elektronik bir sinyal bir devreden ya da sistemden geçerken, söz konusu sinyalin Ģiddeti (sinyalin seviyesi olarak bilinir) değiĢecektir. Sinyalin Ģiddeti, devrede ya da sistemde belirli bir noktadaki elektronların gerilim ya da akım seviyeleri olarak ölçülür. ġekil 1.14‟de üç noktada (A, B ve C) seviyeleri ölçülebilen bir cihaz gösterilmektedir.

ġekil 1.14 – Devre kazancı ve kaybı Bu durumda, A, B ya da C noktaları ve toprak arasında volt, milivolt ya da mikrovolt cinsinden ölçümler gerçekleĢtirilir. B noktasındaki gerilim seviyesi A noktasındaki gerilim seviyesinden daha yüksek ise, o zaman 1. Devre, sinyale KAZANÇ sağlamıĢtır. Kazanç, cihazın çıkıĢındaki seviyenin cihazın giriĢindeki seviyeye oranıdır: KAZANÇ1 =

VB VA

B noktasındaki gerilim 10 volt ve A noktasındaki gerilim 5 volt ise, 1. Devre‟nin KAZANÇ faktörü 2‟dir. C noktasındaki gerilim B noktasındaki gerilimden daha düĢükse, o zaman 2.Devre KAYBA

22

Radyo Mühendisliği Notları

neden olmuĢtur. Örneğin, C noktasındaki gerilim 5 volt olarak ölçülürse, o zaman 2. Devre‟nin kayıp faktörü 2‟dir: KAYIP2 =

VB 10  2 VC 5

Kabul edilmiĢ olan geleneksel yaklaĢım, seviyeleri kayıp olarak değil KAZANÇ olarak göstermektir. Bu yüzden, örnekteki kazanç faktörü ½„dir. KAZANÇ2 =

VC 5 1   VB 10 2

Radyo sistemlerinde, anten tarafından alınan elektromanyetik sinyalin Ģiddetinin ölçüsü, alıcıda ölçülen bir gerilim seviyesi ile temsil edilir. ġekil 1.15‟de gösterilen radyo sistemi için de aynı prensipler geçerlidir. Tam bir haberleĢme sisteminde herhangi iki nokta arasında kazanç ölçümü gerçekleĢtirilebilir.

ġekil 1.125 – Bir radyo linkine ilişkin sistem kazancı

Seviye Radyo sistemlerinde gerçekleĢtirilen mühendislik ölçümlerinin çoğunluğu, güç seviyelerinin ölçülmesini içerir. Güçle ilgili denklemler Ģunlardır: P = VI P=

V2 R

P = I2 R Burada: 23

Radyo Mühendisliği Notları

P = güç (watt cinsinden) V = gerilim (volt cinsinden) I = akım (amper cinsinden) R = yük direnci Alexander Graham Bell‟in ses seviyeleri için günümüzde kullanılmakta olan birimi bulmasıyla birlikte, seviye güce göre ölçülmeye baĢlandı. Bu birim „bel‟ olarak bilinir hale geldi. Bir belin onda biri desibel olarak adlandırılmaktadır. Ġnsan kulağı sesi logaritmik bir Ģekilde duyar. Bu yüzden, insan kulağına göre 100 watt‟lık bir seviye, 10 watt‟lık seviyeden iki kat (10 kat değil) daha Ģiddetlidir. Ses seviyesindeki bir desibellik yükselme, insan kulağının tespit edebildiği yaklaĢık en küçük yükselmedir. Bu ölçü birimi günümüzde radyo, ses ve veri Ģebekelerindeki nispi güç seviyelerinin ölçülmesi için taban olarak kullanılmaktadır. ġekil 1.15‟deki radyo Ģebekesi için, sistemin kazancı Ģu hale gelir: P 

KAZANÇ = Log10  B  bel P  A

P 

= 10 Log10  B  desibel  PA  Bu nispi bir ölçümdür. Sonuçtaki değer, B noktasındaki güç seviyesinin A noktasındaki güç seviyesine göre olan bir ölçüsüdür (A‟daki güce göre B‟deki güç). Sonuç, mutlak bir değer DEĞĠLDĠR. Örneğin, ġekil 1.15‟de gösterilen sistem için, A noktasında 1 watt‟lık bir giriĢ sinyali ve B noktasında 10 watt‟lık bir çıkıĢ sinyali varsa, sistem kazancı, 10 dB‟dir.  KAZANÇ = 10 Log10 

10    1

= 10 x (1) = 10 desibel Radyo cihazlarıyla çalıĢırken, bir sistemdeki tekli noktalardaki ölçümler, 1 watt ya da 1 miliwatt referans alınarak gerçekleĢtirilebilir (BaĢka bir noktadaki seviye referans alınarak değil). O zaman denklem aĢağıdaki hale gelir:

24

Radyo Mühendisliği Notları

P SEVĠYE = 10 Log10   :dBM (1 watt referans alınarak)  1

ya da  P   :dBM (1 miliwatt ref. alınarak) 10 3 

SEVĠYE = 10 Log10 

Ölçümlerin volt ya da amper cinsinden gerçekleĢtirilmesi gerekli ise, o zaman güç: V2 ya da I2 R olarak hesaplanır. O zaman kazanç: R  VB 2 R A   dB  V 2 R  B   A

KAZANÇ = 10 Log10  RA = RB olduğunda,

 VB   dB  VA 

KAZANÇ = 20 Log10 

  B 2 R B   dB   2 R  A   A

KAZANÇ = 10 Log10  ya da RA = RB olduğunda,

 B   dB  A 

KAZANÇ = 20 Log10 

Birçok radyo sistemi için, RA değeri RB değerine eĢit olacak ve ikinci formül kullanılacaktır. Gerilimler bazen bir volta ya da 1 mikrovolta göre ölçülüp desibel biçiminde (baĢka bir deyiĢle, dBV ya da dBV) verilir.

Zayıflama Bir devredeki kaybı ifade etmek için zayıflama tanımı kullanılır. Bu nedenle, negatif kazanç zayıflama olarak kabul edilir.

25

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.16 - Zayıflama ġekil 1.16‟dan de görülebildiği gibi, çıkıĢ sinyali giriĢ sinyalinden 5 dBm daha düĢüktür ve bu yüzden, sistemin zayıflaması 5 dB‟dir (5 dBm DEĞĠL). Kazanç gibi zayıflama da, çıkıĢ seviyesinin giriĢ seviyesine göre nispi bir ölçüsüdür.

Yayılma Elektromanyetik dalgaların bir noktadan belli bir uzaklıktaki baĢka bir noktaya iletilmesinde kullanılan metotlar ve parametreler ve bu elektromanyetik dalgaların iletim sırasında ortamdan nasıl etkilendikleri, elektromanyetik dalgaların yayılması konusunun kapsamındadır. Elektromanyetik dalgaların yayılmasını etkileyen çok fazla çevre faktörü mevcut olduğu için, sinyal güvenilirliğinin belirlenmesinde yüksek derecede belirsizlik mevcuttur. Bir radyo sistemi tasarımındaki en önemli faktör, radyo yolu performansının öngörülmesi ve tasarımlanmasıdır. Radyo dalgalarının dünya üzerinde çeĢitli yayılma modları vardır. GerçekleĢtirilen mod ve bu modla ilgili kayıplar, aĢağıdaki faktörlerden etkilenir:        

Kullanılan frekans Arazi tipi Yılın zamanı Hava Ģartları Arazinin nem ve tuz içeriği Yayılma mesafesi Anten yükseklikleri Anten tipleri ve polarizasyon

ÇeĢitli yayılma modları aĢağıda açıklanmaktadır: 26

Radyo Mühendisliği Notları

Yüzey dalgası

ġekil 1.17 – Yüzey dalgaları Burada dalgalar dünyanın yüzeyinden geçerek hedefe doğru hareket eder. Dalga, dünya yüzeyini sarıyor gibi görünmektedir ve ufkun altında haberleĢme sağlayacaktır. İyonosferik yansıma ve saçılma Burada radyo dalgaları iyonosferden (hava moleküllerinin güneş tarafından iyonize edildiği ve serbest elektronların mevcut olduğu atmosfer katmanı) dünya yüzeyine geri yansır. Genel olarak tek bir radyo dalgasının çok sayıdaki yansıması saçılma olarak adlandırılan olayı meydana getirir. Burada, ufkun çok altında bile haberleĢme mümkündür.

ġekil 1.18 – İyonosferik yansıma ve saçılma İyonosferik kırılma Burada, alt atmosferin iyonosferle birleĢtiği yerdeki atmosfer karakteristiklerinde meydana gelen ani değiĢiklikler yüzünden, 27

Radyo Mühendisliği Notları

radyo dalgaları, ark çizerek dünya yüzeyine geri dönecektir. Burada da, ufkun altında haberleĢme mümkündür.

ġekil 1.19 – İyonosferik kırılma Troposferik saçılma Burada radyo dalgaları, altmosferin troposfer olarak adlandırılan katmanından dünyaya geri yansır. Troposfer katmanında yükseklik arttıkça sıcaklık azalır ve bulutların çoğu normalde bu katmanda oluĢur. Tüm hava Ģartları, troposfer katmanında meydana gelir. Troposferde birçok parçacık mevcut olduğu için, tek bir radyo dalgası birçok kez yansır. Bu, troposferik saçılma olarak adlandırılır.

ġekil 1.20 – Troposferik saçılma Görüş (ufuk) çizgisi Burada radyo dalgaları hedefe doğru yaklaĢık olarak düz bir çizgide hareket eder. Dünya atmosferindeki kırılmadan dolayı radyo dalgalarında hafif bir eğilme meydana gelir. Bu eğilme az miktarda olmasına rağmen, radyo dalgasının ufka doğru olan düz bir çizginin 28

Radyo Mühendisliği Notları

biraz üstünde hareket etmesine neden olur. Önceki dört yayılma modu, ufka doğru düz bir çizgi üzerinde hareket edebilmekteydi. Ġnsan gözü tarafından görülen ıĢık ıĢınları, RF dalgalarına benzer Ģekilde hareket eder. Bu yüzden bu yayılma modu „görüĢ çizgisi‟ ya da „ufuk çizgisi‟ yayılması olarak adlandırılmaktadır.

ġekil 1.21 – Görüş çizgisi Kırınım IĢık ıĢınlarına benzer Ģekilde radyo dalgaları da köĢelerin ya da engellerin etrafından bükülerek geçer. Bu fenomen kırınım olarak bilinmektedir. Kırınımın derecesi, kullanılan frekansa ve radyo dalgasının geçtiği araziye bağlıdır. GörüĢ çizgisi sistemi için bu, ufkun altında haberleĢmeye imkân verir; ancak ciddi ölçüde sinyal zayıflamasına neden olur.

ġekil 1.22 – Kırınım Oluklama Büyük kurak toprakların okyanusla birleĢtiği bazı kısımlarda, troposferin alt kısmında büyük sıcaklık inversiyon bölgeleri oluĢabilir. Bu, radyo dalgalarının yansıyacağı ve kırılacağı yüzlerce kilometre uzunluğunda bir oluk oluĢturur.

29

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.23 – Oluklama Telemetri sistemlerinin çoğunluğu, görüĢ çizgisi modunda çalıĢacak Ģekilde tasarımlanmıĢtır ve daha az sayıda telemetri sistemi kırınım ve yüzey dalga modunda çalıĢacak Ģekilde tasarımlanmıĢtır. Ancak yukarıda yer alan diğer yayılma modlarıyla ilgili açıklamalar, aynı frekansta çalıĢan uzaktaki kullanıcıların neden olduğu enterferansın anlaĢılmasını sağlar.

GörüĢ çizgisi yayılma yolu zayıflaması Aynı görüĢ çizgisinde yer alan iki anten arasında serbest uzay yayılma Ģartları var olduğunda ve sinyalin diğer çevre Ģartlarından etkilenmediği durumda; radyo dalgasının zayıflaması aĢağıdaki formülle hesaplanabilir: A = 32,5 + 20 Log10F + 20 Log10D Burada: A = dB cinsinden zayıflama F = MHz cinsinden frekans D = km cinsinden mesafe Farklı arazilerdeki farklı yayılma modlarını tanımlamak için birçok karmaĢık matematiksel model geliĢtirilmiĢtir (son kısımda açıklanmaktadır).

30

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.24 – Yaygın bir biçimde kullanılan radyo frekansları için serbest uzay zayıflamasının grafiği

Yansımalar Radyo frekans bandında telemetri linkleri oluĢtururken, RF sinyalinin kötüleĢmesinin temel nedenlerinden biri çevreden gelen yansımalardır.

ġekil 1.25 – Yansıyan sinyaller

31

Radyo Mühendisliği Notları

Yansımaların nedeni, yeryüzü Ģekilleri, tepeler, ilan tahtaları, arabalar, binalar, uçaklar, göller, nehirler (su kütleleri), vb.‟dir. Farklı kaynaklardan gelen yansımalar, farklı zamanlarda alıcı antene ulaĢacaktır. Yansıyan her bir dalga, farklı uzunlukta yol alabileceği için, doğrudan sinyal ile yansıyan sinyal aynı fazda ya da farklı fazlarda olabilir; bu da doğrudan sinyalde güçlendirici ya da sönümleyici bir etki oluĢturabilir. Sönümleyici etkinin derecesi, yansıyan sinyalin gücüne (yansıyan sinyalin gücü, sinyali yansıtan yüzeyin tipine bağlıdır) ve yansıyan sinyal ile doğrudan sinyalin aldıkları yollar arasındaki farka (baĢka bir deyiĢle faz farkına) bağlı olacaktır.

v. Frekans Bantlarının Seçilmesine İlişkin Kriterler Frekans spektrumunun her bir bandı, farklı fiziksel ortamlarda kullanıldığında farklı Ģekilde davranmaktadır ve bu yüzden, spesifik uygulamalar için farklı bantlar seçilmektedir. Bir telemetri sisteminin etkin ve güvenilir bir Ģekilde çalıĢtırılmasında belirli bir uygulama için doğru frekansın seçilmesi çok önemlidir. Her bir bandın davranıĢına değerlendirilmektedir.

iliĢkin

karakteristikler

aĢağıda

HF – Yüksek frekans HF radyo dalgaları yeryüzü etrafında iki modda dolaĢır. Ġlk mod, ġekil 1.14‟teki gibi yüzey dalga ya da toprak dalga yayılmasıdır. Burada dalga cephesi, dünya yüzeyi etrafında kavisli bir yolu takip ederken toprağı sarar. Dalganın iĢe yarar bir seviyede kalmak Ģartıyla gidebileceği mesafe, arazinin tipine ve dünya yüzeyinin ne kadar iletken olduğuna bağlıdır. Yüzey, elektriksel açıdan ne kadar iletken olursa; toprak dalgası söz konusu yüzey üzerinde o kadar çok ilerleyecektir. Örneğin, en iyi toprak dalga yayılması deniz üzerinde gerçekleĢir. Birçok ticari HF, toprak dalga sistemi, 1,8 MHz ilâ 3,5 MHz arasındaki frekans bandında çalıĢacak Ģekilde tasarımlanmıĢtır. Cihaz konfigürasyonuna bağlı olarak, düĢük güçlü (50 – 100 watt) vericiler için yaklaĢık olarak 250 – 500 km‟lik ve yüksek güçlü (1000 watt‟a kadar) vericiler için yaklaĢık olarak 700 – 1000 km‟lik mesafelerden iletim mümkündür. Nispeten düz topraklar üzerinde, düĢük güçlü vericiler için yaklaĢık 100 – 150 km‟lik ve yüksek

32

Radyo Mühendisliği Notları

güçlü vericiler için yaklaĢık 200 – 300 km‟lik mesafelerden iletim mümkündür.

ġekil 1.26 – Orta düzeyde inişli çıkışlı arazi için toprak (zeminyüzey) dalga zayıflaması

ġekil 1.27 – Deniz üzerinde toprak (zemin) dalga zayıflaması 33

Radyo Mühendisliği Notları

Zemin/Toprak dalga fenomeni, özellikle denizaltılarla haberleĢmek için kullanılmaktadır. Burada deniz üzerinden haberleĢmek için 10 – 30 kHz‟lik frekanslar kullanılır ve bu dalgalar binlerce kilometre ilerler (Bu frekanslarda dalgalar denize iĢler.). HF yayılmasının ikinci modu, gökyüzü dalga haberleĢmesi olarak bilinir. Bu, ġekil 1.18‟de bahsedilen iyonosferik yayılma modudur. Ġyonosferik katmanlar, elektromanyetik dalgaların etrafta dolaĢan (dıĢ katmanlardaki hava moleküllerinin iyonlaĢmasından dolayı oluĢan) serbest elektronlardan etkilendiği katmanlardır. Ġyonosferin çeĢitli katmanları vardır. Ġlki, dünya yüzeyinin yaklaĢık olarak 110 km üzerinde olan E katmanıdır. Daha sonra, yaklaĢık olarak 230 km ve 320 km‟lik mesafelerdeki F1 ve F2 olarak bilinen iki F katmanı vardır. Bu mesafeler gün içinde değiĢmektedir ve iki F katmanı, gece yaklaĢık olarak 280 km‟de tek bir katman oluĢturacak Ģekilde birleĢir. HF radyo dalgası, vericiden iyonosfere gider ve orada kırılır ve/veya dünya yüzeyine geri döner. Arazi tipine bağlı olarak sinyal iyonosfere geri yansıyabilir. Dalga, dünya çevresinin yarısını dolanana kadar bu süreç devam eder.

ġekil 1.28 – Gökyüzü dalga yayılması Tek bir atlama tarafından katedilen yol, atlama mesafesi olarak bilinmektedir. Birçok HF haberleĢmesi, F katmanından yansıyan dalgalar vasıtasıyla gerçekleĢir. En büyük atlama mesafesi yaklaĢık olarak 4000 km‟dir. 1,8 MHz ilâ 3,5 MHz arasındaki frekanslara sahip elektromanyetik dalgalar, iyonosferden yansımayacak ve

34

Radyo Mühendisliği Notları

uzaya doğru hareket edecektir. Bu yüzden, gökyüzü dalga haberleĢmesi genelde 4 MHz‟in üstündeki (4 - 30) frekans bantlarında gerçekleĢir. 3,5 MHz kritik frekans olup absorpsiyon sınırlama frekansı (ALF) olarak bilinir. Bu nedenle, toprak dalga haberleĢmesi normalde 1,8 MHz ilâ 3,5 MHz arasında gerçekleĢtirilir. Böylece aynı vericiden çıkan bir toprak dalgası ile bir gökyüzü dalgası aynı noktaya varmaz ve faz giderimine (faz iptaline) neden olmaz. Atmosferin değiĢken bir yapıya sahip olmasından dolayı, HF radyo iletimi, çok güvenilir bir haberleĢme Ģekli değildir. HF radyo, telemetri iĢlerinde kullanılacaksa, o zaman sadece toprak dalga haberleĢmesi kullanılır çünkü toprak dalgası, gökyüzü dalgasına göre daha çok sürekliliğe sahiptir. HF radyo bandı çok gürültülüdür ve bu nedenle, sadece çok düĢük baud hızları kullanılabilir (normalde 300 ya da 600 baud). Gökyüzü dalga haberleĢmesinin öngörülmesi ve kullanılması ayrı bir bilim dalıdır. Hangi frekansların kullanım için uygun olduğunu ve günün hangi zamanında bu frekansların baĢarılı bir Ģekilde çalıĢacağını gösteren gökyüzü dalga tahmin grafikleri her ay hazırlanmaktadır.

VHF – çok yüksek frekans VHF bandı yaklaĢık olarak 30 MHz ilâ 225 MHz arasındaki frekansları kapsar. Bu bant, üç alt-banda ayrılır. Bu alt bantların her biri biraz farklı çalıĢma özelliklerine sahiptir. Düşük bant VHF (31 – 59 MHz) Bu bant, telemetri sistem uygulamaları için yaygın bir Ģekilde kullanılmamaktadır. DüĢük bant VHF, yüksek gürültülü bir bant olarak kabul edilir ve özellikle, endüstriyel anahtarlama ve makinelerde-oluĢan gürültüye karĢı çok hassastır (yine de HF bandından daha az hassastır). Bu bantta kullanılabilen radyo cihazları, daha yüksek bantlarda kullanılan cihazlarla karĢılaĢtırıldığında daha hantaldır. Kullanıcılar genelde daha yüksek VHF bantlarında telemetri sistemleri kurmayı tercih etmektedir. DüĢük bantlı bölgenin daha yüksek gürültülü olan ortamı, veri hızlarını sınırlar (diğer bantlara göre) ve minimum sinyal alma seviye Ģartını yükseltir. Bu bantlar, popüler çalıĢma bantları olmadıkları için, çok az sayıda radyo imalâtçısı bu bantta çalıĢan cihazları üretmektedir. Bir ya da

35

Radyo Mühendisliği Notları

iki imalâtçıya bağlı olmak, cihaza iliĢkin rekabetçi fiyatların elde edilebilmesini sınırlayacaktır. Ancak düĢük bant VHF kullanmanın bazı avantajları vardır. Kullanılan VHF frekansı ne kadar düĢük olursa, sinyal katı nesnelerin içine o kadar çok iĢleyebilir. Bu nedenle, düĢük bant VHF sistemleri, genelde yoğun ormanlık bölgelerde kullanılır. BaĢka bir avantaj da Ģudur: Kullanılan VHF frekansı ne kadar düĢük olursa, yüzey dalga yayılması o kadar iyi olacaktır ve ayrıca bu, yoğun ormanlık bölgelerde (HF frekansları kadar etkin olmasa da) faydalıdır. Yoğun ormanlık bölgelerde telemetri sistemleri için daha yüksek frekanslarda görüĢ çizgisi yayılma modlarının kullanılması daha güvenilmez sonuçlar doğurduğu gözlenmektedir. Bu yüzden, düĢük bant frekanslarının kullanılması yaygın bir çözümdür. Ġlâve olarak, genelde ormanlık bölgelerde yağmurun çok yağması, iyi toprak iletkenliği sağlar ve düĢük bant VHF frekanslarında, etkin anten yüksekliğini (iyi bir toprak düzlemi sağlayarak) artırır ve yüzey dalgasının zayıflamasını azaltır. Bu Ģartlar, daha yüksek VHF frekansları için çok daha etkisizdir. Bu yüzden, bir telemetri sisteminde düĢük bant VHF frekanslarının kullanılması, çevre Ģartları, cihazın durumu, istenen veri hızları ve kabul edilebilir gürültü seviyeleri dikkate alınarak değerlendirilmelidir. Orta bant VHF (60 – 100 MHz) Orta bant VHF frekansları, düĢük bant VHF frekanslarından daha geniĢ çaplı olarak kullanılmaktadır. Bu frekanslar, düĢük bant VHF frekanslarından daha gürültüsüz bir ortamdadır, anahtarlamadan ve makine gürültüsünden daha az etkilenirler. Bu yüzden, sınırlı bir dereceye kadar geliĢmiĢ sinyal elveriĢliliğiyle birlikte daha yüksek veri hızlarının elde edilmesi mümkündür. Gürültü ortamı daha yüksek VHF ya da UHF frekanslarındaki kadar iyi değildir. Ġmalâtçıların bu bantta çok daha fazla sayıda cihaz imal etmiĢ olmasına rağmen, daha yüksek frekans bantlarıyla karĢılaĢtırıldığında cihaz sayısı halâ sınırlıdır. Bu bantta bir telemetri sistemi tasarımlanırken, farklı imalâtçılardan yeterli cihaz çeĢidinin elde edilip edilmediğinden, cihazın yerel olarak desteklenip desteklenmediğinden ve bakımının yapılıp yapılmadığından emin olunmalıdır. Orta bant VHF frekansları da katı nesnelerin içine iĢleme konusunda oldukça iyidir ve bu frekanslar, kısmen yoğun olan bazı ormanlık ortamlarda kullanılır. Bu bantta ya da daha yüksek bantlarda 36

Radyo Mühendisliği Notları

çalıĢırken toprağın ıslak olması önemli bir fayda sağlamaz. Daha yüksek olan bu frekanslarda etkin anten yüksekliğindeki ve yüzey dalga zayıflamasındaki değiĢiklikler ihmal edilebilir hale gelir. Daha düĢük olan bu frekanslar iyi kırınım özelliklerine sahip oldukları için, bu frekans bandı genelde tepeli bir arazi üzerinden uzak terminal birimlerine (uzun mesafeler üzerinden) eriĢimin gerekli olduğu durumlarda kullanılır. Bu etki, genelde birden fazla ana bölgeye sahip olmayan ve bazı RTU‟ların (uzak uç birimler) çok uzakta yer aldığı ya da tepeler yüzünden kısmen gölgelendiği sondaj-bölgesi uygulamalarında kullanılır. Bu frekanslarda ve daha düĢük frekanslarda, sinyal, engeller etrafında kırılacak ve sınırlı bir dereceye kadar güvenilir bir haberleĢme linki sağlayacaktır. Telemetri sistem tasarımı için kırınım yayılma modu kullanılırken çok dikkatli olunmalıdır. Bu frekans bandındaki önemli baĢka bir fenomen, büyük düz kuru toprakların okyanusla birleĢtiği yerlerde meydana gelir. Sinyal, saatlerce ya da daha fazla süren uzun-dönemli sönümlemeye maruz kalır; çünkü alınan sinyalin Ģiddetinde önemli bir düĢüĢ meydana gelir. Bu düĢüĢün nedeni oluklamadır; oluklama, okyanustaki soğuk hava ile karanın üzerindeki sıcak hava karĢılaĢtığında ve yukarı doğru yükseldiğinde oluĢan atmosferik sıcaklık inversiyonundan kaynaklanır. Burada doğrudan görüĢ çizgisi sinyali ya da kırınıma uğrayan sinyal, oluklanan bir sinyal yüzünden güçsüzleĢir, oluklanan sinyal, doğrudan sinyalden daha uzun bir mesafe katetmiĢ olacak ve doğrudan sinyalden farklı bir fazda hedefe varacaktır; bu da bir miktar sinyal giderimine (iptaline) neden olacaktır.

ġekil 1.29 – Oluklama yüzünden oluşan sinyal giderimi Oluklamanın önemli bir probleme neden olmadığı ya da ters bir sistem oluĢturmadığı durumlarda yüksek bir frekans bandına 37

Radyo Mühendisliği Notları

geçmenin dıĢında, bu problemi çözmenin hemen hemen hiçbir yolu yoktur. Yüksek bant VHF (101 – 225 MHz) Yüksek bant, telemetri uygulamaları için tercih edilen VHF bandıdır. Yüksek bant VHF en düĢük doğal ses karakteristiklerine sahiptir ve harici olarak üretilen endüstriyel gürültüye karĢı duyarlılığı en düĢük olan banttır. Daha yüksek hızlarda veri taĢırken genelde daha güvenilirdir; çünkü genel sinyal elveriĢliliği diğer VHF bantlarının sinyal elveriĢliliğinden daha iyi olacaktır. Birçok radyo cihazı imalâtçısı, yüksek bant VHF‟de çalıĢan cihazlar üretir. Bu yüzden, mobil radyo sistemi uygulaması, yükseltme ya da değiĢtirme, düĢük ya da orta VHF bantlarında olduğundan çok daha basit ve ucuzdur. Genelde yüksek bant VHF popülerdir; çünkü daha düĢük VHF bantlarının ve UHF bantlarının avantajlarının iyi bir birleĢimidir. Yüksek bant VHF‟nin katı maddelerin içine iĢleme özelliği oldukça iyidir ve iyi kırınım karakteristiklerine sahiptir ancak içine iĢleme ve kırınım özellikleri, düĢük VHF bantlarında olduğu kadar iyi olmayacaktır. Ġlâve olarak, gürültü seviyesi daha düĢük olan haberleĢme ortamı, iyi veri iletimi sağlayacaktır ancak UHF bandındakiler kadar iyi değildir. GeliĢmiĢ kentsel bölgelerde ya da gürültülü endüstriyel bölgelerde, endüstriyel gürültünün neden olduğu sinyal alçalması halâ oldukça ciddi boyutlarda olabilir. VHF yüksek bantta genelde, orta bant VHF için belirtilmiĢ olan büyük sönümleme problemleri yaĢanmaz. Bazı yerlerde birkaç saniyelik periyotlar boyunca küçük ve kısa süreli sönümlemeler meydana gelebilir.

UHF – Ultra yüksek frekans UHF bandı, yaklaĢık olarak 335 MHz ilâ 960 MHz arasındaki frekansları kapsar (2. Bölüm‟de anlatılan mikrodalga bandının düĢük kısımları da UHF olarak bilinmektedir). Tüm bant, genelde biraz farklı davranıĢsal karakteristiklere sahip iki alt-banda ayrılır. UHF düşük bant (335 – 520 MHz) UHF düĢük bant frekansları, görüĢ çizgisi telemetri sistemlerinde en yaygın biçimde kullanılan frekanslardır. Bunun sebebi, gürültüden kaynaklanan kötüleĢmenin VHF bandında olduğundan daha düĢük

38

Radyo Mühendisliği Notları

seviyede olmasıdır. Anahtarlama cihazlarından ve motorların ateĢlenmesinden kaynaklanan endüstriyel gürültü (endüstriyel ve kentsel bölgelerde çok yaygın olan) UHF frekansları üzerinde çok az etkiye sahiptir. Bu yüzden, genelde daha yüksek veri hızları ve daha düĢük sinyal alma seviyelerinin elde edilmesi mümkündür. Daha düĢük sinyal alma seviyeleri ile görüĢ çizgisi haberleĢmesinin birleĢimi, geliĢmiĢ radyo linki elveriĢliliğinin sağlanmasına iliĢkin temeli oluĢturur. UHF frekanslarının, nesnelerin içine iĢleme özelliği zayıftır ve dalgaların çarptığı yüzeyin tipine bağlı olarak, UHF frekansları kısmen emilebilir ya da yüzeyden yansıtılabilir. Bu fenomen, telemetri haberleĢme sistemlerini iki Ģekilde etkiler. Ġlk olarak, bir Ģehirde ya da endüstriyel bir bölgede, sinyallerin çarpıp yansıyabileceği birçok bina ve nesne vardır ve bir iletime ait birçok sinyal alıcıya ulaĢabilir. Bu, çok yollu iletim olarak bilinir. Vericiden alıcıya giden yol görüĢ çizgisinde değilse (belki de aralarında bir bina olabilir) belli sayıda sinyalin alıcıya yansıtılabilme Ģansı halâ vardır ve alıcı, yansıyan en güçlü sinyale kilitlenebilecektir. Çok yollu iletimin, doğrudan sinyalin giderilmesine neden olabilmesine rağmen, bazen çok kısa ve rasgele olabilir ve haberleĢme linkini iyileĢtirebilir. Bu yüzden, çok sayıda rasgele çok yollu iletimin var olduğu durumda, kesintisiz haberleĢme baĢarılı bir Ģekilde gerçekleĢtirilebilir. Tepelik bir arazi gibi daha açık bir ortamda, daha az sayıda ancak daha belirgin yansıma yolları mevcuttur. Bir kayadan ya da bir gölcükten gelen yansıma farklı bir fazda hedefe varabilir ve sinyalin büyük ölçüde yok olmasına neden olabilir. UHF bandında çalıĢmakta olan bir telemetri sistemi tasarımlanırken, çok yollu iletimin etkileri dikkatli bir Ģekilde incelenmelidir. Çok yollu iletimin etkilerinin kesin olarak öngörülmesi zordur. Çok yoğun bitki örtüsünün olduğu bölgelerde, UHF sinyali büyük ölçüde absorbe edilecektir. UHF sinyalinin dalga boyu bir dalın ya da yaprağınkine yakındır ve ağaç ıslak olduğunda, zayıflama daha da ciddi bir hale gelir. UHF frekansları, belli kırınım karakteristiklerine sahiptir ancak bunlar, VHF frekanslarında olduğundan çok daha azdır. Bu yüzden, kırınıma uğrayan sinyalin zayıflaması UHF frekanslarında büyük ölçüde artmıĢtır. Birçok radyo cihazı imalâtçısı, UHF bandı için çeĢitli cihazlar üretmektedir. Yazarın kendi tecrübelerine göre, UHF düĢük bantta çalıĢmanın avantajı genelde çok ucuz olmasıdır. 39

Radyo Mühendisliği Notları

Havanın durgun ve ılık olduğu, dünya yüzeyine çok yakın bazı yerlerde, önemli sıcaklık inversiyonları meydana gelebilir ve 50 ilâ 150 km arasındaki mesafelerde oluklanma meydana gelebilir. Bu bazen uzak bölgelerde aynı frekanslarda çalıĢan kullanıcıların enterferansına neden olur. Bu, önemli bir olay değildir ve alıcılarda kodlama teknikleri kullanılarak kısmî bir Ģekilde halledilebilir UHF orta bant (800 – 960 MHz) Bu banttaki frekanslar, alt UHF bandındaki frekanslara çok benzer Ģekilde davranır. Özet olarak düĢük UHF bandı ile karĢılaĢtırıldığında, UHF orta bant aĢağıdaki özelliklere sahiptir:  

Serbest uzay zayıflaması daha çoktur. Gürültüden dolayı oluĢan sinyal kötüleĢmesi daha azdır ve bu yüzden yüksek veri hızları daha iyi bir Ģekilde taĢınabilir.  Nesnelerin içine daha az iĢleyebilir.  Yansıtma özelliği biraz daha iyidir.  Bitki örtüsünün çok olduğu alanlarda absorpsiyon daha çoktur – yoğun ve ıslak bitki örtüsünün olduğu durumda zayıflama daha çoktur.  Kırınım daha azdır ve kırınım zayıflaması daha çoktur.  Yansıma yüzünden sinyalin yok olmasına karĢı daha hassastır. Bu bant için imal edilen cihazlar, alt UHF bandı için imal edilen cihazlar kadar yaygın değildir ve bu cihazlar, bu bandın kullanılmasını haklı çıkaracak kadar yeterlidir ve çok çeĢide sahiptir.

Frekans seçimi Bir telemetri sistemi kurulurken kullanılması gereken frekans bandının seçilmesi, belli bazı kriterlerin dikkatli bir Ģekilde değerlendirilmesine bağlı olacaktır. Bu kriterler:         

Uzak bölgelere olan mesafeler Arazi tipi Bitki örtüsünün tipi Ġklim ve hava durumu örüntüleri Gürültü ortamı Frekansların kullanılabilir oluĢu Cihazların elde edilebilir oluĢu Gerekli veri hızları Maliyetler 40

Radyo Mühendisliği Notları

Bu kriterlerin her biri Ģimdi daha ayrıntılı bir biçimde açıklanacaktır. Uzak bölgelerle olan mesafeler Bu kriter, yayılma, kırınım, yüzey dalgaları ve farklı bantların karakteristikleri kısımlarında açıklanmıĢtır. Uzun mesafeler için daha düĢük frekansların ve kısa mesafeler için daha yüksek frekansların kullanılmasının gerekli olduğu görülmüĢtür. Kabaca aĢağıdaki sonuçlara varılabilir:   

60 km‟den daha uzun mesafeler için HF kullanın 60 km ilâ 30 km arasındaki mesafeler için VHF kullanın 35 km‟ye kadar olan mesafeler için UHF kullanın

Cihaz konfigürasyonuna ve gerekli linkin elveriĢliliğine bağlı olarak, VHF ve UHF bantlarında daha uzun mesafeler elde edilebilir (Bölüm 4‟e bakılmalıdır). Arazi tipi Bu nispeten karmaĢık bir konudur. Denizler ya da göller ya da kırsal bölgeler hariç olmak üzere iletim yolu nadiren düzgün bir yüzeydir. Arazi iniĢli çıkıĢlı tepelerden oluĢuyorsa, çok yollu iletimin avantajından faydalanmak için yüksek UHF frekanslarının kullanılması genelde en uygunudur. Yansıyan hiçbir sinyalin ulaĢamadığı bir yerde RTU‟nun ciddi bir Ģekilde gölgelenmediğinden emin olunmalıdır. Arazi, dağlık arazi ile iniĢli çıkıĢlı tepelik arazi tipi arası bir tipteyse (engebeli arazi ise) hangi frekansın kullanılacağına iliĢkin son karar, toprak tipine ve bitki örtüsüne bağlı olacaktır. Toprak, kurak ve kayalık ise, UHF frekanslarının kullanılması daha iyidir. Toprak, oldukça yoğun bir bitki örtüsüne sahipse, VHF frekanslarının kullanılması daha iyidir. Değerlendirilecek baĢka bir faktör, ana istasyon ve RTU‟lar arasındaki düzgün toprak ya da su bölgeleridir. Bu bölgeler, alıcıya ulaĢan sinyalin yok olmasına neden olabilen yansıyan sinyalleri üretebilir. Örneğin, tuzlu bir göl üzerindeki bir radyo linki, yağmur yağana kadar mükemmel bir Ģekilde çalıĢabilir, yağmur yağdığında ise, göl, mükemmel bir aynaya dönüĢür. Gölden gelen yansıma, doğrudan sinyali güçsüzleĢtirebilir; hatta, linki kopma noktasına getirebilir.

41

Radyo Mühendisliği Notları

Bitki örtüsü tipi Bu kısımda daha önce açıklanmıĢ olduğu gibi, bitki örtüsü ne kadar yoğun olursa, o kadar düĢük bir frekans kullanılmalıdır. Örneğin, iletim, yüzlerce kilometrelik yoğun ve yağmurlu bir ormandan gerçekleĢirse, 30 MHz‟lik bir frekans için 2 dB‟lik zayıflama meydana gelebilir. Aynı orman için, 900 MHz‟deki sinyal zayıflaması 40 dB ya da daha fazla olabilir. Zayıf ve kuru bitki örtüsünde de sinyal zayıflaması mevcuttur ancak yağmurlu ormanda olduğundakinden çok daha azdır, örneğin, 900 MHz‟de 5–10 dB‟dir. İklim ve hava durumu şekilleri UHF ve VHF bantlarındaki radyo dalgalarının yayılmasını etkileyen ana Ģart, bitki örtüsü üzerindeki nemin derecesidir; ne kadar çok yağmur yağarsa, bitki örtüsünden kaynaklanan zayıflama o kadar çok olacaktır. Ancak, binaların ya da sert kayalıklı dağların yüzeylerinin ıslak olması, bu yüzeylerin yansıtıcı özelliğini artırıp çok yollu iletim avantajının kullanılmasını sağlar, böylece birçok durumda, haberleĢmenin baĢarılı olma ihtimali artar. Kuru ve sıcak bölgelerde, durgun hava Ģartlarında atmosferin alt bölgelerinde önemli sıcaklık inversiyonları meydana gelebilir ve radyo sinyalleri oluklanabilir, bu da, uzaktaki alıcılarda enterferans problemlerine neden olabilir. Sis oluĢumu da genelde, aynı problemlere neden olan bir sıcaklık inversiyonu oluĢturabilir. Gürültü ortamı VHF ve UHF bantlarında çalıĢan telemetri sistemlerinin performansını etkileyen gürültü, temelde endüstriyel elektriksel gürültüdür. Frekanslar düĢük bant VHF ve HF bantlarına indikçe, atmosferik gürültü radyo alıcısını kötüleĢtirmeye baĢlar. Endüstriyel elektriksel gürültü, anahtarlama cihazlarından, rölelerden, doğrultuculardan, invertörlerden, ateĢleme sistemlerinden, jeneratörlerden, yüksek güçlü ac hatlarından ve diğer çeĢitli kaynaklardan gelebilir. ġimĢek ve atmosferik statik oluĢumu, en kötü seviyede çevresel gürültüye neden olur. Statik gürültü, tropik bölgelerde büyük bir problemdir. Tüm gürültü kaynakları, radyo sinyalinin alıcıda kötüleĢmesine ve sinyalde enterferansa neden olur, hatta bu durum veride hata oluĢmasına neden olacak kadar kötü olabilir. Ayrıca gürültü, kullanılabilen en küçük sinyal alma seviyesini yükseltebilir, bu da 42

Radyo Mühendisliği Notları

radyo yolunun elveriĢliliğini azaltır. Bu nedenle, sistemin genel performansı düĢer.

ġekil 1.30 – Farklı ortamlar için endüstriyel gürültü gücünün ortalama değerleri (Referans – CCIR Doc 6/167 E/F/s) Endüstriyel gürültünün kötüleĢtirici etkisi, düĢük frekanslarda daha kötüdür. Örneğin, makine gürültüsü 1 – 225 MHz bandında oldukça kötüdür, 335 – 520 MHz bandında çok daha azdır ve 800 – 960 MHz bandında makine gürültüsünün neredeyse hiçbir etkisi yoktur. Gürültü seviyesi ortama çok bağlıdır. Örneğin, endüstriyel bir ortamda 450 MHz‟deki gürültü seviyesi, sessiz kırsal bir ortamda 80 MHz‟deki gürültü seviyesine neredeyse eĢittir. GüneĢten kaynaklanan gürültü (galaktik gürültü olarak da bilinir) uzaydan gelen gürültüdür. Bu gürültü, genelde düĢük seviyededir ve sadece 80 MHz‟in altındaki frekansları biraz etkiler. GüneĢin doğrudan gürültü yaydığı gündüz saatleri, gece saatlerinden daha kötüdür. ġekil 1.30‟da, farklı bölgeler için endüstriyel gürültünün nispi güç seviyeleri gösterilmektedir (gürültü seviyesi 15 C‟deki termal gürültüye göredir). Belli sayıda radyo birbirine yakın biçimde farklı frekanslarda çalıĢtığında, bir gürültü kaynağı daha oluĢur. Bu frekansların ve bu frekanslara ait harmoniklerin toplamı, mevcut frekanslarla enterferansa neden olan frekanslar oluĢturur. Bu, ara modülasyon (intermodulasyon) enterferansı olarak bilinir ve Bölüm 1.xv‟de ayrıntılı olarak açıklanacaktır. Tüm olası ara modülasyon gürültüsünün tasarım aĢamasında belirlenmesi önemlidir, böylece

43

Radyo Mühendisliği Notları

enterferans problemlerini önlemek için uygun frekanslar tasarım aĢamasında seçilebilir. Frekansların kullanılabilir oluşu Bu konu, „Radyo frekansları için düzenleyici lisans Ģartları‟ baĢlığı altında ayrıntılı bir Ģekilde incelenmektedir. Cihazların elde edilebilir oluşu Önceki kısımda açıklanmıĢ olduğu gibi, düĢük UHF, yüksek VHF bantlarında ve HF bandında çalıĢan cihazlar, farklı imalâtçılardan satın alınabilirken, orta VHF ve yüksek UHF‟de cihaz temini bazen biraz daha zordur, düĢük VHF bandında ise, oldukça iyi cihazlar temin edilebilir. Sistem tasarımının ilk aĢamalarında, tasarımcının, kolayca satın alınabilen ve tam olarak desteklenen ve bakımı yapılan cihaz çeĢitlerini belirlemesi önemlidir. Maliyetler 335 – 520 MHz, 60 – 100 MHz ve 101 – 225 MHz bantlarındaki radyo cihazlarının maliyetleri genelde rekabet halindedir. 31– 59 MHz ve 800 – 960 MHz bandındaki cihazlar, biraz daha pahalıdır ve 1 – 30 MHz bandındaki cihazlar da genelde daha pahalıdır.

Özet AĢağıdaki çizelgelerde, ilk bölümün bu ilk kısmında açıklanmıĢ olan bilgiler özetlenmektedir.

Yayılma modu

DüĢük bant VHF Genelde görüĢ çizgisi, biraz yüzey dalgası

Orta bant VHF

Yüksek bant VHF

En düĢük seviyede görüĢ çizgisi Yüzey dalgası

GörüĢ çizgisi

Veri hızları

1200 baud

2400 baud

4800 baud

Kırınım özellikleri

Mükemmel

Çok iyi

Ġyi

Yüksek

Orta

DüĢük

Endüstriyel gürültüden nasıl etkilendiği

Çok Ģiddetli

Kötü

Biraz

Katı nesnelerin içine iĢleme özelliği

Mükemmel

Çok iyi

Ġyi

Doğal gürültü ortamı

44

Radyo Mühendisliği Notları

Oluklanma nedeniyle oluĢan sönümlenme

Uzun dönemli

Orta dönemli

Kısa dönemli

Islak bitki örtüsü tarafından absorbe edilme derecesi

Ġhmal edilebilir

DüĢük

Biraz

En az

Orta seviye

Mükemmel

Yüksek

Orta

DüĢük

Cihazların elde edilebilir oluĢu Nispi cihaz maliyeti Kullanım alanları

- Ormanlık bölgelerde - Çoğunlukla mobil - Çok tepelik

- Çok tepelik ve ormanlık bölgelerde - Çoğunlukla mobil - Su üzerinde

- Uzun mesafe /görüĢ çizgisi/ tepelik bölgeler - GörüĢ çizgisi linkleri - Mobil - Sondaj bölgeleri - Su üzerinde

Çizelge 1.1 UHF 1

UHF 2

GörüĢ çizgisi

GörüĢ çizgisi

Veri hızları

9600 baud

19200 baud

Kırınım özellikleri

Bir miktar

En düĢük seviyede

Doğal gürültü ortamı

DüĢük

Ġhmal edilebilir

Endüstriyel gürültüden nasıl etkilendiği

DüĢük

Çok düĢük

Katı nesnelerin içine iĢleme özelliği

DüĢük

Ġhmal edilebilir

Ġyi (geliĢmiĢ çok yollu iletim)

Mükemmel (mükemmel çok yollu iletim)

Yüksek

Çok yüksek

Mükemmel

Orta seviye

DüĢük

Orta

- Telemetri - Mobil

- Telemetri - Mobil - Linkler

Yayılma modu

Katı nesnelerden yansıma ve katı nesneler tarafından absorbsiyon derecesi Islak bitki örtüsü tarafından absorbe edilme derecesi Cihazların elde edilebilir oluĢu Nispi cihaz maliyetleri Kullanım alanları

Çizelge 1.2 45

Radyo Mühendisliği Notları

vi. Modülasyon ve Demodülasyon Radyo sisteminin çalıĢma frekansı, taĢıyıcı dalga frekansı olarak bilinir. Sisteme 452,725 MHz‟lik bir frekans tahsis edilmiĢ olsaydı; o zaman bu frekans, taĢıyıcı dalga frekansı olurdu. Vericiden alıcıya iletilecek olan tüm bilgiler, taĢıyıcı dalgaya bildirilir. Modülasyon, iletilecek olan bilgi sinyaline göre, taĢıyıcı dalganın bazı karakteristiklerinin değiĢtirilmesi sürecidir. Demodülasyon, modüle edilmiĢ taĢıyıcı dalgadan bilgi sinyalinin elde edilmesi sürecidir. Modülatör, bilgi sinyalini alan ve bu sinyali taĢıyıcıya modüle eden bir cihazdır. Bunun tersi olarak demodülatör, modüle edilmiĢ taĢıyıcı sinyali alır ve içinden bilgi sinyalini çıkarır. Radyoda kullanılan modülasyon tekniklerinin dört ana varyasyonu vardır. Ġlk üçü, taĢıyıcının genliğinin, frekansının ve fazının bilgi sinyaline göre değiĢtirilmesini içerir. Dördüncü metot, taĢıyıcı dalganın sayısal bir biçimde faal ve faal olmayan hale getirilmesini kapsar. Radyo sistemlerinde, normalde sadece bir tane modülasyon tekniği kullanılır (birkaç istisnai durum hariç). Bu tekniklerin her biri ayrıntılı bir biçimde açıklanacaktır.

TaĢıyıcı dalga modülasyonu TaĢıyıcı dalga modülasyonu, taĢıyıcı dalgasının sayısal bir biçimde FAAL ve FAAL OLMAYAN hale getirildiği modülasyon tipidir. Bu modülasyon tipi, basit Mors kodu telgraf sistemidir.

ġekil 1.31 – Taşıyıcı dalga modülasyonu Bu modülasyon tipi, sürekli dalga (ya da CW) ya da VAR-YOK iletim [:ON-OFF keying] olarak da bilinir. Vericinin çıkıĢ aĢamalarındaki yükselme ve düĢme sürelerinin uzun olmasından dolayı, mümkün olan veri hızları sınırlıdır. Genel olarak, bu teknik, sadece 50 ya da 100 baud‟luk veri hızları için kullanılır. 46

Radyo Mühendisliği Notları

Yan bantlar ve bant geniĢliği Bir taĢıyıcı dalgasına iliĢkin tüm modülasyon metotları, taĢıyıcı frekansın üstünde ve altında frekanslar üretir. Bu frekanslar, yan bant frekansları olarak adlandırılır. Bant geniĢliği, yan bant frekanslarının taĢıyıcıya göre olan en büyük uzaklığını tanımlamak için kullanılan terimdir. Örneğin, 1 MHz‟de çalıĢan genlik modülasyonlu bir radyo sistemi için izin verilebilen en büyük uzaklık 10 kHz ise, o zaman yan bantların taĢıyıcının sağ ya da sol yanındaki en büyük uzaklığı 5 kHz‟dir. Bu, ġekil 1.32‟de gösterilmiĢtir. Bu örnekte, bilgi sinyalindeki en büyük frekans bileĢeni 5 kHz‟dir.

ġekil 1.32 – Bant genişliğinin gösterimi Normalde bir çalıĢma bant geniĢliğini (baĢka bir deyiĢle, haberleĢme sisteminin çalıĢmasının gerekli olduğu bant geniĢliğini) tanımlarken, bu bant geniĢliğinin dıĢ frekans sınır değerleri, yan bant frekanslarının en yüksek merkez frekans güç seviyesinin 3 dB altına düĢmüĢ olduğu noktalar olarak tanımlanır. Radyo kullanıcılarına frekans ve bant geniĢliği tahsis eden düzenleyici kurumlar ve özel Ģirketler, bant geniĢliğini genelde farklı bir perspektiften tanımlar. Örnek olarak, bir kullanıcıya her 25 kHz‟de bir yeni bir frekans tahsis edebilirler. Bir vericinin 25 kHz‟lik bir bant geniĢliği için çıkıĢ frekans spektrum yan bant seviyeleri Ģu Ģekildedir: a) TaĢıyıcının + 3 kHz ilâ – 3 kHz civarında, nispeten düz bir genlik tepkisi olmalıdır.

47

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.33 – 3 dB bant genişliği b) TaĢıyıcının + 3 kHz ilâ + 6 kHz aralığında ve – 3 kHz ilâ – 6 kHz aralığında, genlik, + 3 kHz ilâ – 3 kHz arasındaki seviyeleri geçmemelidir. c) TaĢıyıcının 6 kHz sağında ve solunda, genlik, + 1 kHz‟deki ve – 1 kHz‟deki yan bantların büyüklüğünden 6 dB düĢük olmalıdır. d) – 6 kHz ilâ + 6 kHz aralığının dıĢındaki frekanslarda, genlik, oktav baĢına 14 dB hızında azalmalıdır. e)  12,5 kHz‟de, seviyeler, normalde  1 kHz yan bantların 50 ilâ 70 dB altındadır.

ġekil 1.34 – 25 kHz’lik bant genişliğine sahip radyo için frekans tepkisi

48

Radyo Mühendisliği Notları

Dünya genelinde halâ çok miktarda 25 kHz‟lik bant geniĢliği tahsis edilmesine rağmen, birçok ülke dünya genelindeki radyo spektrum yetersizliğinden dolayı 12,5 kHz‟lik bant planlarına geçmektedir. Bu durumda, taĢıyıcının her iki tarafındaki frekansların yarıya indirilmesinin dıĢında, 25 kHz‟lik bant geniĢliğine iliĢkin zarf Ģartlarıyla aynı zarf Ģartları mevcut olacaktır. Birçok radyo cihazı imalâtçısı, vericinin istenmeyen sinyalleri, tahsis edilmiĢ bant geniĢliğinin 50 – 70 dB dıĢında olacak Ģekilde radyo üretir.

AM – Genlik modülasyonu Genlik modülasyonu (AM) taĢıyıcı dalganın (sinüs biçimindeki) genliğinin bilgi sinyaline göre değiĢtirilmesi sürecidir. TaĢıyıcının genliğinin artıp azalma hızı, bilgi sinyalinin frekansıyla doğru orantılıdır. TaĢıyıcının büyüklüğü, bilgi sinyalinin büyüklüğü ile doğru orantılıdır. ġekil 1.35‟de, taĢıyıcı sinyalin bir bilgi sinyaliyle genlik modülasyonuna tâbi tutulması ve sonuçta oluĢan dalga biçiminin Ģekli gösterilmektedir.

ġekil 1.35 – Genlik modülasyon süreci 49

Radyo Mühendisliği Notları

Genlik modülasyonu için, bilgi sinyalindeki her bir frekans bileĢeni için taĢıyıcı frekansın her iki tarafında da bir yan bant frekansı mevcut olacaktır. Örneğin, bilgi sinyali, 1 kHz ve 2 kHz frekanslarından oluĢuyorsa ve 1 MHz‟lik bir taĢıyıcı dalgasını modüle ediyorsa, o zaman 1 kHz‟lik sinyal için 0,999 MHz‟de ve 1,001 MHz‟de yan bant üretecektir ve 2 kHz‟lik sinyal için 0,998 MHz‟de ve 1,002 MHz‟de yan bant üretecektir. Bu durum ġekil 1.36‟da, frekans-genlik grafikleriyle gösterilmektedir.

ġekil 1.36 – 1 ve 2 kHz’lik frekans bileşenlerine sahip bir modülasyon sinyaliyle üretilmiş AM yan bantları TaĢıyıcı frekans bileĢeninin genliği değiĢmez, sadece yan bant frekans bileĢenlerinin genliği değiĢir. AM kullanıldığında, taĢıyıcı frekans ile en uzak yan bant frekans bileĢeni arasındaki fark, bilgi sinyalindeki en büyük frekanslı bileĢen tarafından belirlenir. AM‟de yaygın olarak kullanılan bir terim modülasyon faktörüdür, modülasyon faktörü modülasyonun derecesini ifade etmek için kullanılan bir değerdir. Bu değer, modülasyon yüzdesi olarak ifade edilir. ġekil 1.37‟te, belli sayıda farklı modülasyon faktörü gösterilmektedir. ġekil (a)‟da, bir taĢıyıcıyı modüle eden ortalama seviyedeki bir giriĢ sinyali gösterilmektedir. Yüzde modülasyon aĢağıdaki Ģekilde ölçülür:

50

Radyo Mühendisliği Notları

%M=

YA DA

a x 100 c

b x 100 c

Normalde a ve b eĢittir. C, modülasyon derinliği olarak bilinir ve maksimum modülasyonun yarısıdır.

ġekil 1.37 – Farklı modülasyon seviyeleri ġekil (b)‟de, müsaade edilebilen en büyük giriĢ sinyali gösterilir, burada a=b=c‟dir ve % 100 modülasyon mevcuttur. Bu modülasyon 51

Radyo Mühendisliği Notları

seviyesinin ötesinde, RF dalgası bozulur ve tahsis edilmiĢ bant geniĢliğinin dıĢındaki frekanslarda istenmeyen yan bantlar üretecektir. ġekil (c)‟de, aĢırı modülasyonun RF sinyalini nasıl etkilediği gösterilmektedir. Ġstenmeyen yan bant frekansları, yakındaki alıcılarda ciddi enterferansa neden olabilir ve ciddi yönetimsel düzenlemeler, kullanıcının bu enterferansı yaymasını önler. Bir radyo sistemi uygulamasının maliyetinin önemli bir kısmı, olası her türlü yan bant enterferansının filtrelenmesine ayrılabilir. Doğrudan AM modülasyonu uygulandığında, tek frekanslı bir giriĢ sinyali, taĢıyıcının her iki tarafında da bir tane yan bant üretir. Bu nedenle, bu modülasyon tipi, çift yan bantlı genlik modülasyonu (DSB-AM) olarak bilinir. TaĢıyıcı ve iki yan bant tek bir bilgi parçasını taĢımak için kullanıldıklarından dolayı, tüm bilginin gerçekte tek bir yan bantta yer aldığı düĢünüldüğünde, bant geniĢliği boĢa harcanmaktadır. AM sisteminin verimini artırmak için iki metot kullanılır. Ġlk metotla, taĢıyıcı bastırılır ve sadece iki yan bant iletilir. Bu, çift yan bantlı bastırılmıĢ taĢıyıcılı genlik modülasyonu (DSBSC-AM) olarak bilinir. Bu sistemin temel avantajı, RF sinyalini yükseltmek ve iletmek için verici çıkıĢındaki güç gereksiniminin daha az olmasıdır. Genel olarak, bu sistemde, güç gereksinimi % 66 daha azdır. (Normal bir DSB-AM devresinde, her bir yan bant, taĢıyıcının gücünün en fazla % 25‟ini oluĢturur). Radyonun verimini artırmak için kullanılan ikinci metot, taĢıyıcıyı ve yan bantlardan birini ortadan kaldırmaktır. Her iki yan bant da aynı bilgiyi taĢıdığı için, bir tane yan bandın çıkarılması, bilginin güvenilirliğini etkilemez. Bu modülasyon metodu, tek yan bantlı bastırılmıĢ taĢıyıcılı genlik modülasyonu (SSBSD-AM) olarak bilinir.

(a) Çift yan bantlı genlik modülasyonu (DSB-AM)

52

Radyo Mühendisliği Notları

(b) Çift yan bantlı bastırılmış taşıyıcılı genlik modu (DSBSC-AM)

(c) Tek yan bantlı bastırılmış taşıyıcılı genlik modülasyonu (SSBSCAM), üst yan bant bastırılmış ġekil 1.38 – Genlik modülasyon teknikleri ġekil 1.38‟de genlik frekans grafiklerinde üç teknik gösterilmektedir. Grafiklerde, her bir yan bandın yer aldığı frekans aralığı gösterilmektedir. Bunlar, alt yan bant (LSB) zarfı ve üst yan bant (USB) zarfı olarak bilinir. SSBSC sistemleri için, USB‟nin ya da LSB‟nin bastırılması mümkündür. Yan bantlardan bir tanesinin ortadan kaldırılması, aynı bilgiyi iletmek için orijinal bant geniĢliğinin sadece yarısının kullanılmasını gerektirir. Bu, ġekil 1.38(c)‟de gösterilmektedir. AM haberleĢmesi, uçak haberleĢmesi gibi bazı önemli uygulamalar hariç olmak üzere, genelde sadece HF sistemlerinde kullanılır (VHF yüksek bantlar kullanılır). AM modunu kullanan telemetri sistemleri, sadece uzun mesafe ya da yüzey dalga HF haberleĢmesi için kullanılır.

53

Radyo Mühendisliği Notları

FM - Frekans modülasyonu Frekans modülasyonu, taĢıyıcı dalganın frekansının, giriĢi sinyaline göre değiĢtirilmesi iĢlemidir. FM kullanıldığında, taĢıyıcının frekansı, giriĢ sinyalinin genliğindeki değiĢime bağlı olarak sürekli bir biçimde değiĢmektedir. Örneğin, küçük bir genlik, taĢıyıcı frekansında küçük bir değiĢikliğe ve büyük bir genlik taĢıyıcı frekansında büyük bir değiĢikliğe karĢılık gelir. GiriĢ sinyalinin frekans içeriği, taĢıyıcının frekans değiĢim hızı olarak RF taĢıyıcıda taĢınır. Bu, ġekil 1.39‟da gösterilmektedir.

ġekil 1.39 – Frekans modülasyonu TaĢıyıcının merkez frekansından uzaklaĢma miktarı, sapma (deviasyon) olarak bilinir. Bu yüzden, ġekil 1.40‟a bakarsak, sapma 3 kHz‟dir ya da bazen  3 kHz olarak ifade edilir, taĢıyıcı, 1 MHz‟den 1,003 MHz‟e, geri 1 MHz‟e, oradan 0,997 MHz‟e ve 1 MHz‟ten 1,003 MHz‟e vb. hareket eder. GiriĢ sinyalinin genliği 0,002 MHz düĢerse, o zaman sapmadaki düĢüĢ yaklaĢık olarak  2 kHz olacaktır.

54

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.40 – 1 MHz’lik bir taşıyıcı etrafındaki 3 kHz’lik sapmanın gösterimi Frekans modülasyonunun anlaĢılmasını kolaylaĢtırmak için günlük hayattan bir örnek verebiliriz. Örneğin, bir arabanın ön cam sileceğini düĢünün. Sileceğin ön camın merkezine göre herhangi bir tarafa hareket etme miktarı sapmadır (sapma, giriĢ sinyalinin genliği ile doğru orantılıdır). Sileceğin cam üzerindeki hareket hızı (silecek ortada hızlanacak ve daha sonra her bir salınım noktasının sonuna ulaĢtığında yavaĢlayacaktır) giriĢ sinyalinin frekansı ile doğru orantılıdır. TaĢıyıcı 1 kHz‟lik bir sinyalle genlik modülasyonuna tâbi tutulduğunda, taĢıyıcının 1 kHz sağında ve 1 kHz solunda toplam iki yan bant üretilir. Frekans modülasyonunda ise, her biri birbirinden 1 kHz uzaklıkta olan sonsuz sayıda yan bant üretilir. Yan bantların büyüklüğü çok değiĢkendir ve modülasyon indisi olarak bilinen bir modülasyon ölçüsüne bağlıdır. Bu, aĢağıdaki Ģekilde ifade edilir:

Tüm yan bant güç seviyeleri ile taĢıyıcı güç seviyesinin toplamı, verici çıkıĢ gücünün toplamına eĢit olacaktır. Bessel fonksiyonları olarak adlandırılan özel fonksiyonlar kullanılarak, yan bant seviyeleri hesaplanabilir. Örneğin, 3 kHz‟lik bir taĢıyıcı sapma değerine ve 1 kHz‟lik giriĢ sinyaline sahip bir FM sisteminin modülasyon indis değeri 3‟tür. Yan bantlar ve yan bantların nispi gücü, ġekil 1.38‟de gösterilmiĢtir.

55

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.41 – 1 kHz’lik sinyal ve 3 kHz’lik sapma ile gerçekleştirilen frekans modülasyonuna ilişkin yan bantlar TaĢıyıcının sapma değeri 3 kHz ise ve giriĢ sinyali 5 kHz ise, o zaman modülasyon indisi 0,6‟dır. ġekil 1.42‟de, bu yan bantların nispi güç seviyeleri gösterilmektedir.

ġekil 1.42 – 5 kHz’lik sinyal ve 3 kHz’lik sapma ile gerçekleştirilen frekans modülasyonuna ilişkin yan bantlar Yukarıdaki Ģekillerden de görülebildiği gibi, modülasyon indisi ne kadar büyük olursa, alınan sinyaldeki bilginin tespit edilmesi o kadar kolay olur. Yan bantlar nispeten küçük gibi görünse de, kendi frekanslarına yakın alıcılarda enterferansa neden olabilecek kadar büyük olabilirler. Bu nedenle, uzaktaki yan bantların filtrelenmesi çok önemlidir.

56

Radyo Mühendisliği Notları

FM sistemleri, giriĢ sinyal büyüklüğündeki değiĢikliğe göre RF frekansını değiĢtirdikleri için, bu sistemler, dc gerilimlerini taĢıyabilme özelliğine sahiptir.

PM – Faz modülasyonu Frekans modülasyonu ve faz modülasyonu, genelde açı modülasyon sistemleri olarak bilinir. Faz modülasyonu, taĢıyıcı dalganın fazının bilgi giriĢ sinyaline göre değiĢtirilmesi iĢlemidir. Frekans modülasyonu ve faz modülasyonu birbirinden bağımsız DEĞĠLDĠR çünkü frekans değiĢtirilmeden faz değiĢtirilemez. PM sistemleri için, gerçek bir PM alıcı, sadece taĢıyıcı frekansın değiĢim hızına (anlık değiĢikliklere) tepki verecektir. Bu yüzden, PM, doğrudan dc seviyelerini taĢıyamaz. TaĢıyıcının sapması, fazın değiĢim hızıyla ve taĢıyıcının toplam faz değiĢimiyle doğru orantılıdır. Bu faz değiĢim hızı, frekansla ve giriĢ-modülasyon sinyalinin genliğinin değiĢim hızıyla doğru orantılıdır. Bu nedenle, PM sistemlerinde, sapma, hem anlık frekansa hem de modülasyon sinyalinin genliğine bağlı olarak artar. Bir karĢılaĢtırma yapacak olursak, FM sistemlerindeki sapma, sadece modülasyon sisteminin genliğiyle orantılıdır. PM sistemlerine ait elektronik tasarımının biraz daha kararlı sistemler sağlayabildiği görülmektedir. Birçok modern radyo cihazı FM modülasyon tekniklerini kullanmaktadır. Telemetri sistemlerinin çoğunluğu, FM radyo cihazı ile implement edilecektir. PM radyo sistemleri tarafından üretilen yan bantlar, FM radyo sistemleri tarafından üretilen yan bantlarla aynıdır. Bazen, FM, „doğrudan FM‟ olarak ve PM, „doğrudan olmayan FM‟ olarak adlandırılmaktadır.

Ön-vurgulama ve art-vurgulama: Bir FM radyo alıcısının ses çıkıĢının analizi, yüksek frekanslarda düĢük frekanslarda olduğundan daha yüksek seviyede gürültü spektral yoğunluğunun mevcut olduğunu gösterir. Bu bağlantı, vericiye verilen düz bir ses sinyali için alıcı çıkıĢındaki ses bant geniĢliği üzerinde ters etkiye sahiptir. Alıcı çıkıĢında ise, daha yüksek ses frekansları, daha düĢük frekanslardan daha az spektral yoğunluğa sahip olacaktır. Sistemin yapısından kaynaklanan bu problemin üstesinden gelmek için en yaygın biçimde uygulanan yaklaĢım, vericide ön-vurgulama ve alıcıda art-vurgulama kullanmaktır.

57

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.43(a) – FM alıcı çıkışındaki doğal gürültü seviyeleri

ġekil 1.43(b) – Vericideki düz ses giriş sinyali için FM alıcının spektral çıkışı

ġekil 1.44 – Ön-vurgulama/art-vurgulama devresi

58

Radyo Mühendisliği Notları

Ön-vurgulama ile, vericide modülasyona tâbi tutulmadan önce ve bu yüzden linke gürültü eklenmeden önce, giren ses sinyalinin yüksek frekanslı bileĢenleri vurgulanır. Bir dereceye kadar, bu, linkin, ġekil 1.43(b)‟de gösterilen ses frekansları üzerindeki kötüleĢtirici etkisini dengeleyecek ve mevcut iletim bant geniĢliğinin daha iyi bir Ģekilde kullanılmasını sağlayacaktır. Alıcıda, yüksek frekanslı bileĢenler artvurgulanarak bunun tersi gerçekleĢtirilir böylece ses sinyali orijinal düz Ģekline kavuĢur. Bunun yanında, gürültünün yüksek frekanslı bileĢenleri de azalmıĢ olur ve böylece çıkıĢ sinyal-gürültü oranı da etkin bir Ģekilde yükselir. Bu süreç, ses haberleĢmesinde çok etkindir ancak radyo-üzerindenveri sistemlerinde sayısal sinyallerin bozulmasına neden olacaktır.

ġekil 1.45 – Tek bir ton tarafından üretilen AM, PM ve FM dalgaları: (a) Taşıyıcı dalga (b) Sinüzoidal modülasyon dalgası (c) Genlik modülasyonlu dalga (d) Faz modülasyonlu dalga (e) Frekans modülasyonlu dalga 59

Radyo Mühendisliği Notları

Modülasyon sistemlerinin karĢılaĢtırılması ġekil 1.45‟de, açıklanmıĢ olan üç modülasyon tekniği arasındaki farklar gösterilmektedir. Sadece giriĢ-modülasyon sinyaliyle karĢılaĢtırıldığında, FM sinyali ile PM sinyali arasındaki ayrımın farkına varılır. Bu yüzden, vericilerden ve alıcılardan oluĢan bir sistem, FM ve PM birleĢimi olabilir ve baĢarılı bir Ģekilde çalıĢabilir (bazı teknik kısıtlamalar vardır). Bu kitapta, sadece FM sistemlerinden bahsetmek yeterli olacaktır, PM sistemleri için de aynı özellikler kabul edilebilir. Açı modülasyonlu radyo sistemleri, genlik modülasyonlu sistemlerle karĢılaĢtırıldığında, gürültüye ve enterferansa karĢı geliĢmiĢ diskriminasyona sahiptir. Bu nedenle, günümüzde VHF ve UHF bantlarında kullanılan radyo sistemlerinin çoğunluğu PM/FM‟dir. PM‟in bazen FM‟e tercih edildiği kaydedilmelidir. Bunun ilk sebebi, PM kullanıldığında, giriĢ sinyalinin doğrudan taĢıyıcı RF yükseltecine uygulanabilmesi ve FM‟de olduğu gibi taĢıyıcı osilatörünün modüle edilmesini gerektirmemesidir. Bu, frekanskararlılığının daha kolay bir Ģekilde elde edilmesini sağlar. Ġkinci olarak, bir PM sistemi, vericiye giden giriĢ-modülasyon sinyalinde ve alıcıdan gelen çıkıĢ-demodülasyon sinyalinde doğal ön-vurgulama ve art-vurgulama özelliklerine sahiptir. Bu, sistemin gürültü içeriğinin azaltılmasını sağlar. Ancak bunu sağlamak için, modern FM sistemleri vericide ve alıcıda ön-vurgulama ve artvurgulama devreleri kullanacaktır. Yapısından dolayı, FM sistemleriyle karĢılaĢtırıldığında PM sistemlerinde daha büyük sapma değerleri nispeten kolay bir Ģekilde üretilebilir. TaĢıyıcı frekans kaynağı için kristal kullanan ve modülatörden sonra çarpıcı/çoğaltıcı [:multiplier] kullanan daha eski tip radyolar, faz modülasyonunu kullanırdı. Modülatör olarak faz-kilitlemeli döngü kullanan modern sentez radyolar frekans modülasyonunu kullanmaktadır.

vii. Yükselteç Yükselteç ya da yükseltici [:amplifier], ses, radyo ya da ara frekansları, düĢük bir seviyeden kullanılabilir yüksek bir seviyeye yükselten iki-portlu bir cihazdır.

60

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.46 – Yükselteç Yükseltecin kazancı dB cinsinden ifade edilir. Bu yüzden, yukarıdaki yükseltece iliĢkin kazanç, Ģu Ģekildedir: 10 log

0,2 = 3 dB 0,1

viii. Güç Yükselteci (PA) Güç yükselteci, düĢük seviyeli bir RF sinyalini alıp, bu sinyali bir antene bağlamak için uygun olan yüksek RF seviyelerine yükselten iki-portlu bir cihazdır. Örneğin, 450 MHz‟deki 0,5 watt‟lık bir sinyal, bir baz istasyonunun güç yükseltecine beslenir ve 450 MHz‟de 5 watt‟a yükseltilir. Güç yükseltecinin sembolü Ģu Ģekildedir:

ġekil 1.47 – Güç yükselteci ġekil 1.47‟de gösterilen yükseltecin kazancı, 10 dB‟dir.

ix. Osilatör Osilatör, çıkıĢın bir kısmının giriĢe geri beslendiği, spesifik bir frekansta salınım yapan özel bir yükselteç tipidir. Bir osilatör, radyo frekans bandında istenen herhangi bir frekansı üretecek Ģekilde konfigüre edilebilir. ÇıkıĢ filtrelenerek, bir sinüs dalgası üretilir. Sinüs biçimli bir osilatörün normal gösterimi, ġekil 1.48‟te gösterilmektedir.

ġekil 1.48 – Sinüzoidal bir osilatör

61

Radyo Mühendisliği Notları

Osilatör, tek bir çıkıĢ frekansı sağlayacak Ģekilde ya da çıkıĢ frekansı değiĢken olacak Ģekilde konfigüre edilebilir, osilatöre uygulanan değiĢken gerilim, osilatör frekans çıkıĢının değiĢmesini sağlayacaktır. Bunlar, gerilim kontrollü osilatörler (VCO) ya da değiĢken frekanslı osilatörler (VFO) olarak bilinir.

ġekil 1.49 – Gerilim kontrollü osilatör Sabit bir osilatörün kararlılığı, radyonun performansını büyük ölçüde etkileyecektir. Osilatör frekansı saparsa, verici, yakındaki diğer kanallarda entereransa neden olabilirken, alıcı, gelen sinyali doğru Ģekilde alamayabilir (alıcının kayan osilatör (drift osilatör) tarafından ayarlandığı frekans, alınan frekanstan farklı olacaktır) ve diğer kaynaklardan gelen enterferansın etkisi altında kalacaktır. Bir osilatörün kararlılığı, genelde her milyon baĢına parça ya da yüzde (PPM) olarak ölçülür. Kararlılığı % 0,005 (ya da 5 PPM) olan bir osilatör iyiyken, kararlılığı % 0,002 (ya da 2 PPM) olan bir osilatör mükemmeldir.

ġekil 1.50 – Frekans sentezleyici/faz kilitlemeli döngü 62

Radyo Mühendisliği Notları

Hızlı ve kolay bir Ģekilde frekans değiĢtirmesi gerekli olan radyo cihazları için değiĢken frekanslı bir osilatörün ne kadar hızlı çalıĢtığı önemli olabilir çünkü farklı kanallarda çalıĢmak ya da farklı kanalları izlemek için tek bir radyo gereklidir. En geliĢmiĢ osilatör frekans sentezleyicidir. Burada, frekans kontrollü bir döngüde sayısal sayaçlar ya da bölücüler [:divider] kullanılarak, geniĢ bir frekans aralığında yüksek çözünürlükle ayarlanabilen filtrelenmiĢ sinüs biçimli bir çıkıĢ gerilimi sağlanır ve bu osilatör, sabit kristal kontrollü bir osilatörün kararlılığına ve doğruluğuna sahiptir. Sadece tek bir kararlı frekans kaynağı kullanılarak, kararlı frekans aralığının tümü elde edilebilir. ġekil 1.50‟de basit bir sentezleyici gösterilmektedir. Devre soldan sağa doğru incelendiğinde, faz karĢılaĢtırıcı (detektör olarak da bilinir) referans frekansı, bölücünün sayısal frekans çıkıĢıyla karĢılaĢtırır ve referans frekans – bölücü frekansa eĢit bir çıkıĢ sağlar, bu çıkıĢ sinyali, düĢük bir ses frekansıdır. Bu sinyal, düĢük geçiren bir filtre tarafından filtrelenir ve giriĢ ses frekansındaki değiĢikliği takip eden bir dc gerilimine dönüĢtürülür. Daha sonra, dc gerilimi, istenen çıkıĢ frekansını sağlayan VCO‟yu kontrol eder. Bölücü için istenen oran seçilerek, faz karĢılaĢtırıcıdan gelen geri besleme ile VCO‟nun çok doğru bir Ģekilde kontrol edilmesi sağlanır. Bu, faz kilitlemeli döngü ilkesidir.

x. Filtreler Filtre, radyolar için önemli bir araçtır ve radyo sistemlerinde geniĢ çapta kullanılmaktadır. Temel olarak filtre, giriĢteki frekans bandından tercihe bağlı olarak bazı frekansları eleyen ve çıkıĢında sadece seçilmiĢ frekanslara izin veren bir cihazdır.

ġekil 1.51 – Bir filtre (f2 frekansını eleyen)

63

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.51‟de, f2 frekansını eleyecek Ģekilde tasarımlanmıĢ bir filtre gösterilmektedir. Günümüzdeki kalabalık frekans bantlarıyla, sadece birkaç kilohertz farka sahip frekanslarda çalıĢan radyo sistemlerini ayırmak için yüksek seçiciliğe sahip filtrelerin kullanılması gereklidir. Filtreler, bir devrenin sese iliĢkin kısmında, bir devrenin ara seviyedeki kısımlarında, bir vericinin ve alıcının RF aĢamasında kullanılacak ve daha sonra anten ve radyo cihazı arasına bağlanacaktır (iletilmekte ve alınmakta olan RF sinyalinin ekstra olarak filtrelenmesini sağlar). Ġlk üç filtre tipi, elektronik bileĢenlerden oluĢacak ve ikinci tip, genelde mekanik yapıya sahip olacaktır.

Filtre karakteristikleri Filtreler, aĢağıda gösterildiği gibi dört temel özelliğe sahip olacaktır: DüĢük geçiren filtre (LPF): LPF, sadece seçilmiĢ bir kesme frekansının altındaki frekansların giriĢten çıkıĢa geçmesine izin verir.

ġekil 1.52 – Düşük geçiren filtre Yüksek geçiren filtre (HPF): HPF, sadece seçilmiĢ bir kesme frekansının üstündeki frekansların giriĢten çıkıĢa geçmesine izin verir.

64

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.53 – Yüksek geçiren filtre Bant geçiren filtre (BPF): BPF, sadece seçilmiĢ iki kesme frekansının arasındaki frekansların giriĢten çıkıĢa geçmesine izin verir.

ġekil 1.54 – Bant geçiren filtre Bant geçirmeyen filtre (BRF):BRF, sadece seçilmiĢ iki kesme frekansının arasındaki frekansların giriĢten çıkıĢa geçmesine izin VERMEZ.

ġekil 1.55 – Bant geçirmeyen filtre 65

Radyo Mühendisliği Notları

Filtre, temel olarak spesifik bir frekansta ya da frekans grubunda rezonans yapan akortlu bir devredir. Örneğin, ġekil 1.56‟da gösterilen tek frekanslı bant geçiren filtre, kendisine 175 MHz‟lik bir frekans uygulandığında maksimum rezonansa ulaĢan bir devredir.

ġekil 1.56 – Tek frekanslı bant geçiren filtre ġekil 1.57‟deki filtrelere iliĢkin grafiklere dikkatli bir Ģekilde bakıldığında, bir filtrenin veriminin, zayıflama eğrisinin kesme frekansındaki eğimine bağlı olduğu görülmektedir. En yüksek güçle karĢılaĢtırıldığında 0,5‟lik nispi güç düĢüĢü, 3 dB‟lik bir seviye düĢüĢüdür – eğim ne kadar dik olursa, filtre o kadar verimlidir. Filtrenin keskinliği (eğri eğiminin dikliği) Q faktörü olarak adlandırılan bir değer kullanılarak ölçülür. Bu faktörü hesaplamak için, filtrenin bant geniĢliğinin bilinmesi gereklidir. Filtre geçiren ya da geçirmeyen bandın nispi gücünün yarıya düĢtüğü, baĢka bir deyiĢle 3 dB düĢtüğü yerlerde bant geniĢliği noktaları belirlenir. Bu durum, filtre tepkisindeki 3 dB noktalarının 174 MHz ve 176 MHz olduğu noktalarda gösterilir, bu yüzden bant geniĢliği 2 MHz‟dir. Q, Ģu Ģekilde tanımlanır: Q = (Rezonans frekansı) / (Filtrenin bant genişliği) ġekil 1.56 için, Q değeri 87,5‟tir. ġekil 1.57‟de, Q değerinin değiĢtirilmesinin filtre karakteristiklerini nasıl etkilediği gösterilmektedir.

66

Radyo Mühendisliği Notları

Frekans ne kadar yüksek olursa, Q değeri o kadar etkisiz olacaktır. Örneğin, 900 MHz‟deki 300‟lük Q değeri, 3 MHz‟lik bir filtre geniĢliğini gösterirken, 9 MHz‟deki 300‟lük Q değeri, 30 kHz‟lik bir filtre bant geniĢliğini gösterir. VHF ve UHF bantlarının her ikisinde de, uygulamaya ve frekans bandına bağlı olarak, 12½ - 30 kHz aralığında kanal bant geniĢliği tahsisi gerçekleĢmektedir. Bu yüzden, yüksek frekans bantlarında çok yüksek Q değerlerine sahip çok duyarlı filtrelere ihtiyaç duyulur.

ġekil 1.57 – Bir filtredeki Q değerinin değiştirilmesinin etkisi

Filtre tipleri Birçok filtre tipi mevcuttur. AĢağıdaki kısımda yaygın olarak kullanılan tipler açıklanacaktır. LCR pasif filtreler En yaygın biçimde kullanılan filtre, pasif elektronik bileĢenlerden, indüktörlerden, kapasitörlerden ve dirençlerden oluĢan filtredir. ġekil 1.58‟de basit bir düĢük geçiren filtre gösterilmektedir.

ġekil 1.58 – LRC devresini kullanan düşük geçiren filtre 67

Radyo Mühendisliği Notları

Bu bileĢenlerin çeĢitli filtre karakteristikleri oluĢturacak Ģekilde nasıl birleĢtirilebildiğine dair sonsuz sayıda varyasyon vardır. Filtre tasarımı için pasif elektronik bileĢenleri kullanan çok sayıda malzeme mevcuttur. Aktif filtreler Aktif filtreler, beslemeli entegre devrelerden oluĢmaktadır. Bu entegre devreler, normalde iĢlemsel yükselteçlerdir (Op-Amp olarak bilinir). Normalde, hantal indüktörlerin kullanılmasına iliĢkin ihtiyacı ortadan kaldıran aktif filtreler kullanılır. LCR kombinasyonları kullanılırken elde edilen filtre karakteristikleriyle aynı karakteristikleri elde etmek için aktif filtrelerde sadece dirence, kapasitöre ve iĢlemsel yükseltece (OP-Amp) ihtiyaç duyulur. ġekil 1.59‟da, aktif bileĢenleri kullanan basit bir düĢük geçiren filtre gösterilmektedir.

ġekil 1.59 – R, C ve OP-Amp kullanan aktif filtre Bu bileĢenleri, çeĢitli filtre karakteristikleri oluĢturacak Ģekilde birleĢtirmenin sonsuz yolu vardır ve filtre tasarımı için çok sayıda malzeme mevcuttur. Kristal filtreler Kristal filtrede, sinyal, Piezoelektrik kuvars kristal parçasına uygulanır, bu parça, elektrik sinyalini mekanik titreĢime dönüĢtürür.

68

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.60(a) – Bir kristalin LCR eş değeri Kristal, rezonans yapacağı çok keskin bir rezonans frekansına sahip olacak ve sinyale karĢı neredeyse sıfır empedans gösterecektir. Kristal filtreler, 100 000 civarında Q değerine sahip olabilir. Bu filtreler, frekans açısından kararlıdır ancak mekanik kısıtlamalar yüzünden yaklaĢık 20 MHz‟e kadar olan nispeten düĢük frekanslarla sınırlıdır. ġekil 1.60(a)‟da bir kristalin LCR eĢ değeri ve ġekil 1.60(b)‟de, kristal kullanan bant geçiren bir filtre gösterilmektedir.

ġekil 1.60(b) – Bant geçiren kristal filtre Seramik filtreler Kristal filtrelerde meydana gelen piezoelektrik etkilerin aynısı, belli seramiklerde de meydana gelmektedir. Seramikler, kuvars kristallerine benzer bir yapıya sahiptir ve benzer Ģekilde kullanılmaktadır. Seramik filtreler, kuvars filtreler kadar kararlı değildir ayrıca Q değerleri de o kadar iyi değildir ancak genelde maliyetleri daha düĢüktür. Bu filtreler, yaklaĢık olarak 20 MHz‟e kadar olan bir frekansta çalıĢacaktır.

69

Radyo Mühendisliği Notları

Mekanik filtreler Mekanik bir filtre, içine metal disklerin yerleĢtirildiği içi boĢ bir tüpten oluĢur ve bu metal diskler, tüp içindeki konumlarını ayarlamak için metal çubuklarla birleĢtirilmiĢtir. Tüpün üstündeki transdüserler tarafından mekanik titreĢimler elektrik enerjisine ya da elektrik enerjisi mekanik titreĢimlere dönüĢtürülür. Yüksek kalitede mekanik filtrelerin Q değeri 10000‟e kadar çıkabilir. Bu mekanik filtreler çok kararlı ve sağlamdır. Mekanik filtreler sadece 500 kHz civarına kadar olan frekanslarda etkindir. Bu filtreler, frekans kararlılığı elde etmek için genelde yüksek-güçlü düĢük-frekanslı vericilerde kullanılır.

ġekil 1.61 – Mekanik filtre Şerit hatlı ve eşeksenli akortlu filtreler Frekanslar 1 GHz‟e yaklaĢıp geçtikçe, özel filtrelerin kullanılması gerekli hale gelir. Normalde bu filtreler, birbirine yakın olarak yerleĢtirilmiĢ iki metal parçadan oluĢmaktadır. Yüksek frekanslarda, metal parçalar eĢ değer bir LRC rezonant devre oluĢturur. Devrenin tipi, parçaların arasındaki uzaklığa, her bir parçanın kalınlığına, geniĢliğine ve uzunluğuna ve parçaların yapıldıkları malzemeye bağlıdır.

70

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.62 – Şerit hatlı filtre ve eş değer LCR devresi Bu tip filtrenin yaygın bir implementasyonu, bir devre kartı üzerindeki oymalı bakır iz Ģeridinden ve arka tarafında da bir bakır toprak düzleminden oluĢur. Rezonant frekansa göre küçük ayarlamalar yapılmasını mümkün kılmak için Ģeritlere değiĢken indüktörler ya da kapasitörler bağlanır. Bu, Ģerit hatlı (strip) filtre olarak bilinir. ġekil 1.62‟de, Ģerit hatlı bir filtre ve eĢ değer LRC devresi gösterilir. Aynı ilkeye göre çalıĢan ikinci bir filtre tipi eĢeksenli hatlı filtredir. EĢeksenli bir kablo parçası, frekansa göre değiĢen doğal LRC bileĢenlerine sahip olacaktır. Bu yüzden, istenen rezonant frekansa iliĢkin akortlu (ince ayarlı - tune) rezonant devreler oluĢturmak için kısa eĢeksenli kablo parçaları seçilip kullanılabilir. Bu konfigürasyon için, dıĢ koruyucu, eĢ değer toprak düzlemi gibi ve iç iletken eĢ değer Ģeritli hat gibi davranır. Yine aynı Ģekilde, rezonant frekansı iyi bir Ģekilde ayarlayabilmek için değiĢken indüktörler ve kapasitörler kullanılabilir.

ġekil 1.63 – Eşeksenli hatlı filtre ve eş değer devresi 71

Radyo Mühendisliği Notları

ġerit hatlı ve eĢeksenli filtreler, UHF radyo cihazlarının vericilerinde ve alıcılarında geniĢ çaplı olarak kullanılmaktadır. Frekans ve yapıya bağlı olarak, bu devreler 100 000‟e kadar Q değerleri sağlayabilir – Ģerit hatlı filtre, eĢeksenli hatlı filtreden daha yüksek Q değerleri sağlayabilme esnekliğine sahiptir. Kaviteli filtreler Yaygın olarak kullanılan bir baĢka teknik, içi boĢ bir tüpte birbirine yakın biçimde duran iki tane düz disk kullanmaktır. Bu filtre tipi, kaviteli filtre olarak bilinir. ġekil 1.64‟de, bu filtrenin yapısı gösterilmektedir.

ġekil 1.64 – Kaviteli filtre ve eş değer devresi Alttaki disk uzun bir metal çubuk ile tüpün tabanına bağlıdır. Üstteki disk, ayarlanabilir vidalı bir çubuğa bağlanmıĢtır. Ġki disk büyük bir kapasitörü temsil eder ve etrafını saran tüp ise, sonsuz sayıdaki küçük indüktörü temsil eder. Bu filtreler, 100 000 ya da daha yüksek Q değerleri üretebilir ve genelde VHF ve UHF frekans bantlarında kullanılır. 450 MHz‟deki kaviteli bir filtre, yaklaĢık olarak 40 cm yüksekliğinde 15 cm çapında olacaktır ve bazı durumlarda, daha yüksek Q değerleri elde etmek için birçok filtre paralel olarak bağlanabilir. Nispeten hantal oldukları için, genelde vericinin ve alıcının antene bağlanmadan önceki çıkıĢ aĢamalarında yer alırlar. Proje uygulamaları açısından bakıldığında, telemetri sistemleri için radyo tesisatları devreye alınırken kaviteli filtrelerin kullanılması çok önemlidir. Bu nedenle, ileriki sayfalarda çeĢitli kaviteli filtre

72

Radyo Mühendisliği Notları

tiplerinin ve bunların radyo sistemlerinde nasıl kullanıldıklarının açıklanmasına ayrılmıĢtır.

xi. Vericiler Verici, RF enerjisi üretmek için kullanılan cihazdır. Verici, giren bilgi sinyalini modüle eder ve daha sonra bu sinyali, bir veya daha fazla alıcıya taĢınması için antene iletir. ġimdi AM ve FM vericilerin temel yapısına iliĢkin kısa bir açıklama yapılacaktır.

AM vericiler ġekil 1.65‟de, basit bir SSB-AM vericinin yapısı blok biçiminde gösterilmektedir.

ġekil 1.65 – SSB-AM verici Vericinin çalıĢma Ģeklini anlamak için, Ģekli soldan sağa doğru takip edin. Ġlk olarak, ses yükselteci, giren ses sinyalini genlik modülatörüne uygulanacak Ģekilde uygun bir seviyeye çıkarır. Modülatör, bir taĢıyıcıdan ve iki yan banttan oluĢan bir sinyal üretir. Bu durumda, taĢıyıcı frekans, modülatörün giriĢinde, osilatör frekansına eĢit olan bir ara frekanstır. (Bu ara frekans normalde son RF frekansından önemli ölçüde daha düĢüktür.) Ġki yan bant ses giriĢ frekansına karĢılık gelecektir. Ara frekans (IF), radyolarda kullanılan frekansı tanımlamak için kullanılan terimdir. Böylece giriĢ ses frekansı ile son çıkıĢ radyo frekansı arasında yer alan verici elektroniği tarafından daha kolay bir Ģekilde kullanılır. Daha sonra, bir tane yan bant hariç olmak üzere tüm frekansları elemek için bant geçiren bir filtre kullanılır. ÇıkıĢ, bir yükseltece

73

Radyo Mühendisliği Notları

verilir, yükselteç, sinyalin seviyesini karıĢtırıcıya iletmek üzere uygun seviyeye çıkartır. KarıĢtırıcı, düĢük seviyedeki bir sinyali (bu durumda, IF yan bant frekansları) osilatörden gelen yüksek seviyedeki bir sinyalle birleĢtirerek bir frekanstan diğerine dönüĢtüren ve modülatöre benzeyen bir cihazdır. KarıĢtırıcı genelde lineer-olmayan bir cihazdır ve çıkıĢında belli sayıda frekans üretecektir. Bu frekanslar, çoğunlukla, IF ve osilatör frekanslarının toplamından ve farkından oluĢur. Son aĢamada, iki frekansın toplamı, bant geçiren bir filtre tarafından filtrelenir ve antene iletilmek üzere güç yükseltecine verilir.

PM ve FM vericileri ġekil 1.66‟da, FM ve PM vericinin temel yapısı blok Ģeklinde gösterilmektedir.

ġekil 1.66 – FM ve PM vericilere ilişkin blok diyagramları

74

Radyo Mühendisliği Notları

ġekildeki FM vericiyi soldan sağa doğru takip edersek, kararlı bir frekans sentezleyici, gerilim-kontrollü bir osilatör için frekans kaynağını oluĢturur. Ses frekansı giriĢi, ses yükselteci üzerinden, ses üzerinde gerekli her türlü iĢlemi gerçekleĢtiren bir birime iletilir. Birim, ilk olarak ses sinyalinin en yüksek genlik değerini sınırlar, böylece verici, yüksek genlikli ses sinyalleriyle beslendiğinde, aĢırı-derecede sapmaya uğramaz. (AĢırı-sapma, RF bozulumuna ve yakındaki kanallarda önemli ölçüde enterferansa neden olacaktır.) Daha sonra, ses iĢleme birimi, son RF sinyali üzerindeki gürültünün etkisini azaltmak için ön-vurgulama olarak adlandırılan sinyal Ģartlandırma iĢlemini gerçekleĢtirir. Ön-vurgulama ve art-vurgulama, Bölüm 1.xi‟da ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Modifiye edilmiĢ ses sinyali, daha sonra frekans-modülasyonlu bir sinyal üretmek için VCO‟ya iletilir. Henüz yüksek frekanslı olmadığı için, bu sinyal ara frekanstır (IF). VCO‟dan sonra, sinyal, sentezleyici ve VCO tarafından, üretilen her türlü istenmeyen sinyali filtreleyecek olan bant geçiren filtreye iletilir. Daha sonra, sinyalin frekansı, istenen RF frekansı elde edilecek Ģekilde çarpılır. Örneğin, bir UHF radyoda, IF frekansı 20 MHz olabilir ve 450 MHz elde edilecek Ģekilde bu frekans çarpılabilir. Sinyal, daha sonra antene iletilmek için uygun güç seviyesine çıkarılmak üzere güç yükseltecine iletilir. PM verici, FM verici ile hemen hemen aynıdır, tek fark gerilim kontrollü osilatörün çıkıĢını değiĢtirmek yerine IF frekansın doğrudan faz modülatörüne iletilmesidir. Bu sistem, değiĢken doğrusal bir frekans kaynağına bağlı olmadığı için, daha iyi frekans kararlılığına ve doğruluğuna sahiptir.

xii. Alıcılar Alıcı, bir antenden gelen belirli bir frekanstaki radyo frekans dalgalarını tespit eden ve alan ve daha sonra bunları anlamlı bir ses sinyaline dönüĢtüren cihazdır. ġimdi alıcıların temel yapısına iliĢkin kısa bir açıklama yapılacaktır.

AM alıcı ġekil 1.67‟te, basit bir SSB-AM alıcının yapısı gösterilmektedir. Bu tip alıcı süper heterodin alıcı olarak adlandırılmaktadır. Frekans karıĢtırma [:heterodyning], farklı frekanslar üretmek için iki veya daha fazla frekansın karıĢtırılması süreci olarak tanımlanır. 75

Radyo Mühendisliği Notları

(Normalde, üretilen frekanslar, karıĢtırılmıĢ frekansların toplamı ve farkıdır.)

ġekil 1.67 – AM-SSB süper heterodin alıcı ġekil 1.67‟ye bakarsak ve soldan sağa doğru gidersek, antenden alıcının ön ucuna RF sinyali iletilir, filtreler ve yükselteçler tarafından ses çıkıĢı dedekte edilir. Tüm alıcılar, sadece alıcının çalıĢmasının gerekli olduğu frekansı seçmek için çok dar (yüksek Q) bant geçiren filtrelere ihtiyaç duyar. Filtreler „yüksek seviyedeseçebilirlik‟ özelliğine sahip değilse ve yükselteçler „düĢükgürültülü‟ değilse, çalıĢma frekansına yakın diğer frekansların da alıcıya girmesine izin verilecek ve bu da enterferans sorunlarına neden olacaktır. Sinyal, IF osilatör frekansıyla karıĢtırılmak üzere karıĢtırıcıya iletilir. Daha sonra istenen IF toplam ya da fark frekansı, bant geçiren bir filtre tarafından elenir. Seçilen IF sinyali, bir çarpım detektörüne uygulanacak Ģekilde uygun bir seviyeye yükseltilir. Çarpım detektörü bir AM demodülatörüdür. IF frekansı ve ikinci osilatör frekansı çok yakın olacak ve çarpım detektörü, verici giriĢine verilen sese karĢılık gelen bir ses frekans çıkıĢı üretecektir.

FM ve PM alıcılar Bir FM sinyalinin demodülasyonu, bir PM sinyalinin demodülasyonu ile aynı süreçtir. Bu yüzden, FM ve PM alıcıları aynı temel yapıya sahiptir. ġekil 1.65‟te, bir FM alıcı, blok Ģeklinde gösterilmektedir. AM alıcı ile karĢılaĢtırıldığında, aralarında temelde çok az fark olduğu görülebilir. Tek fark IF yükselteçten sonraki aĢamadadır, burada AM çarpım detektörü yerine bir FM ayırıcı (diskriminator) ya da faz kilitlemeli bir döngü geçer. 76

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.68 – FM/PM süper heterodin alıcı FM ayırıcı, ġekil 1.69‟da gösterildiği gibi bir tepkiye sahiptir. Frekans, taĢıyıcı frekanstan uzaklaĢtıkça, ayırıcının çıkıĢ geriliminde lineer bir değiĢim gerçekleĢir (bu durumda, eĢ değer IF frekansı). Bu değiĢen dc gerilimi, IF‟i vericide modüle etmek için kullanılmıĢ olan ses giriĢini takip ediyor olacaktır, baĢka bir deyiĢle, FM ya da PM sinyalini demodüle etmektedir.

ġekil 1.69 – Ayırıcı(diskriminator) karakteristiği RF frekansı taĢıyıcı frekansına eĢit olduğunda (baĢka bir deyiĢle, sapma olmadığında), ayırıcının çıkıĢ değeri 0 volttur. Ġkinci FM demodülasyon metodu faz kilitlemeli bir döngü kullanır. Burada, IF frekansı frekans kaynağı olarak kullanılır ve filtre hattının çıkıĢı, gerilim-kontrollü bir osilatöre verilir. Bu, ġekil 77

Radyo Mühendisliği Notları

1.70‟de gösterilmektedir. Bu metot, modern FM radyolarında en yaygın biçimde kullanılan demodülasyon metodudur.

ġekil 1.70 – Demodülatör olarak kullanılan faz kilitlemeli döngü

xiii. Antenler GiriĢ Antenler çok ilginç ve değiĢik Ģekillere ve büyüklüklere sahiptir ve eski bir alüminyum parçası bile bir anten görevi görebilir. Televizyonun evlerimize ilk girdiği zamanlarda, bazı insanlar eski bisiklet tekerleklerini anten olarak kullanmaktaydı! Gerçekte, antenler titiz bir Ģekilde tasarımlanmalı ve dikkatli bir Ģekilde takılmalıdır. Oldukça ucuz olan hantal televizyon anteni bile, doğru kullanıldığında, çok iyi sonuçlar verebilir.

ÇalıĢma teorisi Tüm antenler tam olarak aynı iĢi yapar. Anten, verici tipte ise, elektrik enerjisini elektromanyetik enerjiye dönüĢtürür ve bu enerjiyi serbest uzaya yayar ya da yönlendirir. Anten, alıcı tipte ise, serbest uzaydaki enerji dalgalarını yakalar ve bunları elektrik enerjisine dönüĢtürür. Genelde tek bir anten her iki fonksiyonu da aynı zamanda gerçekleĢtirir. Antene iliĢkin ilk Ģart, sistemin gerektirdiği kazancı ve yönlendirilebilirliği sağlamaktır. Noktadan-noktaya linkte, tüm verici gücünün alıcı uca doğru yönlendirilmesi ve benzer Ģekilde alıcı uçta, verici uçtan gelen sinyalin en iyi Ģekilde alınması önemlidir. Bir antenin nasıl çalıĢtığını anlamak için, biraz teorik konulara girmek faydalı olabilir. El feneri ampülüne benzeyen ancak tabana sahip olmayan bir nokta ıĢık kaynağı, tüm yönlerde eĢit Ģekilde ıĢık yayacaktır ve ıĢık örüntüsü, bir top Ģeklinde olacaktır. Karanlık bir odada, ıĢık, kitap okumaya yetecek güçte olabilir ve tabi ki, ıĢığa göre olan uzaklık her zaman aynı olacaktır. 78

Radyo Mühendisliği Notları

Elektriksel açıdan, lambanın, kazancı 0 dB olan izotropik bir kaynak olduğunu söyleyebiliriz. IĢığa yakın bir yere bir ayna yerleĢtirirsek, odanın bir tarafı karanlık olacak ve diğer taraftaki aydınlanma öncekinin neredeyse iki katı kadar güçlü olacak, bu da, izotropik lambaya göre 3 dB‟lik kazanç olduğu anlamına gelecektir (zıt yönde iki kat güç). Açık bir Ģekilde görüleceği gibi, kitabımız, lambadan uzaklaĢtığımızda bile aydınlanmaya devam edecektir. Halâ lambadan daha da uzaklaĢmamız gerekli ise, lamba, parabolik bir yansıtıcının merkez noktasına konabilir. ġimdi lamba, izotropik lambaya göre 30 dB‟lik kazanca sahip olabilir ve kitabın odanın dıĢında, hatta koridorun sonunda bile okunabilmesi mümkün olabilir! Yukarıda kurulan benzerlikten görüleceği gibi, istenen yöndeki aydınlanma kazancı ile ıĢık huzmesinin yönlendirilebilirliği gerçekte aynıdır, böylece hüzme-geniĢliği ne kadar dar olursa, aydınlanmadaki kazanç o kadar büyük olur. Radyo antenleri yukarıda açıklanan ayna ve yansıtıcı örneğine benzer Ģekilde davranır. Lambanın yerine, genelde bir dipol tipinde olan ve aydınlatıcı olarak adlandırılan bir eleman geçerken, yansıtıcı, yine yansıtıcı olarak adlandırılır. Antenlerin 400 MHz‟in üstündeki frekanslarda kullanılması durumunda, çanak anten, parlak olmayan projektör aynasına çok benzemektedir. Ġzotropik kaynak teorik bir kavramdır, mükemmel bir nokta ıĢık kaynağı üretemeyiz çünkü filaman belli bir büyüklüğe sahiptir ve bağlantı telleri ıĢığın bir kısmını engelleyecektir. Aynı Ģekilde, izotropik bir radyo aydınlatıcısı yapmak mümkün değildir böylece referans standart olarak, bir dipol kullanılmaktadır. Dipol, küresel yayılma örüntüsünü bozduğu için, izotropik kaynağa göre 2,14 dB‟lik bir sinyal kazancı sağlar.

ġekil 1.71 – Bazı basit yayılma örüntüleri 79

Radyo Mühendisliği Notları

Antene iliĢkin ikinci önemli Ģart, verici/alıcı ve onu besleyen iletim hattına iliĢkin doğru elektriksel sonlandırmanın sağlanmasıdır. Burada Ģöyle bir örnek kullanılabilir: Bir boru hattı vasıtasıyla uzaktaki bir depoya su taĢıyan bir pompayı düĢünün. Pompa 10 cm‟lik bir çıkıĢ flanĢına sahipse, tasarımcı 10 cm‟lik bir boru kullanmalıdır. Depo 7 cm‟lik bir giriĢ flanĢına sahipse, yüksek seviyede geri basınç oluĢacak ve depoya mümkün olan en yüksek hızda sıvı taĢınamayacaktır. Maksimum güç iletim kuralına göre, kaynaktan yüke (baĢka bir deyiĢle, antene) maksimum güç iletimini gerçekleĢtirmek için, kaynağın, iletim hattının ve yükün empedansı birbirine eĢit olmalıdır.

80

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.72 – Basit bir dipolün çalışma şekli ġekil 1.72‟de bir dipolün temel çalıĢma Ģekli gösterilmektedir. Gelen elektromanyetik dalgalar, dipol elemanda elektron akıĢını indükler. ġekil (a)‟da, dipol elemandaki gerilim ve akım büyüklükleri gösterilmektedir. Elektronlar elemanın uçlarına yaklaĢtıkça, en yüksek potansiyele ancak en düĢük hıza ulaĢırlar, baĢka bir deyiĢle, elektronlar, en yüksek seviyede gerilime ve en düĢük seviyede akıma sahiptir. Dipolün ortasında ise, bunun tersi geçerlidir. Bu yüzden, dipolün empedansı uçlarda en yüksek ve ortada en düĢük seviyededir. En küçük empedansa sahip olmak en iyisi olduğu için (bu nedenle yüke uygun olması için sadece düĢük empedanslı bir kaynak gereklidir) eĢeksenli besleme bağlantısı elemanın ortasındadır. Bu, 70 Ohm civarında doğal bir empedansa sahiptir. En yaygın dipol eleman biçimi, ġekil (c)‟de gösterilen katlanmış dipoldür. Bu anten, 300 ohmluk doğal bir empedansa sahiptir. 50 ve 75 ohmluk eĢeksenli kabloları bağlamak için eĢleĢtirme transformatörleri (Balunlar) kullanılır. Bu bölümde daha önce açıklanmıĢ olduğu gibi, elemandan çıkan radyo dalgası, elektrik alandan ve manyetik alandan oluĢur (Bölüm 1.ii‟ye bakılmalıdır). Elektrik alan, elemana paraleldir. Elektrik alanın yönü, „polarizasyon’ olarak adlandırılır. Bu yüzden, bir antenin elemanları yukarı ve aĢağı doğruysa, anten düĢey olarak polarize olur ve antenin elemanları yatay ise, anten yatay olarak polarize olur. Ayrıca, dairesel elemanlar kullanılarak dairesel olarak polarize olmuĢ yayılma örüntülerinin elde edilmesi de mümkündür. Bir anten, radyo dalgasını, bir lazer huzmesi gibi paralel huzmeler halinde iletebilseydi, ideal bir durum oluĢurdu ancak durum böyle değildir ve huzme bir ark oluĢturur, mesafe arttıkça, bir el fenerinden çıkan ıĢık huzmesi gibi ark da geniĢler. El feneri büyük 81

Radyo Mühendisliği Notları

bir duvara doğru tutulduğunda görüleceği gibi, huzmenin merkezi parlak bir nokta olacak ve merkezden uzaklaĢtıkça yavaĢ yavaĢ silikleĢecektir. Bir radyo dalgası söz konusu olduğunda, huzme geniĢliği, alınan sinyalin gücünün yarıya indiği ya da 3 dB azaldığı noktalarda oluĢan ark olarak tanımlanır.

ġekil 1.73 – Bir antenin 3 dB’lik huzme-genişliği

Anten tipleri Antenler, dört tipe ayrılabilir:    

Yüksek frekanslı anten Tekli ya da yığın (stak) dipol anten Rezonant eleman ya da Yagi anten Parabolik çanak anten

Ġlk üç anten tipi radyoda yaygın olarak kullanılmaktadır ve parabolik çanak anten, daha çok mikrodalga ve uydu sistemlerinde kullanılmaktadır. Yüksek frekanslı antenler, 30 MHz civarına kadar olan frekanslarda çalıĢır ve genelde doğru empedans uyumunu (empedans genelde 600 ohm‟dur) sağlayacak Ģekilde dikkatli bir biçimde tasarımlanmıĢ ve istenen yöne yönlendirilecek Ģekilde kurulmuĢ uzun tel kısımlarından oluĢur. Logaritmik periyodik anten olarak bilinen bazı anten tipleri dönebilirken, baklava anten (rombik anten gibi baĢka antenler, 6 Hektarlık (15 Dönüm) alana sahip olabilir ve bunlar, kalıcı olarak kurulan antenlerdir.

82

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.74 – Logaritmik periyodik antenin gösterimi

ġekil 1.75 – Baklava antenin gösterimi

83

Radyo Mühendisliği Notları

En basit anten, düz dipol antendir. Tek bir ince metal parça, çalıĢma frekansının dalga boyunun 1/8, 1/4, 1/2 katı ya da dalga boyu kadar olan parçalar halinde kesilir. Etkin dalga boyu ve yönlendirilebilirlik bazen kıvrılmıĢ bir metal parça kullanılarak geliĢtirilebilir. ÇeĢitli dipoller üst üste eklenerek ve beslenerek, artırılmıĢ kazanç ve yönlendirilebilirlik sağlamak mümkündür. Bu tip antenler bazen kolinear antenler olarak bilinir ve 3 ilâ 6 dB arasında kazanca sahip olabilir. Bu antenler tüm-yönlü antenler oldukları için, genelde, ana bölgelerde noktadan-çoklu noktaya sistemlerde kullanılırlar. Rezonant eleman ya da Yagi antenleri (Yagi antenleri ismi, bu antenleri icat eden Japon Dr Yagimoto‟dan gelmektedir) merkezi 80, 160 ve 450 MHz olan önemli VHF ve UHF bantlarında kullanılmaktadır. Bu antenler, televizyon yayını için geniĢ çapta kullanılmaktadır ve çatıların üstünde sıklıkla görülebilir. Bu antenler, sürülen bir elemandan ya da aydınlatıcıdan oluĢur, bu genelde dipol ya da katlanmıĢ dipoldür, sürülen elemanın arkasında bir veya daha fazla yansıtıcı yer alır, sürülen elemanın önünde ise, bir ilâ on arasında ya da daha fazla sayıda yönlendirici [:direktör] eleman mevcuttur; eleman sayısı ne kadar çoksa, kazanç ve yönlendirilebilirlik o kadar yüksektir. Tipik olarak, 160 MHz bandında çalıĢan 10 elemana sahip bir Yagi antenin kazancı 13 dB olacaktır. Anten empedansı genelde 50 ohm‟dur.

ġekil 1.76 – Basit bir Yagi antenin çalışma şekli Elemanların uzunluğu frekansla ters orantılı olduğu için, 80 MHz‟lik bir Yagi elemanı, yaklaĢık olarak 1,9 m uzunluğunda olacaktır ve bu bantta, dörtten fazla elemana sahip antenler çok hantal hale gelir ancak 450 MHz‟de, elemanlar sadece 330 cm uzunluğunda olup, 15 elemana sahip antenlerle sıklıkla karĢılaĢılabilir.

84

Radyo Mühendisliği Notları

Anten kurulumu Anten seçilirken ve kurulurken dikkate alınması gereken bazı önemli hususlar aĢağıda özetlenmiĢtir: 

 

   

Anten aĢağıdaki faktörlere göre seçilmelidir: - Ġstenen çalıĢma frekansı - Kapsama alanını etkileyen yayılma örüntüsü - Spektrum Yönetim Birimi düzenlemeleri Yayılma örüntüsünün bozulmasını önlemek için, antenler, hem düĢey hem de yatay olarak komĢu antenlerden yeterince uzağa yerleĢtirilmelidir. Anten, direğin bacağına doğru Ģekilde yerleĢtirilmelidir. Bacak, yansıtıcı bir eleman gibi davrandığı için, anten yayılma örüntüsünün belirlenmesinde, antenin direk bacağına göre olan yatay uzaklığı önemlidir. Antenler mümkün olduğunca geniĢ bantlı olmalıdır böylece birçok verici ve alıcı tek bir antene bağlanabilir. Antenler farklı metallerden oluĢmamalıdır, aksi halde farklı kısımlar arasında korozyon meydana gelir ve diyot etkisi oluĢur, bu da ara modülasyona neden olur. Yeni antenin rüzgar yükleme etkisi hesaplanmalı ve direk üzerindeki rüzgar yüklemesinde dikkate alınmalıdır. Normalde en yüksek alma sinyal gücünü elde etmek için alıcı anten, direk üzerindeki en yüksek noktaya yerleĢtirilir ve gerekli ayrımı sağlamak için, verici anten, daha düĢük uygun bir seviyeye yerleĢtirilir.

Yığın anten Tek bir antene iliĢkin kazanç yeterli değilse, iki ya da dört tane özdeĢ anten paralel olarak bağlanabilir ya da eklenebilir. Antenler paralel bağlanırsa, iletim hattı, her bir anteni beslemek için iki ya da dört çıkıĢa sahip bir empedans uyumlaĢtırma transformatörüne bağlanır. Ġki-yığınlı antenin kazancı, tek bir antenin kazancının 3 dB fazlasının biraz altındadır ve dört-yığınlı antenin kazancı, tek bir antenin kazancının 6 dB fazlasının biraz altındadır. Antenler eklenirken uyulması gereken bazı önemli kurallar Ģunlardır: 

Empedans uyumlandırma transformatöründen çıkan kabloların tümü tam olarak aynı uzunlukta olmalıdır, ayrıca fazladan kabloların kıvrılıp yatırılması gereklidir. 85

Radyo Mühendisliği Notları





Antenler, düĢey olarak, yatay olarak ya da kare biçimindeki bir örüntüde eklenebilir ancak tümünün aynı düĢey düzlemde yer alması gereklidir. BaĢka bir deyiĢle, tüm antenlerin sürülen elemanları, alıcı istasyona göre tam olarak aynı uzaklıkta olmalıdır. Tüm antenler aynı fazda kurulmalıdır. Ġlk anten bağlayıcısı alt tarafta olacak Ģekilde kurulursa, o zaman diğer antenlerin tümü aynı Ģekilde kurulmalıdır.

Bu kurallara uyulmazsa, her bir antene ait dalga cepheleri arasında faz farkı olacaktır ve anten ekleme kazancı elde edilemeyecektir. Ġki-yığınlı bir anten diziliminde, bir anten, bağlayıcı yukarı bakacak ve diğerinde bağlayıcı aĢağı bakacak Ģekilde kurulursa, iki antene ait dalga cepheleri arasında 180 faz farkı olacaktır. Bu durumda, her anten için 3 dB kazanç olması beklenirken, toplam kazanç 30 dB daha düĢük olacaktır.

ġekil 1.77 – İki-yığınlı Yagi anten

xiv. Kablolama HF-bandı ile SHF bandına kadar olan frekanslar arasında çalıĢan tüm antenler için neredeyse istisnasız bir Ģekilde eĢeksenli kablolar kullanılmaktadır. SHF bandında, 2 GHz civarında, dalga kılavuzları yaygın bir Ģekilde kullanılmaya baĢlanır. EĢeksenli kablonun empedansı, içteki iletkenin çapı ve içteki iletken ile iletkeni kaplayan koruyucu arasındaki boĢluk tarafından belirlenir. Bir televizyon anteninin karakteristik empedansının 75 ohm olmasına rağmen, birçok haberleĢme anteninin empedansı 50 86

Radyo Mühendisliği Notları

ohmdur ve doğru kablonun kullanılıp kullanılmadığına her zaman dikkat edilmelidir. EĢeksenli bir kablonun büyüklüğü iki Ģart tarafından belirlenir – anten sistemine iletilmekte olan verici gücü ve kullanılacak frekans. Bir vericinin çıkıĢ gücü 500 watt ise, 50 ohm‟luk bir kablonun üzerindeki tepe gerilimi 223 volt olacaktır ve akım, 3,3 amp civarında olacaktır. Dielektrik yalıtımı yeterli değilse, kabloda arıza meydana gelecek ve içteki iletken çok küçükse, kabloda büyük rezistif bir kayıp meydana gelecektir. Radyo frekans enerjisi, iletkenin merkezinden çok yüzeyinden geçecektir, böylece çapı küçük olan bir iç iletken küçük bir yüzey alanına ve bunun sonucu olarak büyük bir dirence sahip olacaktır. Bu yüzden, frekans arttıkça, içteki iletkenin çapı da artmalıdır ancak kablonun empedansı, kısmen içteki iletkenle ekran arasındaki kapasitans tarafından belirlenmektedir. Bu yüzden, doğru empedansı elde etmek için, içteki iletkenin büyüklüğü ve iletkenler arasındaki uzaklık, baĢka bir deyiĢle dielektrik, değerlendirilmesi gereken önemli tasarım hususlarıdır. Çapı yaklaĢık 10 mm‟ye kadar olan daha küçük eĢeksenli kablo tipleri, dıĢ iletken olarak bakır örgülü bir makaron kullanmaktadır ve bu makaronun imalâtı etkin ve ucuzdur. En büyük eĢeksenli kablolar, 200 mm‟ye ya da 8 inç‟e kadar olan çaplarda olabilir ve kablonun bir engel etrafında kıvrılması gerekli olduğu ve herhangi bir Ģekil bozulması kablonun performansını kötü yönde etkileyeceği için, yeni bir koruyucu iletken tipi geliĢtirildi. Uygun bir dıĢ-iletkenin imâl edilmesine iliĢkin ilk giriĢimde alüminyum bir tüp kullanılmıĢtı ancak alüminyum tüpün kullanıĢlı olmadığı fark edildikten sonra, alüminyumun yerini bakır aldı. Bakır tüpün Ģekli, bir su deposunun kıvrımlarına benzemektedir ancak tüp uzunluğu boyunca herhangi bir noktadaki çap her zaman sabit olacak Ģekilde spiral kıvrımlı olarak üretilir. Bu Ģekilde, iç iletken ile dıĢ iletken arasındaki ortalama uzaklık her zaman aynıdır, böylece empedans sabit kalır, ayrıca kablo, herhangi bir zarar görmeksizin oldukça küçük yarıçaplara kadar kolayca bükülebilir. Kablo imalâtçıları, imal ettikleri kabloların karakteristikleri hakkındaki doğru verileri yayınlar. Kablo seçimi söz konusu olduğunda, ilk bakıĢta, piyasadaki istenen gücü taĢıyabildiğini beyan eden en ucuz kabloyu satın almak yeterli gibi görünebilir. Ancak radyo linklerinin söz konusu olduğu birçok durumda, kablo zayıflamasına verilen öncelik kablo maliyetine verilen önceliğin üstündedir. 87

Radyo Mühendisliği Notları

Genel olarak, kablo ne kadar büyük olursa, zayıflama o kadar az olacaktır ancak kablonun maliyeti ve rüzgar yükü artacaktır. Noktadan-noktaya sistemin tasarımında, belirleyici faktör, verici çıkıĢıyla uzaktaki alıcı giriĢi arasındaki toplam zayıflamadır ve bu, daha sonra 2. Bölüm‟de açıklanacaktır. Yol kısa değilse, tasarımcı, anten besleyicilerin zayıflamasının düĢük seviyede tutulmasını sağlamalıdır. Bu yüzden, eĢeksenli bir kablonun seçilmesi, maliyet, rüzgar yükü ve zayıflama arasında bir uzlaĢma noktasına varılmasını sağlayacaktır. 2 GHz‟in üstündeki frekanslarda, geleneksel eĢeksenli kablolardaki indüktif ve kapasitif kayıplar, iletilen ve alınan sinyalleri ciddi Ģekilde zayıflatmaya baĢlamaktadır. Bir hava dielektriğinin kullanılması ve daha büyük kablolar, bu kayıpları azaltır ve 4 GHz‟in üstündeki frekanslarda, eĢeksenli kablolar kullanıĢsız hale gelmektedir ve dalga kılavuzu sistemleri kullanılır.

EĢeksenli delik kablo Bazen iyi radyo iletimi elde etmenin çok zor olduğu tünellerde ya da maden kuyularında mobil radyo kapsama alanının sağlanması gereklidir, bazen de büyük çelik gövdeli binalar sorun yaratır. Bu durumlar için özel bir eĢeksenli kablo geliĢtirilmiĢtir ve bu kablo, koruyucunun % 8‟i civarı ortadan kalkacak Ģekilde boydan boya kesilmiĢ normal eliptik eĢeksenli (koaksiyel) bir kabloya çok benzemektedir. Sonuçta dıĢ iletkende, yayılmanın gerçekleĢebildiği küçük pencere serisi oluĢmuĢ olur. Aslında, kablo, hem alıcı hem de verici anten olarak iyi bir Ģekilde çalıĢan uzun bir anten görevi görür. Bu kablonun zayıflaması, aynı büyüklükteki normal bir kablonun zayıflamasından daha yüksek seviyededir ve son uçta bir anten ya da bir yük direnci ile sonlandırılmalıdır.

xv. Ara Modülasyon ve Dubleksörler, Çok Katlı Kuplörler, Sirkülatörler, İzolatörler, Dağıtıcı ve Ön Yükselteçler Kullanılarak Ara Modülasyonu nasıl önleriz GiriĢ Endüstriyel kaynaklardan (arabalar, elektrik motorları, anahtarlar, doğrultucular vb.) gelen gürültü ve enterferansın yanında, üç ana RF enterferans kaynağı daha vardır. Bunlar, diğer radyo cihazları 88

Radyo Mühendisliği Notları

tarafından üretilir. Ġlk ve en belirgin kaynak, yakında bir yerde aynı frekansta çalıĢmakta olan baĢka bir radyo kullanıcısıdır. Problemi en düĢük seviyeye indirmek için özel kodlama teknikleri kullanmanın dıĢında (1.xxi Bölüm‟de açıklanmıĢtır - CTCSS) maalesef yapılabilecek pek birĢey yoktur, yayın yapan diğer kiĢiler lisans veren düzenleyici kuruma Ģikayet edilebilir ya da kimin yayın yaptığı ortaya çıkarılıp yayını durdurmaları istenebilir. Ġkinci enterferans kaynağı, tahsis edilmiĢ bant geniĢliklerinin dıĢında istenmeyen frekanslar yayan gürültülü vericilerdir. Bu istenmeyen yayınlar, diğer kullanıcıların kanal bant geniĢliklerine denk gelecek ve enterferansa neden olacaktır. Normalde eski vericiler ve bakımı iyi yapılmamıĢ olan vericiler problem çıkarır. Üçüncü enterferans kaynağı ara modülasyondur. Bu, normalde en yaygın enterferans kaynağıdır ve genelde bulunması en zor ve giderilmesi en pahalı olan enterferansı üretir. Sıradaki bölümde bu fenomen ayrıntılı bir biçimde açıklanacaktır.

Ara modülasyon Ġki ya da daha fazla frekansın verici ya da alıcı gibi lineer-olmayan bir cihazda ya da RF diyot gibi davranan paslı, civatalı bir ek yerinde etkileĢtiği durumda ara modülasyon meydana gelir ve diğer kullanıcılarda enterferansa neden olabilen bir veya daha fazla ilâve frekans üretilir. Ġki elektromanyetik dalga lineer-olmayan bir cihazda etkileĢip ara modülasyon meydana geldiğinde, en az iki tane yeni frekans üretilir – biri frekansların toplamı, diğeri frekansların farkıdır. Yakındaki bir alıcı ara modülasyon frekans değerlerinin birine yakın olabilir ve bunu, gürültü ve enterferans olarak alır ve daha sonra gürültü ve enterferans olarak yeniden iletebilir. Örneğin, a ve b frekansları etkileĢirse, c ve d frekansları üretilecektir, c = a + b ve d = a – b‟dir. c ve d, ara modülasyon frekansları olarak bilinir. Tabi ki c ve d‟nin büyüklüğü, a ve b‟nin büyüklüğünden çok daha küçük olacaktır ve tam büyüklük, a ile b‟nin karĢılaĢtıkları noktadaki büyüklüklerine ve ara modülasyonun gerçekleĢtiği lineer-olmayan cihazın verimine bağlıdır. Neyse ki, sadece a ve b frekansında yayın yapan vericiler birbirine yakın mesafede olduğunda bu problem ciddidir. Bununla birlikte, uzak bir bölgede oluĢan ara modülasyona da dikkat edilmelidir çünkü bunların, önemli arka plân gürültüsüne neden oldukları bilinmektedir.

89

Radyo Mühendisliği Notları

Bir bölgede ikiden fazla frekans varsa, o zaman mümkün ara modülasyon frekanslarının sayısı ciddi bir Ģekilde artar. Örneğin, bir bölgede a, b ve c frekanslarında yayın yapan vericiler varsa, o zaman oluĢan ara modülasyon ürünleri Ģunlardır – a + b = f1 a – b = f2 b + c = f3 b – c = f4 a + c = f5 a – c = f6 a + b + c = f7 a + b – c = f8 a – b + c = f9 a – b – c = f 10 Bu durum, frekans sayısı arttıkça potansiyel ara modülasyon frekans sayısının çok fazla arttığını gösterir. Maalesef, senaryo kötüleĢmektedir. Vericiden çıkan her bir frekans, taĢıyıcı frekansının iki, üç, dört vb. katında önemli bir harmonik üretecektir (bu özellikle FM sistemlerinde geçerlidir). Her bir ardıĢık harmonik, önceki harmonikten daha küçük olacaktır. Bu yüzden, verici, a frekansında çalıĢmaktaysa, o zaman 2a, 3a, 4a, vb.‟de harmonikler oluĢacaktır. 2a ve 3a harmonikleri oldukça büyük olabilir. Bu harmonikler, antenlerin, kabloların, binaların rezonant özelliklerinden dolayı, alıcıların ve vericilerin içindeki akortlu devrelerden dolayı ve FM‟de üretilen harmonik yan bantlardan dolayı oluĢur. Bu harmonikler hesaba katılırsa, aĢağıdaki ara modülasyon frekansları oluĢabilir: (i) 2a – b ve (ii) 3b – 2c (i) üçüncü derece ve (ii) beĢinci derece ara modülasyon frekansı olarak adlandırılır. Derece, her bir frekansa ait katsayıların toplamıdır. 90

Radyo Mühendisliği Notları

Bu ara modülasyon frekansları, aynı bölgede yer alan radyo sistemlerinde ciddi enterferansa neden olabilir. Bunlar değerlendirildiğinde, ara modülasyon enterferansına neden olabilen az sayıda temel frekansa ait çok sayıda permütasyon mevcuttur. Genel olarak, beĢinci dereceden büyük ara modülasyon frekansları düĢük seviyede oldukları için bu frekanslar etkin değildir ve genelde, radyo sistemleri, beĢinci derece dahil olmak üzere beĢinci dereceye kadar olan frekansların neden olduğu ara modülasyon gürültüsü dikkate alınarak tasarımlanmıĢtır. Bir binadaki farklı kanallarda çok sayıda duyarlı algılayıcının mevcut olduğu bölgelerde, yedinci dereceye kadar hesaplamalar gerçekleĢtirilebilir. 1 km ya da daha uzakta olan vericiler için, ara modülasyon frekansları genelde sorun oluĢturmayacak kadar küçüktür. Birinci ya da ikinci derece frekanslar istisna olabilir. Bir sistem açıklanamayan enterferans sorunları yaĢıyorsa, uzaktaki ara modülasyon frekansları kontrol edilmelidir. Bazen, eski binalar ya da direkler de ara modülasyon frekansları üretir. Bu durumda, paslı civatalar ya da tırnaklar RF diyodu (lineer olmayan cihazlar) gibi davranır ve ara modülasyon frekansları üretir. Bunlar, yakındaki alıcılar tarafından tespit edilir ve gürültü ve enterferans olarak yeniden iletilebilir. Ara modülasyon frekanslarının oluĢmasının önlenmesinde destek olması için ve bu frekansların (istenmeyen iletimler ve harmonikler) yakındaki alıcılarda ya da vericilerde enterferansa neden olmasını önlemek için birtakım cihazlar geliĢtirilmiĢtir. Bu cihazların tümü verici ile anten arasına bağlanmıĢtır. AĢağıdaki bölümlerde bu cihazlara iliĢkin ayrıntılı bilgiler ve enterferans problemlerini önlemek için nasıl kullanıldıklarına iliĢkin ayrıntılı bilgiler mevcuttur.

Sirkülatörler ve izolatörler Sirkülatörler ve izolatörler, rezonant manyetik etkilerden dolayı RF enerjisinin sadece tek bir yönde iletilmesine imkân veren ferrit bileĢenlerden yapılmıĢ cihazlardır. Sirkülatörler genelde üç ya da dört portlu cihazlardır. Bir porta iletilmekte olan RF enerjisi sadece tek bir yönde iletilecektir. ġekil 1.75‟e bakarsak, Port A‟ya giren RF enerjisi, Port B‟ye iletilecek, Port B‟ye giren enerji Port C‟ye iletilecektir, vb. Port C‟den Port B‟ye ya da Port B‟den Port A‟ya RF enerjisi iletilmeyecektir.

91

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.78 – Dört-portlu bir sirkülatör Bir portun karakteristik empedansı normalde 50 ohmdur. Bu yüzden, port doğru bir Ģekilde sonlandırılmazsa, enerji porttan geri yansıyıp sıradaki porta iletilecektir. Örneğin, Port B açık devre olarak bırakılsaydı, Port A‟ya giren enerji, Port B‟ye geçecek, oradan yansıyıp Port C‟ye girecekti. Port B‟ye 50 ohm‟luk bir sonlandırma elemanı yerleĢtirilirse, o zaman tüm enerji Port B‟de absorbe edilecek ve Port C‟ye enerji yansımayacaktır. Sirkülatörler, ileri yönde yaklaĢık 0,5 dB‟lik sinyal kaybına sahiptir. Ters yönde hareket eden sinyaller için yaklaĢık 30 dB‟lik zayıflama mevcuttur (baĢka bir deyiĢle, 30 dB‟lik izolasyon mevcuttur).

ġekil 1.79 – Vericiyi antene bağlamak için kullanılan izolatör. Üçportlu sirkülatör, izolatör olarak konfigüre edilmiştir.

92

Radyo Mühendisliği Notları

Sirkülatörler genelde diğer filtre cihazlarıyla birlikte bir vericiyi antene bağlamak için kullanılmaktadır. Bu, vericiden gelen RF enerjisinin Port A‟dan Port B‟deki antene iletilmesini sağlar. Aynı zamanda, RF enerjisinin, Port B‟deki antenden Port A‟ya iletilmesini önler. Bu, ayrıca, Port A‟daki vericide ara modülasyon frekanslarının üretilmesini önler. ġekil 1.79‟da gösterilen sirkülatör konfigürasyonu genelde izolatör olarak bilinir. Bazı durumlarda, diğer vericilerin eĢeksenli kabloları, ana vericinin direğinde paralel olarak yerleĢtirilmiĢtir. Bu kablolar, ana antenin yakınına yerleĢtirilmiĢ antenlere ait olabilir. Bu gibi kablolar ya da mobil radyolar gibi parazit kaynaklar tarafından üretilen RF enerjisi, izolatörün anten portundan 50 ohm‟luk yük portuna eĢleĢecek ve absorbe edilecektir. Bu, yukarıda belirtilen konfigürasyonda gösterilmiĢtir. Bu yüzden, istenmeyen (eĢleĢen) sinyal, vericiden izole edilmiĢtir. Bazı UHF izolatörleri ve sirkülatörleri, portlar arasına bağlanan akortlu kısa eĢeksenli kablo parçalarından yapılmıĢtır. Frekans doğru ise, önceki porttaki dalga 180 faz farkına sahiptir ve bu dalgalar birbirini yok eder.

Çok katlı kuplör ve kaviteli filtreler Çok katlı kuplörler temel olarak, vericilerden gelen istenmeyen sinyalleri elemek ve birçok vericiyi tek bir antene bağlamak için kullanılan akortlu kaviteli bant geçiren filtrelerdir (Bölüm 1.x‟e bakılmalıdır). ġekil 1.80‟de bağlantıların nasıl yapıldığı gösterilmektedir. Birçok vericiyi tek bir antene bağlamak için kullanıldıklarında, çok katlı kuplörler kombinatör olarak adlandırılır.

ġekil 1.80 – Birçok vericiyi tek bir antene bağlamak için kullanılan çok katlı kuplör 93

Radyo Mühendisliği Notları

Bu örnekte, her bir kaviteli filtre, sadece bağlı olduğu vericinin frekansı antene aktarılacak Ģekilde akort edilir. Bu Ģekilde, Verici B, Verici A‟ya ya da Verici C, Verici A‟ya, herhangi bir verici baĢka herhangi bir vericiye geri besleme sağlayamaz, böylece herhangi bir verici frekansı, diğer filtrelerin herhangi birinin bant geniĢliğinin içindeki bir frekansa denk gelmez. Bazen gürültülü RF bölgesindeki bir verici için çok yüksek Q değerine sahip bir filtre elde etmek üzere birçok kaviteli filtre seri olarak bağlanır. Bu durum, ġekil 1.81(a)‟da gösterilmiĢtir.

ġekil 1.81(a) – Çeşitli kaviteli filtrelerin seri olarak bağlanması

ġekil 1.81(b) – Seri olarak bağlanan kaviteli filtrelerin tepkileri ġekil 1.81(b)‟de, kaviteli filtrelerin seri olarak bağlandığı durumdaki farklı tepkiler gösterilmektedir. Filtre tepkileri, genelde taĢıyıcı merkez frekansının ± % 1, ± % 2 ya da ± % 3 dahilinde „belli bir miktar dB aĢağı‟ olarak belirtilecektir. Örneğin, 450 MHz‟de çalıĢan bir filtre, seri olarak üç tane kaviteli filtreye sahip olup, taĢıyıcı frekansın ± % 1‟inde, baĢka bir deyiĢle, 445,5 ve 454,5 MHz‟de 70 dB‟lik zayıflamaya sahip olabilir. Normalde, çok katlı bir kuplör ya

94

Radyo Mühendisliği Notları

da kaviteli filtre serisi, iletim yolunda 1 ilâ 3 dB arasında kayba neden olacaktır. Alıcıyı diğer vericilerden gelen parazit RF‟e karĢı korumak için de alıcıyla seri olarak kaviteli filtre serisi kullanılabilir. Bu, ayrıca, sıradaki bölümde açıklanacak olan bir dublekser vasıtasıyla da gerçekleĢtirilebilir. Alıcıya yakın çok sayıda vericinin olduğu bölgelerde, alıcıda ara modülasyon problemlerinin ve ciddi enterferansın oluĢmasını önlemek için, ilâve bir kaviteli filtre serisinin kullanılması gereklidir. Vericiler, alıcıların yakınına yerleĢtirilmiĢ olduğunda meydana gelen iki fenomen duyarlılığın bozulması ve bloklamadır, bu fenomenler, ilâve kaviteli filtreler kullanılarak önlenebilir (Bölüm 1.xxi‟de açıklanmıĢtır). Çok katlı kuplörleri ya da kaviteli filtreleri satın almadan önce, ara modülasyon frekansları üzerinde dikkatli ve tam bir kontrol yapılmalı ve takılacak olan filtreleme cihazlarının bu ara modülasyon frekanslarını ortadan kaldırıp kaldırmadığı kontrol edilmelidir. Birçok vericinin mevcut olduğu bölgelerde, frekans açısından birbirine yakın olanları tek bir antende gruplandırın. Bunu yapmak, maliyeti düĢürecektir. Ġlâve olarak, çok katlı bir kuplördeki her bir kaviteli filtreye iliĢkin kanal ayrımı, 400 – 520 MHz bandı için en az 300 kHz ve 800 – 950 MHz bandı için en az 500 kHz olmalıdır. Unutmayın ki, çok katlı kuplörler pahalıdır ve sistemin baĢlangıçta doğru bir Ģekilde tasarımlanması en iyisidir.

Dublekser Dublekser, bir vericinin ve bir alıcının tek bir antene bağlanmasına ve ikisinin de bir diğerinin performansını etkilemeden eĢ zamanlı olarak çalıĢmasına imkân veren bir cihazdır. Halihazırda piyasada birtakım dublekserler mevcuttur. En basit metot, alıcıya gelen verici frekansını geçirmeyen ve absorbe eden, bant geçirmeyen bir filtrenin alıcıya seri olarak bağlanmasıdır.

95

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.82(a) – Bant geçirmeyen filtre kullanan dublekser konfigürasyonu

ġekil 1.82(b) – Bant geçirmeyen bir dublekserin kullanıldığı durumda alıcı girişindeki frekans tepkisi ġekil 1.82‟de, bu dublekserin nasıl konfigüre edildiği ve alıcı giriĢindeki tepki gösterilmektedir. Bu konfigürasyonun ana dezavantajı, alıcı frekansındaki ya da alıcı frekansına yakın frekanslardaki vericiden ya da diğer kaynaklardan gelen istenmeyen frekansları ya da ara modülasyon frekanslarını geçirmesidir. Biraz daha geliĢmiĢ bir dublekser konfigürasyonu, iki tane bant geçirmeyen filtre kullanan konfigürasyondur. Filtrelerden bir tanesi, daha önceki durumda olduğu gibi alıcıya seri olarak ve diğeri vericiye seri olarak bağlanır, vericiye seri bağlanan filtre, alıcı frekansını geçirmeyecek Ģekilde ayarlanır. Böylece verici tarafından 96

Radyo Mühendisliği Notları

üretilen ve alıcı frekansına yakın olan istenmeyen frekanslar ya da ara modülasyon frekansları absorbe edilecek ve alıcıya iletilmeyecektir. Bu durum, ġekil 1.83‟de gösterilmiĢtir.

ġekil 1.83 – İki tane bant geçirmeyen filtre kullanan dublekser konfigürasyonu Genel olarak, bant geçirmeyen dublekserler, bant geçiren dublekserlerden daha ucuzdur ve kurulumu daha kolaydır (birazdan açıklanacaktır). Bununla birlikte, sadece belli frekansları tercihe bağlı olarak filtreledikleri için, bu bantların dıĢındaki diğer tüm gürültü ya da enterferans frekansları havaya yayılacak ya da alıcı tarafından alınacak ve bu da enterferans ya da ara modülasyon problemlerine neden olacaktır. BaĢka vericilerin ya da potansiyel RF gürültü kaynaklarının bulunduğu bölgelerde, genelde bant geçiren filtreler kullanılır. En yaygın bant geçiren dublekser tipi, ayrı filtrelerin verici ve alıcı ile seri bağlandığı dublekser tipidir. Verici filtresi, verici frekansına ayarlanır, böylece sadece verici frekansındaki sinyaller vericiye girebilir ya da vericiden çıkabilir, alıcı filtresi, alıcı frekansına ayarlanır, böylece sadece alıcı frekansındaki sinyaller, alıcıya girebilir ya da alıcıdan çıkabilir. Bu durum, ġekil 1.84‟de gösterilmiĢtir.

97

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.84 – Bant geçiren filtreleri kullanan dublekser Sadece alıcı tarafta filtreye sahip bir dublekser konfigürasyonu da mümkündür. Bu, tavsiye edilen bir konfigürasyon değildir çünkü vericide halâ ciddi seviyede ara modülasyon oluĢabilir. Genel olarak, dublekserler, her bir tarafta iki ya da üç tane seri kaviteli filtreye sahiptir. Tipine ve kalitesine bağlı olarak dublekser karakteristikleri büyük ölçüde değiĢir. Bazı tipik parametreler Ģunlardır: 170 ya da 450 MHz bantları için radyonun verici tarafında ve alıcı tarafında üç tane kaviteli filtre bulunduğunda:   

TX-RX izolasyonu 60 – 70 dB‟dir. TX araya girme kaybı (insert kaybı) 2 dB‟dir. RX araya girme kaybı 2 dB‟dir.

Ġmalâtçılar, dublekserlerinin, alıcı ile verici arasında minimum frekans ayrımına sahip olduğunu beyan edecektir (örneğin, 450 MHz‟de 4,5 MHz). Cihaz, tavsiye edilenden daha küçük bir frekans ayrımında çalıĢtırılırsa, o zaman alıcı ile verici arasında yeterli izolasyon sağlanamayacaktır, bu da enterferansa ve ara modülasyona, verici ve alıcı frekanslarının araya girme kaybının büyük olmasına neden olabilir. Ayrıca, doğru güç idare özelliğine sahip kaviteli bir filtrenin seçilmesi de önemlidir. Kaviteli filtre beyan değerlerin altında çalıĢtırılırsa, aĢırı ısınacak ve ayarı bozulacaktır.

Dağıtıcılar Dağıtıcı, belli sayıda alıcının tek bir antene bağlanmasını sağlamak için kullanılan basit bir cihazdır. Dağıtıcılar, normalde her bir portu aynı karakteristik empedansa (normalde empedans 50 ohm‟dur) 98

Radyo Mühendisliği Notları

sahip olacak Ģekilde tasarımlanmıĢ basit bir direnç devresinden oluĢur.

ġekil 1.85 – Birçok alıcıyı tek bir antene bağlamak için kullanılan dağıtıcı Paralel dağıtıcı devrelerinin kullanılmasının temel dezavantajı, antenden gelen gücün alıcı port sayısına bölünmesidir. ġekil 1.85‟de gösterilen durumda, her bir portta antenden gelen gücün sadece dörtte biri mevcuttur, baĢka bir deyiĢle, alınan sinyalde 6 dB‟lik bir azalma meydana gelir.

Alıcı ön-yükselteçleri

ġekil 1.86 – Birçok alıcıyı tek bir antene bağlamak için kullanılan alıcı ön- yükselteci 99

Radyo Mühendisliği Notları

Alıcı ön-yükselteci, anten giriĢine bağlanan düĢük-gürültülü RF geniĢ-bant yükseltecine sahip bir dağıtıcıdır. Bu, antenden alınan RF giriĢ sinyalini güçlendirir ve dağıtıcı çevresinde oluĢan kayıpları ortadan kaldırır. Tipik bir alıcı ön-yükselteci, sinyali alıcılara paylaĢtırmadan önce 2 ilâ 4 dB‟lik kazanç sağlayacaktır. Ön-yükselteç, ayrıca düĢük miktarda ilâve gürültüye neden olacaktır.

Tipik konfigürasyon ġekil 1.87‟de, büyük bir radyo tesisatı için tipik bir örnek olan bir filtreleme sistemi gösterilmektedir. Ġmalâtçılar, cihazları için izin verilen maksimum verici gücünü beyan edecektir. Bir sistem tasarımlanırken ve yerleĢtirilirken, bu güç sınır değeri aĢılmamalıdır, aksi halde izolatörler ve çok katlı kuplörler zarar görebilir.

ġekil 1.87 – Büyük bir radyo sistemi için tipik cihaz konfigürasyonu

100

Radyo Mühendisliği Notları

Ara modülasyon problemlerinin ortadan kaldırılmasının yanı sıra, yukarıda açıklanan filtre cihazı, aĢağıdaki gibi farklı nedenler için de kullanılır:   

Antenlerin ve besleyicilerin maliyetinin en aza indirilmesi Bir bölgeden çalıĢan tüm kullanıcılar için anten yüksekliğinin optimize edilmesi Bir direk üzerinde çok yakın duran çok sayıdaki antenden kaynaklanan anten yayılma örüntü bozulumunun en düĢük seviyeye indirilmesi

xvi. Bir Radyo Linkinin Tatbik Edilmesi Bir radyo linkinin yeterli biçimde çalıĢması isteniyorsa, radyo linki tasarımlanırken ve yerleĢtirilirken önemli bir metodoloji kullanılmalıdır. Bu metodoloji doğru düzgün takip edilirse, oldukça kolay bir biçimde uygulanabilir ve baĢarılı bir radyo haberleĢmesi sağlanabilir.

Yol profili BaĢarılı bir radyo linkinin kurulmasına iliĢkin ilk Ģart, bir radyo yol profilinin oluĢturulmasıdır. Yol profili, temelde radyo yayılma yoluna iliĢkin yeryüzü kesit çizimidir ve bu çizim, tüm arazi varyasyonlarını, engelleri, arazi tipini (su, kara, ağaçlar, binalar, vb.) ve antenlerin monte edildiği direkleri gösterir. Bir veya iki kilometreden daha kısa mesafeler için, yol profili gerekli değildir çünkü RTU, ana bölgeden oldukça açık bir Ģekilde görülebilir (ancak tasarım metodunda açıklanmıĢ olan diğer tüm hesaplamalar ve seçimler gerçekleĢtirilmelidir).

101

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.88 – Tipik yol profili ġekil 1.88‟de tipik bir yol profili gösterilmektedir. Bu süreçteki ilk adım, bölgenin düzey/yükselti haritasını elde etmektir. GeliĢmiĢ ülkelerdeki çoğu bölgede ve geliĢmekte olan ülkelerdeki birçok bölgede, bu arazi haritaları, kara yönetimini denetleyen hükümet kurumlarından ve gerekli incelemeleri gerçekleĢtiren ve bunları yayınlayan özel firmalardan elde edilebilir. Haritanın en az 20 m‟lik düzey çizgilerine sahip olması tavsiye edilir. 2 m, 5 m ya da 10 m tercih edilen değerlerdir. RTU‟yu ve ana bölge konumlarını harita üzerine yerleĢtirin ve iki konum arasına kalem kullanarak cetvelle bir çizgi çizin. Daha sonra ana bölgenin 0 km uzaklıkta olduğunu varsayarak, çizgiyi takip edin, kilometre iĢaretlerini ve bir düzey çizgisi ile karĢılaĢılınca, o noktayı ve o noktadaki düzey yüksekliğini kaydedin. Dünyanın yüzeyi tabi ki düz değil kavislidir. Bu yüzden, haritadan elde edilen noktaların doğrudan çizilmesi, yolu doğru bir Ģekilde göstermeyecektir. AĢağıdaki formül, gerçek bir yeryüzü profil çizimi elde etmek için haritadan elde edilen her bir noktaya uygulanabilecek yükseklik düzeltme faktörünü verir. h

d1 x d 2 12,75 K

Burada, h = Düzey yüksekliğine eklenen yükseklik düzeltme faktörü (metre cinsinden) d1 = Bir düzey noktası ile yolun bir ucu arasındaki uzaklık (km cinsinden) d2 = Aynı düzey noktası ile yolun diğer ucu arasındaki uzaklık (km cinsinden) K = EĢ değer yeryüzü yarıçap faktörü EĢ değer yeryüzü yarıçap faktörü, K, radyo dalgasının yeryüzü üzerindeki eğilme miktarını (atmosferik kırılmadan kaynaklanır) hesaba katmak için gereklidir. Eğilme miktarı, değiĢen atmosfer Ģartlarına göre değiĢir ve bu yüzden, K değeri de bunu hesaba katacak Ģekilde değiĢir. K faktörü, Bölüm 2.xiv‟de ayrıntılı bir biçimde açıklanmaktadır. 1 GHz‟in altındaki radyo haberleĢmesi için, zamanın % 90‟ından fazlasında K‟nın 4/3‟e eĢit olacağının varsayılması yeterlidir. 102

Radyo Mühendisliği Notları

DeğiĢen bir K değerinin sinyal zayıflamasını artıracağı periyotları hesaba katmak için, iyi bir sönümleme sınırı/marjı hesaba katılmalıdır (Bölüm 1.xvi‟e bakılmalıdır). K faktörü, radyo yolunun her zaman düz bir çizgide çizilmesine imkân verir ve eğilen radyo dalgasını hesaba katmak için yeryüzünün düzey yüksekliğini ayarlar. Yükseklik bir kere hesaplandıktan ve düzey yüksekliğine eklendikten sonra, yol profili çizilebilir. Çizimden, yolda herhangi bir doğrudan engel olup olmadığı Ģimdi görülebilir. Kural olarak, yolun tüm engellerin üstünde iyi bir açıklığa sahip olması gereklidir. Radyo yolunun etrafında, radyo yoluna ait bir açıklık olarak tutulan koni Ģeklinde bir bölge vardır. Bu bölge, Fresnel KuĢağı olarak bilinir.

ġekil 1.89 – Fresnel kuşak açıklığı Fresnel kuĢak açıklığı, radyo yolunun öngörülmesinden çok mikrodalga yolunun öngörülmesi ile ilgilidir ve Bölüm 2.xiv‟te ayrıntılı olarak açıklanacaktır. Gerekli Fresnel kuĢak açıklığına iliĢkin formül Ģudur: F  0,55

d1 d 2 12,75 K

Burada F = Metre cinsinden Fresnel kuşak açıklığı (koninin yarıçapı) d1 = Düzey noktası ile yolun bir ucu arasındaki uzaklık (km cinsinden) d2 = Düzey noktası ile yolun diğer ucu arasındaki uzaklık (km cinsinden) D = Yolun toplam uzunluğu (km cinsinden)  = MHz cinsinden frekans 103

Radyo Mühendisliği Notları

Çizimden radyo yolunun bir engele tehlikeli bir Ģekilde yaklaĢmakta olduğu görülürse, o zaman yeterli açıklığın mevcut olup olmadığını kontrol etmek için Fresnel kuĢak hesaplamasının gerçekleĢtirilmesi çok iyi olur. Normalde Fresnel kuĢak yarıçapının 0,6 katına eĢit bir açıklık sağlanacak Ģekilde direk yükseklikleri seçilir. Bu 0,6 değerinin seçilmesinin nedeni, ilk olarak yeterli radyo yol açıklığını sağlaması ve ikinci olarak yansımalardan kaynaklanan giderimi (iptali) önlemede yardımcı olmasıdır. 0,6 F‟in altındaki değerlerde, görüĢ çizgisi sinyalinde zayıflama meydana gelir. 0,6 F‟te, görüĢ çizgisi sinyalinde zayıflama meydana gelmez ve bu yüzden, daha yüksek direkler için daha çok para harcamakla elde edilecek bir kazanç yoktur. Değerlendirilmesi gereken baĢka bir nokta, 1 GHz‟in altındaki frekansların iyi kırınım özelliklerine sahip olmasıdır. Frekans ne kadar küçükse, o kadar çok kırınım meydana gelir. Bu yüzden, çok uzun yollar için, linkin belli bir miktar engelleme ile çalıĢabilmesi mümkündür. Kırınımın neden olduğu zayıflama miktarının hesaplanması ve böylece bunun radyo linkinin elveriĢliliğinin üzerindeki etkisinin (baĢka bir deyiĢle, sönümleme sınırı) belirlenmesi önemlidir. ġekil 1.87‟deki örnekte, radyo yolunu engelleyen bir tepe gösterilmektedir. Bu yüzden, bu tepede kırınımdan kaynaklanan zayıflamayı belirlemek için bir hesaplama yapılması gereklidir. Linkin halâ yeterli bir Ģekilde çalıĢıp çalıĢmadığını belirlemek için bu zayıflama değeri, toplam yol kaybına eklenecektir. Mobil radyolar (hareket eden RTU‟lar) tamamen farklı kriterler ve formüller kullanmaktadır. Telemetri linklerinin büyük çoğunluğu sabittir ve mobil radyonun analizi bu kitabın kapsamı dıĢındadır.

RF yol kaybı hesaplamaları Sonraki adım, verici antenden alıcı antene giden RF sinyalinin toplam zayıflamasını hesaplamaktır. Bu, aĢağıdakileri kapsar:    

Serbest uzay zayıflaması Kırınım kayıpları Yağmurun neden olduğu zayıflama Yansıma kayıpları

104

Radyo Mühendisliği Notları

Serbest uzay zayıflaması, Bölüm 1.iv‟te verilen formül kullanılarak hesaplanır. Yağmurun neden olduğu zayıflama, 1 GHz‟in altındaki frekanslarda ihmal edilebilir değerdedir. Yansıma kayıplarının belirlenmesi zordur. Ġlk olarak, yansıyan sinyalin gücü, yansıdığı yüzeye (örneğin, su, kaya, kum gibi) bağlıdır. Ġkinci olarak, yansıyan sinyal, aynı fazda, farklı fazda ya da aradaki bir faz açısında hedefe varabilir. Bu yüzden yansıyan dalgalar tamamen çok kötü bir sonuca da neden olabilir, sinyali iyileĢtirebilir. Ġyi bir tasarım her zaman en kötü durumu varsaymalıdır, en kötü sonucu hesaba katmalıdır. Bu yüzden, bir link tasarımlanırken, yansımaların olup olmadığı kontrol edilmeli ve varsa problemi ortadan kaldırmak için gerekli önlemler alınmalıdır. Bu, antenler ya da direkler farklı yerlere taĢınarak ya da yansıma yoluna yansımayı absorbe edecek bir bariyer konarak gerçekleĢtirilebilir. Örneğin, anteni bir tepenin, evin, ilan panosunun, vb. arkasına yerleĢtirin.

ġekil 1.90 – Bariyerler kullanılarak potansiyel yansımaların ortadan kaldırılması Böylece, toplam RF kaybı, (a) + (b)‟dir. ġekil 1.91‟e bakılarak, toplam kayıp Ģu Ģekilde hesaplanır: (a)

A = 32,5 + 20 Log10F + 20 Log10D = Serbest uzay kaybı = 32,5 + 53,1 + 24,6 = 110,2 dB

(b) Kırınım kaybı = 23 dB (a) + (b) = 133,2 dB

105

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.91 – Örnek link

Verici gücü/alıcı duyarlılığı Sıradaki adım, vericiler tarafından sağlanan kazancı belirlemektir. Bir link-konfigürasyonunda bir verici, diğerinden daha az güçle çalıĢırsa, en az güce sahip vericinin yönü dikkate alınmalıdır. Bu yüzden, ACA düzenlemesi, RTU‟ların antene en fazla 1 watt iletmesine izin verirken, ana istasyonların antene 5 watt (bazen daha da fazlasını) iletmesine izin verdiği için, RTU‟dan ana istasyona olan yolun yönü dikkate alınmalıdır. Ġletim gücü, dBm cinsinden ifade edilmelidir. Bir RTU için, bu, aĢağıdaki sonucu verir: Güç = 10 log (1/10-3) dBm Güç = + 30 dBm Sonraki adım, alıcının ön ucunu açacak (baĢka bir deyiĢle, alıcıyı faal hale getirecek) minimum RF seviyesini belirlemektir. Bu RF seviyesi, alıcı eĢik değeri duyarlılık seviyesi ya da gürültü kesme seviyesi olarak bilinir. Bu değer, imalâtçının veri föylerinden elde edilebilir. 450 MHz‟de çalıĢan bir radyo için, bu değer yaklaĢık olarak – 123 dBm‟dir. Bu seviyede, sinyal, gürültü-seviyesinin sadece biraz üzerindedir ve çok anlamlı değildir. Bu yüzden, genel bir kural olarak, alıcı duyarlılık seviyesi için bundan biraz daha iyi bir değer kullanılır. RF sinyali en düĢük değerinde olup halâ anlamlı iken fiili bir standart (de_fakto standart) kullanılır. Bu seviye, 12 dB SINAD seviyesi olarak bilinir. Bu, sıradaki bölümde açıklanmaktadır. 106

Radyo Mühendisliği Notları

Yine, bu değer imalâtçının veri föylerinden elde edilebilir. Tipik 450 MHz‟lik bir radyo için, bu seviye yaklaĢık olarak – 117 dBm‟dir. Bu değerler kullanılarak, ġekil 1.91‟deki örnek linke iliĢkin link performansını belirlemek için basit bir hesaplama gerçekleĢtirilebilir. TxGücü = RTU’daki iletim gücü = + 30 dBm Kayıp = RF yol zayıflaması = 133,2 dB RxDuy = 12 db SINAD için alıcı duyarlılığı = –117 dB TxGücü – Kayıp = Alıcıdaki güç = + 30 – 133,2 = – 103,2 dBM Alıcı –117 dBm‟e kadar olan bir RF sinyalini alabileceği için, RF sinyali, alıcı tarafından alınacaktır. Bu durumda, fazladan 13,8 dBm‟lik RF gücü mevcuttur.

Sinyal gürültü oranı ve SINAD Gürültünün bir radyo sisteminin performansı üzerindeki etkisinin ölçülmesine iliĢkin en yaygın olarak kullanılan ölçüt, sinyal gürültü oranıdır (SNR). Bu, bir devrede seçilen bir noktadaki sinyal güç seviyesinin gürültü gücünün seviyesiyle karĢılaĢtırılmasının bir ölçüsüdür. Gerçekte, sinyal ile gürültünün toplamının gürültüye oranıdır.

SNR = (Psinyal + Pgürültü)/Pgürültü SNR, genelde dB cinsinden ifade edilir. Bu yüzden: SNR = 10 log10 [(Psinyal + Pgürültü)/Pgürültü] Bu ölçümün radyo alıcısında gerçekleĢtirilmesi çok önemlidir. Antendeki alma sinyali arttıkça, alıcının ses çıkıĢındaki gürültü seviyesi etkin olarak azalır. Bu yüzden, alıcının ön ucunda düĢük seviyede RF giriĢi olduğunda, alıcı ses çıkıĢındaki SNR‟ın ölçülmesi, alıcının performansının değerlendirilmesinde önemli bir ölçüttür. RF giriĢ sinyali en düĢük seviyesinde olduğunda, ses çıkıĢındaki gürültü en yüksek seviyeye çıkacaktır. BaĢka bir deyiĢle, RF giriĢ

107

Radyo Mühendisliği Notları

sinyali alıcıyı faal hale getirebildiği en düĢük seviyesinde olduğunda, ses çıkıĢındaki gürültü en yüksek seviyeye çıkacaktır. Bu noktada, SNR, 3 ilâ 6 dB arasında olacaktır. Ses çıkıĢındaki 12 dB‟lik SNR için alıcı giriĢ sinyal seviyesini ölçen ve fiili (defakto) standart olarak geliĢtirilmiĢ olan bir ölçüt mevcuttur. Bu, genelde 12 dB SINAD seviyesi (sinyal gürültü oranı ve bozulum) olarak adlandırılır. Ölçüm, SINAD metre olarak adlandırılan bir cihazla gerçekleĢtirilir. SINAD ölçümü, 1 kHz‟lik giriĢ ses sinyaliyle modüle edilmiĢ bir RF sinyali, alıcının giriĢine beslenerek gerçekleĢtirilir. 1 kHz‟lik sinyal, ses çıkıĢında istenmeyen bozulum ve harmonikler üretecektir. Alıcı ses çıkıĢına bir SINAD metre yerleĢtirilir. SINAD metre, 1 kHz‟lik sinyalin güç seviyesini ve ilâve olarak gürültü ve bozulumu ölçer. Daha sonra 1 kHz‟lik sinyali filtreler ve 1 kHz‟lik sinyal olmaksızın gürültü-gücünün geniĢ bant seviyesini ölçer. Daha sonra iki ölçümü böler ve dB cinsinden SNR‟ı verir. Ses çıkıĢındaki SNR 12 dB olana kadar, alıcı RF giriĢ seviyesi yavaĢça artırılır. Daha sonra RF giriĢ seviyesi kaydedilir ve bu, 12 dB SINAD seviyesi olarak adlandırılır. Bazı imalâtçılar bu değeri, 12 dB SINAD‟daki duyarlılık olarak ve bazıları sadece „duyarlılık‟ olarak adlandırır. Ġkinci tanım çok yanıltıcı olabilir ve bu konuda dikkatli olunmalıdır. SINAD‟ın ölçülmesi için kullanılan cihaz konfigürasyonu, ġekil 1.92‟de gösterilmektedir.

ġekil 1.92 – SINAD’ın ölçülmesine ilişkin cihaz konfigürasyonu VHF ve UHF bantlarında çalıĢan modern radyoların bazı tipik 12 dB SINAD duyarlılık değerleri, 0,25 V ilâ 0,35 V arasındadır. 108

Radyo Mühendisliği Notları

Alıcının faal hale gelme duyarlılığı, normalde 0,18 V ilâ 0,2 V arasındadır (BaĢka bir deyiĢle, gürültü kesme seviyesi). Alıcı performansının belirlenmesi için kullanılan baĢka bir ölçüm, ‟20 dB sessizleĢtirme‟ ölçümüdür. Bu metot, 12 dB SINAD metodu kadar sık kullanılmamaktadır. Burada, alıcı gürültü kesme seviyesi, alıcıyı faal hale getiren minimum seviyeye ayarlanır. Hoparlöre bir seviye ölçer bağlanır ve gürültü seviyesi ölçülür. Ses kontrol seviyesi, uygun bir seviyeye (0 dBm) ayarlanır. Daha sonra alıcı giriĢine bir sinyal üreteci bağlanır ve modüle edilmemiĢ bir RF sinyali alıcıya gönderilir ve ses çıkıĢındaki gürültü seviyesi 20 dB düĢene kadar sinyal yavaĢça artırılır. Bu metodun dezavantajı, sadece alıcının, modüle edilmemiĢ bir RF taĢıyıcı sinyalini alma özelliğini ölçmesidir. Tasarımın kötü olması, bileĢenlerin eskimesi ya da hizalamanın düzgün olmaması, taĢıyıcı sinyalini mükemmel bir Ģekilde alan ancak modülasyonlu sinyalleri alma kalitesi düĢük olan bir devre tepkisine neden olabilir.

Sönümleme sınırı Radyo haberleĢmesi istatistiksel bir yapıya sahiptir ve bu yüzden nasıl çalıĢacağının % 100 öngörülmesi mümkün değildir. Örneğin, yansımaların, çok yollu iletimin, oluklamanın ve RF enterferansının kötüleĢtirici etkilerinden dolayı, kısa ya da uzun zaman periyotları boyunca bir link 15 dB‟ye kadar sinyal kaybı ya da sinyal kazancına sahip olabilir. Radyo haberleĢmesi öngörülemediği için, linkin kötüleĢmesine iliĢkin bir emniyet aralığının (güvenlik marjı) mevcut olması önemlidir. Bu emniyet aralığı (ya da fazlalık RF gücü) genelde sönümleme sınırı olarak bilinir. Linklerin çoğunluğunun yaklaĢık 30 dB‟lik sönümleme sınırına sahip olacak Ģekilde tasarımlanması gerektiği tavsiye edilir. Buna göre, RF sinyal seviyesinde 30 dB‟lik bir düĢüĢ mevcutsa, o zaman alıcı giriĢindeki RF sinyali, 12 dB SINAD duyarlılığının altına düĢecektir. Bu yüzden, Bölüm 1.xvi‟daki örnekte, sönümleme sınırı yeterli değildir. Yüksek kazançlı antenler kullanılarak bunun üstesinden gelinmelidir. Örneğin, RTU‟da kazancı 13 dB olan bir Yagi anten ve ana bölgede kazancı 6 dB olan tüm-yönlü bir anten kullanırsak, sinyalimizi 19 dB güçlendirmiĢ oluruz. Bu yüzden, örnekteki toplam sönümleme sınırı:

109

Radyo Mühendisliği Notları

13,8 + 19 = 32,8 dB Son olarak, kablolar, bağlayıcılar, çok katlı kuplörler, vb. nedeniyle oluĢan diğer kayıpları hesaba katmalıyız. Bu örnekte, her iki uçta 3 dB/100 m‟lik kaybı olan 20 m‟lik bir kabloya sahipsek, her bir uçtaki toplam bağlayıcı kayıpları 0,5 dB ise ve ana bölgede 3 dB‟lik çok katlı kuplör kaybı varsa, o zaman: İlâve kayıplar = Kablolar : 2 (0,2 x 3 dB) = 1,2 dB Bağlayıcılar : 2 x 0,5 dB = 1 dB Çok katlı kuplör = 3 dB Toplam ilâve kayıplar = 3 + 1 + 1,2 = 5,2 dB Bu yüzden, linkin sönümleme sınırı: 32,8 – 5,2 = 27,6 dB‟dir.

Hesaplama özeti AĢağıdaki denklem, sönümleme sınırının hesaplanmasına iliĢkin Ģartların özetidir: Sönümleme sınırı = – (serbest uzay zayıflaması) – (kırınım kayıpları) + (verici gücü) + (alıcı duyarlılığı) + (ana bölgedeki anten kazancı) + (RTU’daki anten kazancı) – (ana bölgedeki kablo ve bağlayıcı kaybı) – (RTU’daki kablo ve bağlayıcı kaybı) – (çok katlı kuplör filtresi ya da dublekser kaybı) + (alıcı ön-yükselteç kazancı).

ÇeĢitli değerlendirmeler Bir radyo linki uygulanırken, baĢka önemli hususlar da vardır. Bunlardan bazıları Ģunlardır: a) Herhangi bir cihazı satın almadan ve tüm parametrelerin gereksinimlerinizi karĢıladığından emin olmadan önce radyo imalâtçılarından veri föylerinin alınması önemlidir.

110

Radyo Mühendisliği Notları

b) Bir radyoya ait ses frekans çıkıĢı ve giriĢi, normalde dengeli 600 ohm‟luk bir bağlantıdır. Sağlanan cihaza bağlı olarak, – 30 dBm ilâ + 15 dB arasındaki seviyeleri alacak ve – 15 dBm ilâ + 15 dBm arasında çıkıĢ seviyeleri üretecektir. Bunlar normalde dahili olarak ayarlanabilir. c) Birçok radyo + 12 volt dc‟de çalıĢır (ya da batarya kullanılması durumunda 13,8 volt). RF çıkıĢ güç seviyesine bağlı olarak, akım harcaması, 1 watt‟lık çıkıĢ için 1 amp‟ten 50 watt‟lık çıkıĢ için 10 amp‟e kadar değiĢebilir. Güç kaynakları ve bataryalar büyüklüklerine göre ayrılırken, bu durum hesaba katılmalıdır. d) Doğru mekanik montaj ve raf boĢluğunun sağlanabilmesi için, radyo cihazının büyüklüğü ve ağırlığı kaydedilmelidir. Çok katlı kuplörler ve dublekserler çok büyük hacimli olabilir ve bu cihazların, radyo cihazı raflarının dıĢındaki duvarlara ya da ayrı raflara monte edilmeleri gerekebilir. Ara modülasyonu en düĢük seviyeye indirmek için, çok katlı kuplörler ve filtreler, vericiye ve alıcıya mümkün olduğunca yakın olmalıdır. e) Ġmalâtçılardan „arızalar arasındaki ortalama süre‟ (MTBF) değerlerinin alınması faydalıdır çünkü radyo, düzenli olarak ulaĢılması zor olan uzak bir bölgeye yerleĢtirilecekse, radyonun güvenilir olması önemlidir. f) Telemetri haberleĢme protokolü, radyonun, düzenli aralıklarla açılıp kapanmasını gerektiriyorsa, sıra RF devresinde rölelerin kullanılmaması en iyisidir. Ayrık transistörlü RF anahtarlama tercih edilir.

xvii. Radyo Cihazı Tipleri ve Markaları Tipler Telemetri sistemlerinin tatbik edilmesi için kullanılan dört (ana) radyo cihazı sınıfı mevcuttur. Baz istasyonu radyoları Bu, temel olarak ana istasyonlarda kullanılması amaçlanan yüksek kaliteli bir radyodur. Bu tip radyolar, genelde daha uzun periyotlar boyunca RF gücü sağlayacak Ģekilde tasarımlanmaktadır. Bu radyolar, çok kararlı osilatörlere, düĢük gürültülü alıcılara sahip olup, daha yüksek güvenilirlik ve daha az enterferans sağlayacak Ģekilde tasarımlanmıĢtır ve ayrıca baĢka çeĢitli özelliklere, olanaklara ve seçeneklere sahiptir. Örneğin, uzaktan arıza teĢhis olanaklarına sahiptirler, böylece radyonun durumu, uzak ve merkezi 111

Radyo Mühendisliği Notları

bir bölgeden belirlenebilir. Ayrıca duplikasyon seçeneklerine de sahiptirler. Mobil radyolar Bu, araçlara takılan ve mobil haberleĢme için kullanılan radyodur. Bunların RTU‟da radyo kaynağı olarak kullanılmaları (biraz modifiye edilmiĢ bir konfigürasyonda) oldukça yaygın bir durumdur. Bu radyolar, simpleks ya da yarı dubleks modda kullanılmakta ise, o zaman minimum seviyede modifikasyon gereklidir. Tam dubleks modda kullanılacaklarsa, o zaman bir dublekser eklenmelidir. Küçük ve basit oldukları için, mobil radyolar yapısal olarak baz istasyonları kadar güvenilir değildir, ayrıca performans özellikleri de o kadar iyi değildir. RTU radyosu, ana bölge radyosu kadar hayati öneme sahip olmadığı için (RTU radyosu arızalansa bile, sistem çalıĢmaya devam edecektir ancak ana istasyon arızalanırsa, sistem çalıĢamaz) mobil radyo yeterli olacaktır. Mobil/baz radyo Bu radyo tipi, mobil radyo ile baz istasyonu radyosu arasındaki bir tiptir. Bu radyolar, normalde mobil radyonun RF kısmının, baz istasyon radyosunun kontrol elektroniğine yerleĢtirilmiĢ halidir. Bu tip radyoların reklamında, genelde „daha ucuza baz istasyonu radyosu‟ ifadesi kullanılır. RTU‟da, mobil radyodan daha yüksek performansa sahip ve daha güvenilir bir radyo gerekli olursa, o zaman bu radyolar iyi bir seçenek olabilir. Radyo modemleri Bir radyo linki üzerinden sayısal veri iletmenin yaygın bir metodu, radyo modem kullanmaktır. Bu, her ikisi de spesifik olarak telemetri uygulamaları için tasarlanmıĢ bir radyo ve modemin aynı kutuya konmuĢ halidir. Bu tip radyolar, temel olarak veri taĢımak için tasarlanmıĢtır (genel olarak ses taĢımazlar). Normalde iyi performans özelliklerine ve kararlılığa sahip olup yüksek kalitelidirler. 400 ilâ 520 MHz bandında 4800 ve 9600 bps veri hızları, 860 ilâ 950 MHz bandında 9600 ve 19200 bps veri hızları sağlarlar. Radyo modemde, modem halihazırda cihazın içinde yer aldığı için, sistem implementasyonu önemli ölçüde kolaylaĢmıĢ olur. Ancak bu yüzden fiyatı daha yüksektir ve bazı markalar çok pahalı olabilir.

112

Radyo Mühendisliği Notları

Bu birimlerin baĢka bir avantajı da Ģudur: Özellikle radyo üzerinden veri taĢımak için tasarımlanmıĢ olmalarından dolayı, normal mobil ya da baz istasyonu radyolarından daha yüksek veri hızları taĢıyabilirler. Bu birimlerin ille de sayısal olarak modüle edilmiĢ radyo birimleri olması gerekmez, sayısal sinyal analog radyoya uygulanır ya da bazı durumlarda, sayısal sinyal, bir ses sinyaline dönüĢtürülür ve daha sonra analog radyoya uygulanır. Bu birimler normalde çok sağlam ve güvenilir birimlerdir, birçok endüstriyel telemetri uygulamaları için yeterli olandan bile daha çok performansa sahiptirler. Bazı birimler, alınan verinin % 100 doğru olmasını sağlamak için havadan yapılan haberleĢmeye iliĢkin çok geliĢmiĢ protokoller kullanır. Tamamen sayısal olarak modüle edilmiĢ radyo, bu bölümün sonunda ve 2. Bölüm‟de „Mikrodalga radyo‟ baĢlığı altında ayrıntılı bir biçimde açıklanmaktadır. Yaygın spektrumlu radyo Yaygın spektrum tipi radyo haberleĢmesi, verinin sözde-rasgele bir biçimde geniĢ bir bant geniĢliğinde iletildiği haberleĢme tipidir. Verici, sadece kullanıcıların çözebildiği bir kodla programlanmıĢtır. Bu kod, kısa ve ani veri darbeleri kullanılarak geniĢ bir bant geniĢliğinde seçimli olarak veri iletmek için kullanılır. Örneğin, vericinin iletim yaptığı bant geniĢliği 20 MHz geniĢliğinde olup ani veri darbeleri 20 kHz geniĢliğinde ve 200 m/saniye uzunluğunda olabilir. Banttaki bu sözde-rasgele ani veri darbeleri, herhangi bir gözlemci tarafından sadece gürültü olarak algılanabilir. Kullanıcı, alıcıyı da verici ile aynı rasgele kodla programlar, böylece verici dar bir 20 kHz bandında iletim yaparken, alıcı, aynı anda bu bandı dinliyor olacaktır. Etkin olarak iki tip yaygın spektrumlu radyo vardır. Ġlk teknik „frekans atlamalı yaygın spektrum‟ olarak bilinir. Bu teknik, yukarıda açıklandığı gibi çalıĢmaktadır. Tahsis edilen bant geniĢliği, belli sayıda segmana ayrılmıĢtır. Verici, bant geniĢliği segmanları arasında hareket etmek için sözde rasgele bir kod kullanmakta ve bir segmandan diğerine atlarken veriyi iletmektedir. Ġkinci teknik, „doğrudan dizili yaygın spektrum‟ olarak bilinmektedir. Yine aynı Ģekilde, tahsis edilmiĢ bant geniĢliği segmanlara ayrılmıĢtır. Ancak, bu sefer veri, segmanların birçoğu ya da tümü eĢ zamanlı olarak kullanılacak Ģekilde tüm segmanlardan

113

Radyo Mühendisliği Notları

gönderilir. Bu teknik, daha yüksek veri hızlarına imkân verir ancak gürültüye ve enterferansa karĢı daha hassastır. Yaygın spektrum teknolojisi, farklı radyo uygulamaları için farklı frekans bantlarında kullanılmaktadır. Herkese-açık yaygın spektrum uygulamaları için üç bant geniĢliği parçası tahsis edilmiĢtir (kullanım için lisans gerekli değildir). Bunlar, 900 MHz bandında (tahsis edilen frekans ülkeden ülkeye değiĢir) 2,400 ilâ 2,4835 GHz bandında, 5,150 ilâ 5,350 GHz bandında ve 5,725 ilâ 5,825 GHz bandındadır. Yaygın spektrumun ana avantajı, çok yüksek veri hızlarının elde edilebilmesidir. Dezavantajı, temelde ‘herkese açık yarışma’ biçiminde olması ve geliĢmiĢ bölgelerde trafik artmaya baĢladığında, enterferans ve hata oranlarının artmaya baĢlaması ve veri çıkıĢının yavaĢlamasıdır. Ayrıca frekans spektrumunun verimli bir Ģekilde kullanılmaması durumu da söz konusudur. Geleneksel teknikler kullanılarak aynı bant geniĢliğinde birçok kanal olabilir. Yaygın spektrum radyosu, bu bölümün sonunda ayrıntılı olarak açıklanacaktır. (Ayrıca Bölüm 3.ix’e bakılmalıdır).

Markalar Dünya genelinde yüzlerce radyo cihazı imalâtçısı mevcuttur. Popüler olanlardan bazıları Ģunlardır:  Motorola  Simoco  Kenwood  Kyodo  Tait  Trio  Radiolab  Plessey  GE  Nokia  ICOM  Standard  Maxon  UNIDEN  Midland  Kachina 114

Radyo Mühendisliği Notları

 Yaesu  Nutel  Barrett  RF Systems  Spectra Not: Bu liste tüm imalâtçıları kapsamamaktadır.

xviii. Analog Radyo Üzerinden Veri İletimi Telemetri, radyo üzerinden veri iletimi teknolojisidir. Tüm telemetri sistemleri, veri edinim merkezlerinden ana bölgelere ve ana bölgelerden veri edinim merkezlerine sayısal bilgi iletimini desteklemektedir. Radyo telemetri ile, sayısal bilgi, iletim için radyo tarafından kabul edilecek bir biçime kodlanır. Normal ses frekansı tipi radyolar için, sayısal bilgi tabi ki, iletilmeden önce ses frekanslarına kodlanır. Sayısal bilginin ses frekanslarına dönüĢüm iĢlemi modem tarafından gerçekleĢtirilir. Bu bölümde, sayısal bilginin ses frekanslarına dönüĢtürülmesi ve bunun radyo üzerinden iletilmesi sırasında karĢılaĢılan problemlerin bazıları açıklanacaktır. Günümüzde piyasada sayısal radyo popüler olmaya baĢlamıĢtır. Bu durumda, sayısal bilgi, ses frekanslarına DÖNÜġTÜRÜLMEZ ancak iletim için doğrudan taĢıyıcı dalgaya uygulanır. Bu tekniğin kullanılmasının birçok avantajı vardır ancak teknolojisi karmaĢık ve pahalıdır.

Modülasyon teknikleri Sayısal bilginin analog radyo üzerinden iletilmesi için en yaygın biçimde kullanılan modülasyon tipi, frekans kaydırmalı modülasyondur (FSK). Bunun yanında, diferansiyel faz kaydırmalı modülasyon (DPSK), çok-seviyeli faz kaydırmalı modülasyon (MPSK) ve genlik kaydırmalı modülasyon (ASK) da kullanılmaktadır. Bazen DPSK ile ASK‟nın kuvadratür genlik modülasyonu [:quadrature amplitude modulation] olarak bilinen bir kombinasyonu kullanılmaktadır ancak bu teknik yüksek hızlarda çok baĢarılı değildir. FSK kullanıldığında, mantıksal-1, 1200 hertz gibi bir tonla kodlanarak ve mantıksal-0, 2200 hertz gibi ikinci bir tonla kodlanarak veri iletimi gerçekleĢtirilir. Bu yüzden, 1200 baudda veri ileten bir FM radyonun modülasyon indeksi Ģudur: 115

Radyo Mühendisliği Notları

1000 / 1200 = 0,83 Hz/baud Ġkinci FSK biçimi, minimum kaydırmalı modülasyon (MSK) olarak bilinir. Burada iki mantık durumu arasındaki frekans kayması yarıya düĢer. Bu yüzden, modülasyon indeksi 0,415 olur. MSK, yüksek veri hızları gerektiren bazı sistemlerde kullanılır. MSK, gerçekte sadece radyo sistemlerine uygundur ve genelde standart ticari modemlerde kullanılmaz. FSK, DPSK ve QAM kullanılarak, standart radyo linkleri üzerinden 300, 600 ve 1200 baud hızları kolayca elde edilir. Tasarım kalitesi iyi, RF ve ses bozulumu düĢük seviyede olan radyolarla 2400‟lük baud hızının elde edilmesi mümkündür. Analog radyolarda DPSK ve MQAM kullanılması çok baĢarılı sonuçlar vermez çünkü lineer-olmayan tepkiler oluĢur. Standart analog radyolarda en yaygın biçimde kullanılan iki teknik hızlı frekans kaydırmalı modülasyon (FFSK) ve MSK‟dır. DPSK ve MQAM, doğrudan modülasyonlu sayısal radyoda (mikrodalga ve gelecekteki mobil) kullanılmaktadır. Standart bir radyodan 4800 baud hızının elde edilmesi için, normalde radyoda, belli bileĢenlerin lineer performansının geliĢtirilmesi ve toplam ses ve RF bozulumunun azaltılması için radyonun modifiye edilmesi gereklidir. 12½ ya da 25 kHz bant geniĢliği olan analog radyoda 9600 baud hızının elde edilmesi için, yüksek kalitede lineer bileĢenlere ve sayısal yazılım filtreleme özelliğine sahip özel bir radyo kullanılmalıdır. Piyasada 9600 baudda baĢarılı bir Ģekilde çalıĢan bazı radyo modemler mevcuttur.

Ġletim sınırlamaları Ses iletimi için kullanılan birçok radyo, çok yüksek bozulum seviyeleriyle çalıĢmaktadır. Ġnsan kulağı logaritmik duyarlılığa sahip olduğu için, bozuluma ve gürültüye karĢı çok toleranslıdır ve bu genelde sorgusuzca kabul edilir. Örneğin, bir alıcıdaki ses çıkıĢının % 5 toplam harmonik bozuluma (THB) sahip olması oldukça yaygın bir durumdur. Bu durumun normal ses uygulamaları için kabul edilebilir olmasına rağmen, sayısal bilginin iletiminde çok kötü etkilere neden olabilir. AĢağıda, sayısal bilginin analog radyo üzerinden iletilmesinde karĢılaĢılan problemlerin temel nedenlerine iliĢkin açıklamalar

116

Radyo Mühendisliği Notları

mevcuttur. Ġyi bir radyo tasarımı ile bu problemlerin kolayca üstesinden gelinir. Frekans tepkisi Birçok standart radyonun ses frekansı-genlik tepkisi grafiği, tek biçimli olmayan bir yapıya sahiptir. Bu, ġekil 1.93‟de gösterilmiĢtir.

ġekil 1.93 – Bir radyonun ses frekans tepkisi Bu, ses yükseltecindeki yüksek frekanslı zayıflama nedeniyle ya da çok dar bir IF filtresi tarafından oluĢturulabilir. Bu, veri çıkıĢında bozuluma neden olacaktır. IF filtresi geçiren bandında dalgacıklı bir tepkiye sahipse, çıkıĢ ses frekans tepkisi daha da kötüleĢir. Bu yüzden, radyo-üzerinden-veri uygulamaları için düz bir geçiren banda ve düĢük bozulumlu ses yükseltecine sahip iyi tasarımlanmıĢ bir IF filtresi gereklidir. Veri iletimi için, radyolardaki tüm ön-vurgulama ve art-vurgulama devreleri çıkarılmalıdır. Faz kaydırma bozulumu „Zarf [:envelope] gecikme bozulumu‟ olarak da bilinen faz kaydırma bozulumunun nedeni, farklı frekansların bir ses haberleĢme linkinden geçme sürelerinin farklı olmasıdır. Örneğin, 1 kHz‟lik bir sinyalin radyo linkinden geçmesi 0,5 ms sürerken, 2 kHz‟lik bir sinyalin aynı linkten geçmesi 1,5 ms sürer. Ġlgili tüm harmonikler bozulduğu için, bu, sayısal sinyal dalga biçimine çok zarar verir. ġekil 1.91‟de radyodaki lineer-olmayan faz tepkilerinin etkileri gösterilmektedir. „Zarf‟ terimi, kanalın, tüm frekans aralığındaki tepkisine atıf yapar.

117

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.94(a) – Bir haberleşme kanalının tipik faz tepkisi

ġekil 1.94(b) – Ses frekanslarının yayılma gecikmesi Genlik tepkisinin bozulumu Bir link üzerinde lineer olmayan bir genlik tepkisinin mevcut olduğu durumda, genlik tepkisinde bozulma meydana gelir. Bu, ġekil 1.95‟de gösterilmektedir.

ġekil 1.95 – Lineer olmayan genlik tepkisine ilişkin örnek 118

Radyo Mühendisliği Notları

Bu tip lineer olmayan genlik tepkisi, kırpılmaya neden olabilir, bu da veri haberleĢme devresini tahrip edecek istenmeyen yayınlar üretir. Lineer olmayan genlik tepkileri, özellikle, bilgiyi kodlamak için, genlikteki kuantize edilmiĢ değiĢiklikleri kullanan QAM gibi modülasyon sistemlerine zarar vermektedir. Frekans çevirme hatası TaĢıyıcının ayrık sayısal bilgi tonlarıyla modüle edildiği bir FM radyoda, alıcı, tam modülasyonlu tonları alacaktır. Modülatör ve demodülatör frekansları biraz olsun yanlıĢ ayarlanırsa problem olur, demodüle edilmiĢ çıkıĢ sinyali bozulacaktır. AM radyo için, durum daha da kötüdür. Seğirme Ġki seğirme (jitter) tipi mevcuttur:  

Faz seğirmesi Genlik seğirmesi

Seğirme, fazda ya da genlikte çok kısa süreli ani değiĢikliklerin meydana gelmesidir. Bir haberleĢme linkinin herhangi bir noktasında seğirme meydana gelebilir. Seğirme genelde modülatöre ya da demodülatöre giren gürültü nedeniyle oluĢur ve sinyalin çok ciddi bir Ģekilde bozulmasına neden olur.

xix. Radyo frekansları için düzenleyici lisans verme şartları Türkiye‟de radyo vb… frekansları tahsisleri için Radyo Televizyon Üst Kurulu ve daha sonrasında ise Bilgi Teknolojileri ve ĠletiĢim Kurumu tarafından belirlenen Milli Frekans Planı ve diğer ilgili mevzuatlara uyulması gerekmektedir. Radyo yayıncılığına iliĢkin geçerli mevzuat 1994 yılında 3984 no‟lu kanun ile belirlenmiĢtir. Bu mevzuat uyarınca kimlerin hangi Ģartları yerine getirerek frekans bandı isteğinde bulunabileceği ve hangi durumlarda tahsis edilmiĢ frekansların engellenebileceği belirlenmiĢtir. Yine radyo ve televizyon yayıncılığı dıĢında radyo haberleĢmesine iliĢkin frekans istekleri de Bilgi Teknolojileri ve ĠletiĢim Kurumu tarafından belirlenmektedir. (http://www.rtuk.gov.tr ; http://www.tk.gov.tr ) 119

Radyo Mühendisliği Notları

xx. Duplikasyon ve Oto-sınama Duplikasyon Telemetri sistemi, endüstriyel bir sürecin ya da uygulamanın önemli bir elemanıysa ve endüstriyel sürecin bozulmaması ve/veya güvenilirliği için radyo linkinin kopmaması hayati bir önem taĢıyorsa, o zaman sistemin tümünün ya da bir kısmının kopyalanması (duplikasyonu) mümkündür. Radyo terminolojisinde duplikasyon, sistemde iki özdeĢ bileĢenin mevcut olduğu ve biri arızalanırsa, diğerinin devreye girip arızalanan kısmın yerini aldığı anlamına gelir. Bir radyo sisteminde, çeĢitli duplikasyon seviyelerinin olması mümkündür. Örneğin, verici, en çok arızalanan bileĢendir ve bu yüzden, genelde bir radyo sisteminin ilk kopyalanacak kısmı vericidir. En yaygın iki kopyalama konfigürasyonu Ģunlardır: 1) Tüm cihazların kopyalanması ve 2) Verici/alıcı birimlerinin kopyalanması.

ġekil 1.96(a) – Verici ve alıcının kopyalandığı sistem

120

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.96(b) – Tam kopyalanmış radyo sistemi ġekil 1.96(a)‟da, ana ve yedek vericilerin ve alıcıların durumunu izleyen merkezi bir kontrol ve izleme birimi gösterilmektedir. Bu kontrol ve izleme birimi, herhangi bir birimde arıza meydana gelirse, yedek birimlere geçmek için bir röleyi etkin hale getirir. ġekil 1.96(b)‟de, tüm bileĢenlerin kopyalanmıĢ olduğu bir sistem gösterilmektedir. Kontrol ve izleme birimi, tüm cihazları izler ve hangi vericiyi kullanacağını ve hangi sesi alacağını seçer.

Yedek vericiler Üç tip yedek verici mevcuttur. Bunlar: Sıcak: Bu tipte, yedek verici sürekli olarak suni bir yükle çalıĢmaktadır. Ana verici arızalandığında, yedek vericinin çıkıĢı antene anahtarlanır. Bu modda, her iki vericinin de durumunun sürekli olarak izlenebilmesi mümkündür. Ilık: Bu tipte yedek verici güç yükseltecinden enerji alma durumunda değildir, antene bağlıdır ancak vericinin diğer tüm bileĢenleri (örneğin, osilatör gibi) aktiftir. Ana verici 121

Radyo Mühendisliği Notları

arızalandığında, güç yükselteci yedek vericiye enerji vermeye baĢlar. Soğuk Yedek: Burada, ana verici arızalanana kadar yedek vericiye de enerji verilmez. Yedek modları, 2. Bölüm‟de ayrıntılı olarak açıklanmaktadır.

Oto-sınama ve uzaktan teĢhis Birçok modern radyo baz istasyonu, belli çalıĢma parametrelerini düzenli aralıklarda otomatik olarak test etme ya da gerekli bir temelde manüel test gerçekleĢtirme imkânına sahiptir. Test edilebilen ya da izlenebilen bazı parametreler, Tx çıkıĢ RF gücü, Rx giriĢ alma seviyesi, VSWR, güç kaynağı akımı ve gerilimi, modülasyon seviyesi ve bit hata oranıdır. Birim bir arıza olduğunu tespit ederse, lokal olarak alarm verir ve merkezi bir bölgedeki izleyici istasyona iletilir. Bu durumda baz istasyon birimi, otomatik olarak ana birimden yedek birime geçecektir (kopyalanmıĢ bir bölge olduğu varsayılarak). Durum bilgisi, merkezi bölge izleme birimine, kara hattı ya da mikrodalga vasıtasıyla ya da radyo üzerinden gönderilecektir. Böylece merkezdeki bir operatör, belli sayıda uzak baz istasyonunun durumunu izleyip çalıĢmasını yönetebilir. Gerekirse, operatör, bölgelere kontrol bilgisi göndererek, kopyalanmıĢ baz istasyonlarının değiĢimini, oylamadan TTR çalıĢmasına geçiĢi, sistemin belli elemanlarının ya da diğer birçok kontrollü etkinliğin etkin olmayan hale getirilmesini sağlayabilir. Bu özellik, genelde uzaktan teĢhis özelliği olarak adlandırılır.

xxi. Çeşitli Terimlerin Açıklamaları 1VSWR ve geri dönüĢ kaybı Radyoda çokça adı geçen iki kavram, birbiriyle yakından iliĢkili olan geri dönüĢ kaybı ve (VSWR) gerilim duran dalga oranıdır [:standing wave ratio]. Bu terimleri açıklamak için, uzunluğu boyunca bir radyo frekans dalgasının yol aldığı eĢeksenli normal bir kabloyu düĢünün. Dalga kablonun sonuna ulaĢtığında, tamamen absorbe edilebilir, tamamen yansıtılabilir ya da kısmen absorbe edilebilir/yansıtılabilir. EĢeksenli kablonun, bu dalgaya karĢı kendi doğal empedansı vardır ve bu, kablo karakteristik empedansı (Z0) olarak bilinir. Karakteristik empedans, frekansa bağlı olarak biraz değiĢecektir. Kablonun ucuna, empedansı eĢeksenli kablonun empedansına tam olarak eĢit olan bir yük bağlandığında, dalga enerjisinin tümü yük 122

Radyo Mühendisliği Notları

tarafından absorbe edilecektir. Yük bağlama noktasında bir empedans uyumsuzluğu varsa, o zaman enerjinin bir kısmı kablo boyunca ters yönde yansıyacaktır. Yansıyan enerji miktarı, yüklerdeki uyumsuzluğa bağlıdır.

ġekil 1.97 – Bir kablodaki dalga enerjisi Kablo mükemmel derecede uyumlu bir yüke bağlandığında, kablonun bir noktasında sabitlenilip durum izlenirse, dalga kablo boyunca ilerledikçe büyüklüğünün sürekli olarak yükselip alçaldığı görülür. Bu yüzden, kabloda herhangi bir andaki ortalama gerilim sıfırdır. Ancak yüklerde bir uyumsuzluk varsa ve ters yönde yansıyan dalgalar varsa, o zaman değiĢen dalgalar, kablo boyunca her noktada bir diğerine sürekli olarak eklenecek ya da bir diğerini sürekli olarak eksiltecektir. Bu durum, duran dalgalara neden olur. Yük kısa devre (0 ohm) ya da açık devre (¥ ohm) olduğunda çok miktarda enerji yansır. ġekil 1.98‟te, ilerleyen ve yansıyan dalgalardan duran dalgaların nasıl oluĢtuğu gösterilmektedir. Basitçe, duran dalga oranı, iki orandan büyük olanıdır. SWR =

Z ZL YA DA 0 Z0 ZL

Burada: ZL = Yük empedansıdır. Z0 = Kablo karakteristik empedansıdır. Düğümdeki (düğümde toplam gerilim, pozitiften negatife salınım yapmaktadır) duran dalga gerilim değeri, karındaki gerilim değeriyle (karındaki toplam gerilim her zaman sıfırdır) karĢılaĢtırılıp ölçülerek yansımıĢ olan enerji miktarının belirlenmesi mümkündür. Bu, gerilim duran dalga oranı (VSWR) olarak bilinir.

123

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.98 – İlerleyen ve yansıyan dalgalardan duran dalganın oluşturulması EĢeksenli bir kablonun antene bağlanmıĢ olduğu durumu ele alın. Mükemmel bir Ģekilde uyumlandırılmıĢ bir anten, tüm dalgayı absorbe edecek ve enerjiyi serbest uzaya yayacaktır ancak kural olarak, antenler ve eĢeksenli kablolar hiçbir zaman mükemmel bir Ģekilde uyumlandırılamaz ve bir miktar enerji kabloda yansır. RF güç ölçer kullanılarak, ilerleyen güç ve yansıyan güç ölçülerek, VSWR‟ın belirlenmesi mümkündür.

124

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 1.99 – İlerleyen ve yansıyan gücün ölçülmesi için kullanılan bir RF güç ölçerin bağlanması VSWR‟ın belirlenmesini sağlayan denklem Ģudur:

1

RP FP

1

RP FP

VSWR =

RP = Yansıyan güç FP = Ġlerleyen güç Radyoda sıklıkla kullanılan bir baĢka tanım geri dönüĢ kaybıdır. Bu, ilerleyen enerjinin yansıyan enerjiyle karĢılaĢtırılmasının sonucudur. Geri dönüĢ kaybına iliĢkin denklem Ģu Ģekildedir:

Geri dönüş kaybı =

=

RP FP

V yans Viler

(Zyansıyan = Zilerleyen olduğunda)

Geri dönüĢ kaybı genelde dB cinsinden ifade edilir; bu yüzden, aĢağıdaki iki denklem de kullanılır:

VSWR =

1  RL 1  RL

RL: Geri dönüĢ kaybı

Ve 125

Radyo Mühendisliği Notları

VSWR  1 Geri dönüĢ kaybı (dB) = 20 Log10    VSWR  1

ġekil 1.100‟de, VSWR‟ın ilerleyen ve yansıyan güç üzerindeki etkisi gösterilmektedir. Radyo sistemi tasarımında ve implementasyonunda, 1,00‟a mümkün olduğunca yakın bir VSWR değerinin elde edilmesi hedeflenmelidir, böylece radyo sistemi, maksimum verimle çalıĢıyor olacaktır. Yansıyan güç, boĢa harcanan güçtür ve bir radyo linkinin güvenilirliğini ve tümleĢikliğini ciddi ölçüde azaltır. Herhangi bir radyo sisteminde tolere edilmesi gereken mutlak maksimum VSWR değeri, 3,0‟dır. Ġyi-tasarımlanmıĢ bir radyo sisteminin VSWR değeri, 1,5‟tan küçük olacaktır.

ġekil 1.100 – Farklı VSWR değerleri için ilerleyen güç-yansıyan güç grafiği AĢağıdaki çizelgede, VSWR değeri, yansıyan güç %‟si ve bu yansıyan güce iliĢkin geri dönüĢ kaybı karĢılaĢtırılmaktadır.

126

Radyo Mühendisliği Notları

VSWR

Yansıyan Güç yüzdesi

Geri DönüĢ Kaybı (dB)

1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09

0,01 0,02 0,04 0,06 0,08 0,11 0,15 0,19

46,1 40,1 36,6 34,2 32,3 30,7 29,4 28,3 27,3

1,10 1,11 1,12 1,13 1,14 1,15 1,16 1,17 1,18 1,19 1,20 1,30 1,40 1,50 1,60 1,70 1,80 1,90 2,00

0,23 0,27 0,32 0,37 0,43 0,49 0,55 0,61 0,68 0,75 0,83 1,70 2,78 4,00 5,33 6,72 8,16 9,63 11,10

26,4 25,6 24,9 24,3 23,7 23,1 22,6 22,1 21,7 21,2 20,8 17,7 15,6 14,0 12,7 11,7 10,9 10,2 9,5

2,20 2,40 2,60 2,80 3,00

14,1 17,0 19,8 22,4 25,0

8,5 7,7 7,0 6,5 6,0

3,50 4,00 5,00

30,9 36,0 44,4

5,1 4,4 3,5 127

Radyo Mühendisliği Notları

VSWR

Yansıyan Güç yüzdesi

Geri DönüĢ Kaybı (dB)

6,00 7,00 8,00 10,00 20,00 50,00

51,0 56,2 60,5 66,9 81,9 92,3

2,9 2,5 2,2 1,7 0,9 0,3

Çizelge 1.6

Duyarlılığın bozulması ve bloklama Duyarlılığın bozulması Hepsi aynı direkte çalıĢan birçok radyonun mevcut olduğu bir bölgede, bölge içindeki bir alıcının ön ucunda diğer vericilerin RF enerjisinin enterferansa neden olması mümkündür. Bu RF enerjisi, radyo alıcısının normalde faal hale geldiği RF duyarlılık seviyesinin yükselmesine neden olabilir. Bu etki, alıcı duyarlılığının bozulması olarak bilinir. Örneğin, normal Ģartlar altında bir alıcı 0,2 V‟ta faal hale gelebilir. Ancak, diğer vericilerden dolayı duyarlılığı bozulduğunda, alıcının açılması için 0,4 V gerekebilir. Bu, ana bölgeden düĢük seviyelerde alınmakta olan uzak RTU‟lar için, telemetri linkinin performansını ciddi ölçüde bozacaktır. Çok katlı kuplörlerin, filtrelerin ve dublekserlerin kullanılmasıyla birlikte duyarlılığın bozulması problemi ciddi ölçüde azalacaktır. Duyarlılığın kaybolmasının test edilmesi için en yaygın biçimde kullanılan metot, bir bölgedeki tüm vericileri faal hale getirmek, bir RF test düzeniyle gerekli alıcıyı açmak için gerekli olan seviyeyi ölçmek, daha sonra vericileri faal olmayan hale getirmek ve alıcı açılma duyarlılığını yeniden ölçmektir. Ġyi-tasarımlanmıĢ bir sistemin seviyeleri arasında çok az fark olacak ya da hiç fark olmayacaktır. Bloklama Alıcının frekansından farklı (ancak normalde aynı banttaki) frekanstaki çok güçlü bir radyo sinyali, alıcının faz-kilitli döngüsü, güçlü enterferans sinyaline kilitlenecek Ģekilde alıcıyı satüre ettiğinde bloklama meydana gelir. Araç, yayın yapan bir radyo 128

Radyo Mühendisliği Notları

istasyon vericisinin yanından geçerken bloklama olayı meydana gelir ve araç radyosu, ayarlanmıĢ olduğu istasyonu kaybeder ve yanından geçtiği istasyona kilitlenir. Bir telemetri uygulamasında, RTU‟nun yanına park edilmiĢ bir araçtaki mobil radyo faal hale geldiğinde ve RF sinyali RTU alıcısını satüre ettiğinde, bloklama olayı meydana gelir.

Sürekli ton-kodlu ilâve-ses gürültü kesme (CTCSS) CTCSS metodu, alıcıları, telemetri sisteminin bir parçası olmayan aynı frekanstaki vericilerden korumak için kullanılan bir metottur. Bu hilekâr vericiler, normal bölgelerinin dıĢında çalıĢan araç mobil radyoları ya da oluklanan sinyaller yüzünden enterferansa neden olan ve uzakta yer alan vericilerdir. CTCSS sisteminde, radyo veri sinyaliyle birlikte çok düĢük frekanslı sub-audible (ilâve ses) bir ton (50 ilâ 250 Hz arasında) iletilir. Alıcı, tam olarak bu frekansa ayarlanmıĢ olan çok seçici bir filtreye sahiptir. Alınan RF sinyalinde doğru ton mevcutsa, alıcı açılacak ve bilgi sinyali duyulacaktır. Ton mevcut değilse, o zaman alıcı kapalı kalacaktır. Bu yüzden, doğru CTCSS tonuna sahip olmayan ve sisteme ait olmayan vericiler, alıcıyı açmayacak ve enterferansa neden olmayacaktır. Tabi ki, alıcı zaten açıkken ve sisteme ait olan vericilerden sinyal alıyorken, hilekâr verici bu vericilere göre daha çok enerjiye sahipse, o zaman bu koruma sistemi baĢarısız olur.

ġekil 1.101 – CTCSS frekansının ses bandındaki konumunun gösterimi

129

Radyo Mühendisliği Notları

Belli sayıda CTCSS ton grubu mevcuttur. En yaygın gruplardan biri, Elektronik Endüstrileri Birliği (EIA) tarafından yayınlanmıĢtır. Frekans gruplarının çoğunda yaklaĢık olarak 50 frekans mevcuttur. Bu yüzden, hilekâr vericilerin aynı CTCSS frekanslarını kullanma Ģansı zayıftır. Hangi frekansların kullanılacağını belirten hiçbir düzenleme yoktur. Tipik bir ton grubu aĢağıda Çizelge 1.7‟de verilmiĢtir. 1

67,0 Hz

11

94,8 Hz

21

131,8 Hz

31

171,3 Hz

41

203,5 Hz

2

69,4 Hz

12

97,4 Hz

22

136,5 Hz

32

173,8 Hz

42

206,5 Hz

3

71,9 Hz

13

100,0 Hz

23

141,3 Hz

33

177,3 Hz

43

210,7 Hz

4

74,4 Hz

14

103,5 Hz

24

146,2 Hz

34

179,9 Hz

44

218,1 Hz

5

77,0 Hz

15

107,2 Hz

25

151,4 Hz

35

183,5 Hz

45

225,7 Hz

6

79,7 Hz

16

110,9 Hz

26

156,7 Hz

36

186,2 Hz

46

229,1 Hz

7

82,5 Hz

17

114,8 Hz

27

159,8 Hz

37

189,9 Hz

47

233,6 Hz

8

85,4 Hz

18

118,8 Hz

28

162,5 Hz

38

192,8 Hz

48

241,8 Hz

9

88,5 Hz

19

123,0 Hz

29

165,5 Hz

39

196,6 Hz

49

250,3 Hz

10

91,5 Hz

20

127,3 Hz

30

167,9 Hz

40

199,5 Hz

50

254,1 Hz

Çizelge 1.7 – CTCSS ton grubu

Seçimli arama Seçimli arama (genelde Selcal olarak adlandırılır) aynı frekansta çalıĢmakta olan bir radyo sisteminde her bir münferit radyonun, diğer radyolar haberleĢmeyi duymayacak Ģekilde aranabildiği ve haberleĢebildiği bir sistemdir. Her bir radyo beĢ-basamaklı ayrı bir koda sahiptir. Her bir basamak, ses tonu biçiminde iletilir (genelde bir DTMF ton örüntüsü kullanılır). Bu, ana bölgenin, diğer RTU‟larla haberleĢme baĢlatmaksızın tek bir RTU‟ya eriĢmesini sağlar. Tüm bölgeler, iletilen beĢ-tonlu diziyi duyar ancak sadece iletilen kodla kayıtlı olan RTU cevap verecektir. Birçok modern mobil ve baz istasyonu radyosu Selcal özelliğine sahiptir. Bu özellik, dahili bir EPROM‟daki programlanabilir özelliklerin bir parçasıdır.

xxii. Analog Radyoya İlişkin İlâve Özellikler Endüstride kullanılan radyo teknolojisi standartları, yıllar boyunca durgundu. Son 20 yılda, radyo teknolojisinde önemli geliĢmeler

130

Radyo Mühendisliği Notları

meydana geldi. Günümüzde mevcut olan birçok özellik içinden iyi seçimler yapılarak sistemin verimi ve güvenilirliği artırılabilir. Bu özelliklerin bazıları Ģunlardır:  









Radyo/telefon ara yüzü Ses ve veri iletimi için telefon Ģebekesinden radyo sistemine eriĢim (bu, ISDN ara yüz seçeneklerini kapsar). Seçimli arama (SELCAL) Tek bir radyoya ya da radyo grubuna eriĢim için münferit kodların kullanılması. (Bu, iki ya da daha fazla radyo arasında özel veri akıĢına imkân verir. Bölüm 1.xxi‟e bakılmalıdır.) CTCSS DıĢarıdaki operatörlere ait istenmeyen enterferansı önlemede yardımcı olması için sub-audible (ilâve ses) tonun kullanılması. (Bölüm 1.ii‟e bakılmalıdır.) ANI Otomatik numara tanıma [:automatic number identification] (ANI). Sistemdeki her radyo ayrı bir Selcal numarasıyla programlanmıĢtır. Bunlar, kimlik kodları olarak kullanılmaktadır. Kimlik kodları, radyonun kurulduğu bölgeyle ya da takıldığı araçla iliĢkilendirilebilir. Radyo faal hale gelir gelmez Selcal numarası iletilir. Böylece, belirli bir radyo ya da radyo kullanıcısı sistemde sorunlara neden oluyorsa ve sorunun kaynağı belirlenemiyorsa, ANI kullanılarak Selcal numarasının kodunun çözülmesi, sorunlu iletimin nereden/kimden geldiğinin ortaya çıkarılmasını sağlayacaktır. Tarama Radyo birimi, belirli alma frekanslarını sürekli bir biçimde taramak ve havada karĢılaĢtığı ilk frekansa kilitlenmek üzere programlanmıĢtır. Birim, bunu ardıĢık bir biçimde gerçekleĢtirir, karĢılaĢtığı ilk frekansa kilitlenir ve iki frekans aynı zamanda aktif hale gelirse, frekanslar arasında ayrım yapmaz. Bazı radyolar, öncelikli tarama özelliğine sahiptir. Burada, radyonun çok sayıda kanal üzerinde tarama yapması gerekiyorsa, o zaman yüksek önceliğe sahip belli kanalların frekansları, tam tarama çevrimi sırasında bir kereden fazla kontrol edilir. Oylama

131

Radyo Mühendisliği Notları













Bu frekans seçme sistemi, taramaya benzerdir. Bir kanal için belli sayıda frekansın iletilmekte olduğu durumda, genelde büyük bir coğrafi bölge üzerinde sürekli kapsama alanı sağlamak için bu sistem kullanılmaktadır. Birim, bir kanalın belirli sayıdaki alma frekansını taramak için programlanmıĢtır. Her bir frekanstaki sinyal gücünü ölçer ve kaydeder. Daha sonra, sinyal gücü en yüksek frekansı seçer ve kanaldaki alma iĢlemi için, bu frekans radyo birimi tarafından kullanılır. Seçilen kanalın tekrarlayıcısındaki ilgili alma frekansına eĢit olan iletim frekansını da seçer ve kanaldaki iletim iĢlemi için bu frekans radyo birimi tarafından kullanılır. PC tarafından programlanabilir olma özelliği Birçok modern radyo, frekans için ve bu kısımda belirtilmiĢ olan baĢka birçok özellik için, radyonun önündeki küçük bir porta takılabilen bir PC kullanılarak programlanabilir. Bunu gerçekleĢtirmek için kullanılan yazılım, radyo tedarikçisi tarafından sağlanır. Veri portu Bazı radyo imalâtçıları, modem ya da faks bağlamak için kullanılan bir RS-232 portuna sahiptir. Veri hızları genelde düĢüktür, 1200 ilâ 2400 baud civarındadır. Özellikle veri iletimi için imal edilmiĢ olan daha yüksek kaliteli bazı radyolar, 9600 ve 19200 baud‟luk veri hızları sağlar. DTMF tuĢtakımı eriĢimi Bir seçenek olarak, birçok imalâtçı, elde taĢınan birimin ya da mobil birimin önüne „dual tonlu çoklu frekanslı‟ (DTMF) tuĢtakımları takabilir. Bu, yukarıda açıklandığı gibi Selcal amaçları için ya da bir telefon Ģebekesine eriĢim için kullanılabilir. ġifreleme [:encryption] Ġletimden önce ses ve veri kodlanarak ve alınan sinyalin kodu çözülerek, radyo haberleĢmesi için yüksek seviyede güvenlik sağlanır. GeliĢmiĢ alıcı duyarlılığı Daha düĢük sinyal güçlerinin daha gürültüsüz olarak alınmasını sağlar. (Bu, daha geliĢmiĢ bir kapsama alanı sağlar.) GeliĢmiĢ vericiler

132

Radyo Mühendisliği Notları



  

Daha lineer ve daha düĢük bozulumlu RF sinyal iletimi sağlar, böylece iletilen sinyalin kalitesi artar, veri hızları yükselir. SentezlenmiĢ radyolar GeniĢ bir frekans aralığında radyonun daha kararlı bir biçimde çalıĢmasını ve frekans bakımından daha hızlı olmasını, çok sayıda kanal arasından daha esnek bir seçim yapılmasını sağlar. Daha verimli çalıĢma Aktif olmayan durum için ve daha yüksek iletim güçleri için daha az besleme akımı kullanır. Daha kompakt radyo birimleri Daha uygun ve daha az yer kaplayan kuruluma imkân verir. Uzaktan TTR teĢhisi Uzaktaki bir terminalin baz radyo istasyonlarına eriĢmesine, mevcut çalıĢma durumlarını kontrol etmesine ve arızalı cihazları teĢhis etmesine imkân verir.

Bir baz istasyonu radyosunun bazı spesifik özellikleri Ģunlardır:                

Daha yüksek iletim güçleri (100 watta kadar) Daha uzun sürekli iletim periyotları Daha yüksek derecede frekans kararlılığı DüĢük gürültülü alıcılar Yüksek MTBF değerleri DüĢük seviyede istenmeyen yayın DüĢük ara modülasyon seviyeleri Mobil ya da elde taĢınan birimlerden daha lineer faz, frekans ve genlik tepkileri SentezlenmiĢ frekans 100‟e kadar kanal seçimi RF vasıtasıyla uzaktan teĢhis ve konfigürasyon Kara hattı vasıtasıyla uzaktan teĢhis ve konfigürasyon Tam dupleks çalıĢma (dual sentezleyiciler) Veri iletimine iliĢkin olanaklar Selcal, CTCSS, ANI, tarama, oylama Duplikasyon seçenekleri ve arıza durumunda otomatik değiĢim

133

Radyo Mühendisliği Notları



Ġletilen gücün, VSWR‟ın, modülasyon seviyesinin, alıcı duyarlılığının, besleme gerilimlerinin, çalıĢma sıcaklığının, TTR geri beslemenin, BER‟lerin otomatik olarak sınanması

Trank radyo Trank radyo sistemi, iki veya daha fazla radyo kanalının, sistemdeki çok sayıdaki kullanıcı grubu tarafından zaman paylaĢımlı olarak kullanıldığı sistemdir. Trank radyo sistemi, bir kullanıcı grubunun, mevcut kanal havuzuna eriĢmesini ve kendi kullanımları için bir kanalı seçmesini sağlayan bir eriĢim kanalını (kontrol kanalı olarak bilinir) kullanır. Kavram olarak, anahtarlamalı telefon Ģebekesine çok benzerdir. Bir telefon Ģebekesinde olduğu gibi, radyo kullanıcısı, aramanın hedeflendiği kullanıcı grubununun numarasını çevirmeli ya da kullanıcı grubunun adresini oluĢturmalıdır. Merkezi baz istasyonuna/anahtarlama cihazına gönderilen adres, aramanın hedeflendiği kullanıcı grubuna çevrilir. Cihaz bağlantıyı otomatik olarak kurar ve kullanıcılar konuĢmayı tamamlayana ve arama sonlandırılana kadar, arama, standart radyo sistemlerinde olduğu gibi devam eder. Kullanıcı grupları sadece kendilerine hedeflenen aramaları duyar çünkü sistem, seçimli arama özelliğine sahiptir. Sistem, bir telefon sistemine benzer Ģekilde tasarımlanmıĢtır ve benzer boyutlara sahiptir ve bir telefon sisteminin tasarımlanması için kullanılan trafik teorisine benzer bir trafik teorisi kullanmaktadır. Trank sistemi, „1 + n‟ gösterimi ile tanımlanır. „1‟ kontrol kanalını temsil ederken, n, kullanıcıların kullanabildiği ses kanalı sayısını temsil eder. Bazı trank sistemlerde, diğer tüm kanallar kullanımda olduğunda, kontrol kanalı, ses kanalı olarak kullanılabilir. Bu, adanmamıĢ bir sistem olarak adlandırılır. Bu sistem, mevcut frekansların ve cihazların daha etkin bir Ģekilde kullanılmasını sağlar. GeniĢ bir bölge üzerinde ortak imkânlar sağlayan bir ana bölge Ģebekesi oluĢturmak için, birçok trank baz istasyonu birleĢtirilebilir. Bir trank sisteminde mevcut olan bazı ilâve özellikler Ģunlardır:      

Sistemin kolayca geniĢletilebilmesi Çoklu PSTN bağlantıları Öncelikli arama Çok bölgeli Ģebeke ve dinamik grup tahsisleri Bireysel ya da grup arama ġebeke yönetim sistemleri 134

Radyo Mühendisliği Notları

   

Uzaktan arıza teĢhisi Otomatik çağrı sıralaması Trafik istatistikleri ġebekenin ve çalıĢma yapılarını değiĢtirebilme esnekliği

Dünya genelinde kullanılan birtakım sistem standartları mevcuttur. Birçoğu, bireysel firmalar tarafından geliĢtirilmiĢtir ve patentlidir. MPT 1327 iĢaretleĢme standardı ve MPT 1343 performans standardı olarak bilinen uluslararası bir standart geliĢtirilmiĢtir. Her bir sistem kendi avantajlarına ve sınırlamalarına sahiptir ve sistemin uygun olup olmaması temelde kullanıcının Ģartlarına bağlıdır.

xxiii. Sayısal Modülasyon Radyo Son on yılda, radyo haberleĢmesinde sayısal modülasyon tekniklerinin kullanımı gitgide artmıĢtır. Bu, 1 GHz‟in üstündeki frekans bantlarında çalıĢan yüksek kapasiteli noktadan-noktaya mikrodalga radyo haberleĢmesiyle birlikte baĢlamıĢtır. Daha sonra tek noktadan-çoklu noktaya mikrodalga sistemleri geliĢtirildi. (2. Bölüm‟e bakılmalıdır.) 1990‟ların ilk yarısında sayısal hücresel teknoloji geliĢtirildi. Bu teknoloji, hücresel mobil telefon haberleĢmesi için dünya genelindeki standart sistemlerde baĢarılı bir Ģekilde uygulanmıĢtır.

Sayısal özel mobil radyo Özel mobil radyo (PMR) teknolojisi, sayısal radyo teknolojisine göre yavaĢ geliĢmiĢtir. Birçok satıcının, yapı olarak sayısal olduğu varsayılmıĢ ürünleri tanıtmasına rağmen, çok yakın zamana kadar, bu ürünler, piyasada pek kabul görmedi. Ġlâve olarak, 1990‟ların baĢlarında piyasada pek kabul görmeyen birtakım patentli standartlar ve ürünler geliĢtirildi. Halen geliĢtirme aĢamasında olup uluslararası standart olarak önerilmekte olan birçok standart mevcuttur. Dünya genelinde kullanılmakta olan ana standartlar Ģunlardır: APCO-25

Bu standart, Kuzey Amerika‟da geliĢtirilmiĢtir ancak Amerika‟nın dıĢında pek popüler değildir.

Tetra

Bu standart, Avrupa‟da geliĢtirilmiĢtir. Yıllarca üzerinde düĢünüldükten sonra, Avrupa‟da ve 135

Radyo Mühendisliği Notları

diğer kıtalarda birtakım büyük Tetra sistemleri kurulmak üzeredir. Bu standart, en geniĢ çapta destek alabilecek olan standarttır. Tetrapol

Bu standart da Avrupa‟da geliĢtirilmiĢti ve çok sayıda kurulu sisteme sahiptir ve birçok imalâtçıdan geniĢ çapta destek almaktadır. Tetra ve Tetrapol standartları temelde farklı teknolojilerdir. Tetrapol, Tetradan çok daha basittir ve kurulması genelde daha ucuzdur. Dezavantajı, Tetra ile karĢılaĢtırıldığında sınırlı özelliklere sahip olmasıdır.

EDACS

Bu patentli standart, Ericsson tarafından geliĢtirilmiĢti ve çok sayıda kurulu sisteme sahip olmasına rağmen, geniĢ çapta kabul görmüĢtür. Genelde birçok faydalı özelliğe sahip iyi bir sistem olarak kabul edilir. Sistemin kurulması konusunda biraz isteksizlik olmuĢtur çünkü sistem patentlidir ve uluslararası olarak kabul edilmiĢ bir standart değildir.

Smarzone

Bu patentli standart Motorola tarafından geliĢtirilmiĢti ve dünya genelinde çok sayıda kurulu sisteme sahiptir. Genel olarak yüksek kaliteli bir sistem olarak kabul edilir. Kullanılan modülasyon sistemlerinden dolayı, bu sistemin gerçek bir sayısal sistem mi olduğu yoksa sadece geliĢmiĢ bir analog trank sistem mi olduğu konusunda tartıĢmalar devam etmektedir.

APCO 25, Amerikan menĢeli bir standarttır. Bu, APCO olarak adlandırılan çok etkili bir kamu güvenliği grubu tarafından geliĢtirilmektedir. APCO, resmi olarak standart yayınlamamaktadır, tavsiye kararları yayınlamaktadır. Kamu güvenliği alanındaki ilk iyi bilinen radyo tavsiye kararı, APCO-16‟ydı. Bu, trank radyo sistemlerinin iĢlevsel prosedürlerine iliĢkin bir tavsiye kararıdır ve polis, itfaiye, ambülans ve stratejik silahlı kuvvetler gibi kamu sağlığı ve güvenliği grupları tarafından kullanılır. Bu standart çok az teknik ayrıntı içermektedir. 1980‟lerin sonlarında, APCO, APCO 25 üzerinde çalıĢmaya baĢladı, APCO 25, tem trank hem de tek kanallı PMR için sayısal

136

Radyo Mühendisliği Notları

modülasyonlu bir radyo sistemine iliĢkin teknik ve iĢlevsel bir standarttır. Ġmalâtçılar günümüzde APCO 25 ürün çeĢitleri sunmaktadır. Sistem, insan sesini simüle etmek (benzeĢtirmek) için sayısal sinyal iĢlemeyi kullanır ve daha sonra, insan sesinin veri tanımından çok, insan ses örüntüsünde sadece bir değiĢikliği temsil eden bitleri iletir (Örneğin, doğrudan sekiz bit çözünürlüklü PCM kullanarak). Ġnsan sesini iĢleyen yazılımlar ve mikroçipler, vokoderler olarak bilinir. APCO-25, 9,6 kBit/s‟lik veri hızı (baĢka bir deyiĢle, 0,77 bit/hertz) kullanarak, 12½ kHz‟lik bant geniĢliğine sahip kanallar üzerinden iletim gerçekleĢtirir. Burada kullanılan modülasyon tekniği, sürekli olarak kaydırılan kuvadratür faz kaydırmalı modülasyon (QPSK) tipi olup C4 FM olarak da bilinir. APCO-25, temel olarak kamu güvenliği hizmet endüstrisine hizmet vermek için tasarımlanmıĢtır. Bu yüzden, yapısal olarak standart iki yollu bir radyo sistemi gibi çalıĢır. Bu, bu endüstride gerekli olan hızlı radyo eriĢim süresinin sağlanması için esastır. Bu standardı kullanan radyo cihazları tarafından iyi bir Ģekilde hizmet verilebilecek olan diğer endüstriler, maden ve imalât endüstrileri ve bazı kamu kuruluĢlarıdır. Standartta veri iletim özellikleri de mevcuttur. Standart, ayrıca yapısal güvenlik Ģartlarını ve hava Ģartlarından korunma için birçok ciddi Ģartı da kapsar. Vokoderde kullanılması tavsiye edilen sayısal sinyal iĢleme standardı, helikopter, polis ve itfaiye aracı sireni, silah ateĢ sesi gibi Ģiddetli arka plan gürültüsünün mevcut olduğu durumda, insan sesinde en düĢük seviyede bozulum oluĢacak Ģekilde tasarımlanmıĢtır. Avrupa menĢeli ana standart, TETRA PMR standardı olarak bilinmektedir. TETRA standardı, Avrupa Telekomünikasyon Standartları Enstitüsü (ETSI) tarafından geliĢtirildi. Standart, yıllarca tartıĢılmıĢ ve üzerinde değiĢiklik yapılmıĢ olmasına rağmen sonuç olarak birçok Avrupa ülkesinde kabul edilmiĢtir. TETRA, özellikle ticari uygulamaların daha önemli olarak kabul edildiği Avrupa PMR pazarı için tasarımlanmıĢtır. Standart, ticari ses gereksinimlerine ve ağır bir veri iletim gereksinimine sahip birçok kullanıcıya hizmet verecek Ģekilde tasarımlanmıĢtır. Standart, 25 kHz‟lik bant geniĢliğine sahip tek bir kanala dört zaman diliminin tahsis edilmiĢ olduğu zaman bölmeli çoğullama (TDM) teknolojisine dayanır. Tahsis edilmiĢ 25 kHz‟lik bant geniĢliği kanalı üzerindeki veri iletim hızı 36 kbps‟dir (baĢka bir deyiĢle, 1,44 bit/hertz). Burada da vokoderlerde sayısal sinyal iĢleme kullanılır 137

Radyo Mühendisliği Notları

ancak bu sefer veri çıkıĢının en yüksek seviyeye çıkarılması üzerinde durulmaktadır. Bu standart spesifik olarak ticari uygulamalar için geliĢtirilmiĢ olduğundan, taĢıma endüstrisi, taksiler, kuryeler, vb. için bu tip radyo teknolojisinin kullanılması en iyisidir. Bazı kamu hizmetleri için de (elektrik, su ve belediye hizmetleri için) bu tipin kullanılması çok uygun olur. Avrupa genelinde bazı ülkelerde bu sistemler kurulacaktır ve 2004 yılı itibariyle çalıĢmaya baĢlayacaktır. Bazı ülkeler (örneğin, Norveç) orta büyüklükte sistemlere sahiptir ve bu sistemler, baĢarılı bir Ģekilde çalıĢmaktadır. Tetrapol standardı, Fransızlar tarafından geliĢtirildi ve 1994‟te açık bir standart olarak kaydoldu. Bu standart, GSM standartlarına dayanmaktadır ancak GSM cihazları kullanılarak bu standarda doğrudan eriĢilemez. Tetrapol standardı, Frekans Bölmeli Çoğullama (FDM) tekniğini kullanır ve bu yüzden Tetra ile çok az ortak özelliğe sahiptir. 12,5 kHz‟lik kanal aralığı ve Gaussian minimum kaydırmalı modülasyon (GMSK) tekniğini kullanır. Tetrapol‟ün temel avantajları, Tetra‟dan daha basit bir teknolojiye sahip olması, GSM teknolojisi üreten imalâtçıların daha tecrübeli olması ve Tetrapol‟ün Tetra‟dan genelde daha ucuza implement edilebilmesidir.

xxiv. Spesifik Olarak Telemetri Uygulamaları için Sayısal Radyo Spesifik olarak telemetri uygulamaları için sayısal radyo üreten birtakım imalâtçılar mevcuttur. Bunlar, uzun mesafeler üzerinden garantili veri çıkıĢı sağlamak için lisanslı bantlarda çalıĢacak Ģekilde tasarımlanmıĢtır. Bu radyo imalâtçılarının en iyi bilinen iki tanesi, Trio Communications (Trio HaberleĢme) ve Microwave Data Systems‟tir (Mikrodalga Veri Sistemleri). Bu radyoların tasarım felsefesi, veri güvenilirliğinin hayati önemde olduğu uzaktaki ya da düĢmana ait ortamlarda „yarıĢ atı‟ gibi çalıĢmalarıdır. Bu radyolar, normalde dayanıklı birimler olarak imal edilir ve alınan tüm verinin % 100 doğru olmasını sağlayan havadan yapılan haberleĢmeye iliĢkin geliĢmiĢ protokolleri kullanır. Bu tip radyolara iliĢkin bazı özellikler Ģunlardır:  

400–520 MHz ya da 900 MHz telemetri bantlarında çalıĢması 12,5 kHz ya da 25 kHz kanal aralığı 138

Radyo Mühendisliği Notları

              

    

4800, 9600 ya da 19200 bps‟lik veri hızları Tam ya da yarı dupleks çalıĢmaya imkân veren dahili dublekserler Genelde GMSK ya da QAM gibi modülasyon tekniklerinin kullanılması Tam duplikasyonlu dahili bileĢen seçenekleri – güç yükselteçleri, uyarıcılar, alıcılar, modemler, CPU kartları Herhangi bir bileĢenin arızalanması durumunda yedek bileĢenlerin otomatik olarak devreye girmesi Uzaktan izleme birimine alarm gönderilmesi ve değiĢimin otomatik olarak onaylanması RF yıldırım düĢmesinden koruma birimi (yerleĢik) Yerel kontrol için ön panel durum ekranı kontrolü ve bakım (maintenance) kolaylığı Birimlerin tüm parametrelerinin programlanabilir olması Birimin yerel olarak ve uzaktan izlenmesi, teĢhisi ve kontrol edilmesi Uzaktan izleme ve konfigürasyon için Windows tabanlı yazılım paketlerine sahip olması Arızaya neden olan ortak bileĢenler en aza indirilecek Ģekilde tasarım Röle yerine hibrit birleĢtirici devrelerin kullanılması (böylece radyo frekansı değiĢim devreleri en yüksek seviyede güvenilirliğe sahip olur.) C/DSMA çarpıĢma önleme sisteminin kullanılması (böylece birçok RTU tek bir baz istasyonuna eriĢebilir). Sadece % 100 doğru olan verinin alıcı radyodan ileri doğru iletilmesini sağlamak için hata tespit ve hata düzeltme iĢlemlerini gerçekleĢtirmek için havadan yapılan haberleĢmeye iliĢkin geliĢmiĢ protokollerin kullanılması % 100 iletim görev çevrimi için tasarımlanmıĢ olması – 10C ilâ + 65C arasında ya da daha geniĢ çalıĢma sıcaklık aralığı 0 ilâ % 95 arasında ya da daha geniĢ çalıĢma nem aralığı Tam dupleks sürekli çalıĢma için anten portunda 5 watt‟lık RF çıkıĢ gücü Çevre sıcaklığı belirli bir seviyeyi geçerse otomatik RF çıkıĢ gücü azaltması

139

Radyo Mühendisliği Notları

   

Farklı terminallerle bağlantı kurmak için genelde iki seri veri portuna sahip olması Genelde PPP ve SLIP gibi seri ara yüz protokollerini desteklemesi Genelde Modbus gibi endüstriyel protokolleri desteklemesi – 108 dBm‟de 10-6‟dan daha iyi bit hata oranları

xxv. Sayısal Kablosuz Haberleşme 1990‟ların ortalarından beri, kablosuz haberleĢme gitgide geliĢmiĢtir. Bu, genelde radyo haberleĢmesinin iki alanına atıf yapar. Ġlki, daha büyük telekomünikasyon firmaları tarafından çalıĢtırılan kamuya ait lisanslı mobil telefonlardır. GSM gibi ikinci jenerasyon standartlar bu kategoriye girer. Ġkincisi, kablosuz Ģebeke kurmak için kullanılan standartlardır. Bu, genelde mobil bilgisayar için ya da LAN kablolarının yerine kullanılabilir. Ġlk kategoride, „üçüncü jenerasyon‟ hücresel mobil telefonlar konusunda geliĢmeler olmuĢtur. Bu sistemler, kullanıcının Ġnternet‟e ya da ilgili diğer veri Ģebekelerine yüksek hızda eriĢmesini sağlayacak Ģekilde tasarımlanmıĢtır. Bu standartların geliĢiminin tamamlanması ve onaylanması yavaĢ olmuĢtur. Hangi standartların dünya genelinde kabul edilebilir hale geleceği konusunda halâ bazı tartıĢmalar devam etmektedir. GSM Ģebekelerinde günümüzde mevcut olan bir hizmet de Genel Radyo Frekansı Paket Hizmetidir (GPRS). Bu, 21,4 kbps‟ye kadar olan hızların elde edilmesini sağlayabilir. GPRS, bazı basit telemetri uygulamaları için kullanılmaktadır. Gerçek zamanlı veri akıĢı gerektirmeyen ve aramalı eriĢimin kabul edilebilir olduğu uygulamalar için, bu hizmet iyi çalıĢabilir. Son model GSM telefonları ya da bilgisayarların PCM CIA kartları, dahili GPRS modemlere sahiptir. Aksi halde, bir GPRS modem satın alınabilir ve standart bir GSM telefona takılabilir. Ġkinci kategori için, 1990‟ların baĢlarından beri kablosuz LAN ürünleri kullanılmaktadır. Bunlar, LAN geniĢletme gereksinimleri için baĢarılı bir Ģekilde 1 ilâ 2 Mbps arasında veri hızları sağlayabilir. Bu ürünlerin birçoğu, lisanslı olmayan 2,4 GHz bandında yaygın spektrum teknolojisi kullanarak çalıĢmaktadır. Bazıları uluslararası standartlara dayanırken, diğerleri patentli standartlara dayanır. Lisanslı olmayan bantta kullanılmalarından dolayı, RF çıkıĢ güçleri sınırlıdır, bu nedenle çalıĢma aralıkları da sınırlıdır. 140

Radyo Mühendisliği Notları

Bu sistemlerin kullanımıyla ilgili temel sorun, günümüzde özellikle geliĢmiĢ kentsel bölgelerde bu bantta çalıĢan kullanıcı sayısının artmıĢ olmasıdır. Bu, önemli ölçüde enterferansa neden olmakta ve birçok kullanıcı için veri çıkıĢını önemli ölçüde azaltmaktadır. Bölgedeki beklenen ciddi büyüme oranı ile, sorunun daha da kötüleĢeceği düĢünülmektedir. Günümüzde bazı kablosuz LAN standartları, bu pazarda öncelikli hale gelmeye baĢlamaktadır. Bunlar, 1 ve 2 Mbps‟lik veri hızı sağlayan Bluetooth, 11 Mbps sağlayan 803.11b ve 54 Mbps sağlayan 803.11a standartlarıdır. Bluetooth ve 803.11b standartları 2.4 GHz bandında çalıĢırken, 803.11a standardı 5 GHz bandında çalıĢacaktır. AĢağıdaki çizelgede, çeĢitli standartlara iliĢkin kısa bir özet verilmiĢtir ve bu standartlar birbirleriyle karĢılaĢtırılmıĢtır: Ġlk ÇıkıĢ Tarihi

Çoklu EriĢim Teknolojisi

Modülasyon

450-467 MHz 479-496 MHz 747-792 MHz 824-894 MHz 876-960 MHz 17101880 MHz 18501990 MHz

TDMA

GMSK

14,4 kbps

2001

Yukarıda ki gibi

TDMA

GMSK

21,4 kbps

2000

Yukarıda ki gibi

TDMA

GMSK

14,4 kbps

Teknoloji

Coğraya

GSM (Küresel Mobil HaberleĢ me Sistemi)

Temelde Avrupa & Asya, bazı Latin ülkeleri ve Kuzey Amerika

1992

GPRS (Genel Radyo Frekansı Paket Hizmeti)

GSM‟in güncelleĢt i_ rilmiĢ hali

HSCSD (Yüksek Hızlı Devre

GSM‟in güncelleĢt i_ rilmiĢ hali

Frekans bandı

141

Veri hızı

Radyo Mühendisliği Notları

Anahtarla malı Veri Ġletimi) EDGE (GSM geliĢimi için yükseltilm iĢ veri hızları)

GSM‟in güncelleĢt i_ rilmiĢ hali

2001 – 2

Yukarıda ki gibi

TDMA

8 PSK

384 kbps

TIA/EIA136 (Kuzey Amerika Sayısal Hücresel)

Kuzey Amerika ve bazı Latin Amerika ülkeleri

1996

824-894 MHz 18501990 MHz

TDMA

DQPS K

13 kbps

TIA/EIA95-A (CdmaOn e Sistemi)

Kuzey Amerika, Kore ve bazı Asya ülkeleri

1995 1997

824-894 MHz 832-925 MHz 18501990 MHz 17501870 MHz

CDMA

QPSK aĢağı OQPS K yukarı

14,4 kbps

TIA/EIA95-B (CdmaOn e Sistemi)

Kuzey Amerika, Kore ve bazı Asya ülkeleri

1995 – 1997

824-894 MHz 832-925 MHz 18501990 MHz 17501870 MHz

CDMA

QPSK aĢağı OQPS K yukarı

115 kbps

CDMA20 00 (1xRTT) (1xRadyo Telefon Teknolojis i)

Kore, Amerika ve Japonya

2001

411-493 MHz 19202170 MHz

CDMA

QPSK aĢağı HPSK yukarı

307,2 kbps

1xEV-DO (1xSadece GeliĢim

Kore, Amerika ve

2001 -

411-493 MHz

CDMA

QPSK/ 8PSK/ 16QA

2,5 Mbps

142

Radyo Mühendisliği Notları

M aĢağı HPSK yukarı

aĢağı 307 kbps yukarı

CDMA

QPSK aĢağı HPSK yukarı

384 kbps 2 Mbps bina içi

19002025 MHz 19101930 MHz 18501990 MHz

TDMA/ CDMA

QPSK aĢağı HPSK yukarı

384 kbps 2 Mbps bina içi

2003

19002025 MHz 19101930 MHz 18501990 MHz

TDMA/ CDMA

QPSK aĢağı HPSK yukarı

384 kbps

Çin ve WCDMA‟yı (TDD) konuĢlan_ dıran diğer ülkeler

2003

20102025 MHz GSM 900 bant dcS 1800 bant

TDMA/ CDMA

QPSK 8 PSK

384 kbps faz 1 2 Mbps faz 2

Dünya genelinde

2000

24002483 MHz

TDMA

GFSK

1 Mbps günümü zde 2 Mbps gelecekt

Verisi)

Japonya

2002

19202170 MHz

W-CDMA (FDD) (GeniĢ bant CDMA Frekans Bölmeli Dupleks)

Kore, Japonya, Avrupa, Amerika ve Asya ülkeleri

2001

19202170 MHz 18501990 MHz 17101880 MHz

W-CDMA (TDD) (GeniĢ bant CDMA Zaman Bölmeli Dupleks)

Kore, Japonya, Avrupa, Amerika ve Asya ülkeleri

2003

W-CDMA (düĢük çip hızı TDD) (GeniĢ bant CDMA Frekans Bölmeli Dupleks)

Kore, Japonya, Avrupa, Amerika ve Asya ülkeleri

TDSCDMA (Zaman Bölmeli Senkron CDMA)

Bluetooth (Kablosuz KiĢisel Alan Ağı)

143

Radyo Mühendisliği Notları

e 802.11b (Kablosuz Yerel Alan Ağı)

Temelde Kuzey

1999

24002483 MHz

CSMA-CA

DBPS K/ DQPS K

11 Mbps

802.11a (Kablosuz Yerel Alan Ağı)

Temelde Kuzey Amerikada

2002

51505825 MHz

CSMA-CA

BPSK/ QPSK / 16 QAM / 64 QAM kullana n QFDM

54 Mbps

Hiperlan 2 (Kablosuz Yerel Alan Ağı)

Temelde Avrupada ve tüm dünya genelinde

2002

51505825 MHz

CSMA-CA

BPSK/ QPSK / 16 QAM / 64 QAM kullana n QFDM

54 Mbps

144

Radyo Mühendisliği Notları

2

MİKRODALGA SİSTEMİ

i. Giriş Ufuk ya da görüş çizgisi teriminin kendisinden de anlaĢılacağı gibi, görüĢ çizgisi radyo sisteminin temel çalıĢma ilkesi Ģöyle anlatabilir: Uzaktaki ucu görebilirseniz, o zaman o uçla konuĢabilirsiniz. Bu bölümde, iki ya da daha fazla sabit bölge arasında kalıcı haberleĢme linkleri kurmak için genelde kalıcı olarak kurulan noktadan-noktaya radyo sistemlerini anlatacağız. 1. Bölüm‟de açıklandığı gibi, radyo dalgaları elektromanyetik dalgalardır ve iletim frekansı çok düĢük frekanstan (VLF) aĢırı yüksek frekansa (EHF) doğru yükseldikçe, atmosferdeki yayılma karakteristikleri önemli ölçüde değiĢir. Örneğin, 17 kHz civarındaki – duyulabilir aralığın hemen üstünde – bir frekansta çalıĢmakta olan yüksek güçlü bir verici ile denizin içindeki denizaltılara düĢük hızlı veri iletebilmek mümkündür (Avustralya‟da Batı Hint Okyanusundaki denizaltılar için kullanılmaktadır). Diğer taraftan EHF sistemleri Gigahertz aralığında çalıĢmaktadır, frekanslar binlerce Megahertz olarak ölçülür. Bu sistemler genelde sadece birkaç yüz metre mesafe dahilinde çalıĢır ve tepelerin ya da köĢelerin arkasını göremez. Genel kural olarak, frekans ne kadar yüksek olursa, sistem üzerinden iletilebilen bilginin miktarı o kadar çok olacaktır, böylece Amerika‟da Boston‟da limanda yer alan bir gemideki HF sistemi, geminin Stokholm‟deki merkez ofisiyle güvenilir bir Ģekilde haberleĢebilirken; bu haberleĢme, düĢük-kaliteli tek bir ses kanalıyla ya da çok düĢük-hızlı veri ile sınırlıdır. Diğer taraftan, 8 GHz bandında çalıĢan sayısal konvansiyonel bir radyo sistemi, 30 km üzerinden 34 Mbps hızında sayısal sinyal iletebilir ve bu sinyal, ses, veri ve video bilgisinden oluĢabilir. Noktadan-noktaya sistemler için kullanılan frekans aralığı, 1 GHz‟den 50 GHz (bandın sınır değeri) civarına kadar uzanabilir. Bunun üstünde, bazı linkler kızıl-ötesi bölgede çalıĢırken, spektrum, görülebilir aralığa doğru hareket eder. Bu bölümde, radyo linki iletim teorisi ve bir sistemi oluĢturan bileĢenler açıklanmaktadır. Radyo iletimiyle ilgili bazı sorunlar açıklanmaktadır ve 1,7 GHz bandında çalıĢmakta olan bir radyo linki için basit bir radyo yolu hesaplaması verilmektedir.

145

Radyo Mühendisliği Notları

ii. Genel Bilgiler Mikrodalga, 1 GHz (30 cm) ve 100 GHz (0.3 cm) arasındaki frekanslara yakın dalgalar olarak ele alınır. Temel yer komünikasyonları kullanımı, veri Ģebekeleri, telemetri ve mobil radyoyu da içeren çoklanmıĢ komünikasyon sistemlerde bilgi ve kontrol sinyallerini taĢıyan, noktadan noktaya bağlantılar içindir. Yüksek frekansların ilerlemesinin, 30-100 GHz, olası mikrohücresel radyo telefon sistemlerinde gelecekte kullanılması düĢünülerek çalıĢılmalar yapılmaktadır. Bu yüksek frekanslar, aynı zamanda, uydu komünikasyonu ve radar uygulamalarında da kullanılmaktadır. 3 GHz‟e kadar varan mikrodalga frekansları mobil kullanım için ayrılmıĢtır. Eski noktadan-noktaya sistemler, vakumlu tüp teknolojisiyle geliĢtirilmiĢti ve günümüzün standartlarına göre kaba ve hantaldı. VHF bantlarında çalıĢtırılan sistemlerin çoğunluğunun merkezi 80 ve 160 MHz‟di. Anten sistemleri büyüktü ve anten kazancı sınırlıydı ve bunu telafi etmek için, vericiler, 100 watt ya da daha fazla güç verebiliyordu. 1960‟larda kurulan tipik bir sistem, selenyum disk doğrultucuları kullanan 250 V ve 400 V‟luk dc güç kaynaklarından oluĢurdu ve bunlar, standart bir cihaz rafının alttaki üçte birlik kısmını doldururdu. Daha sonra, her bir rafın yaklaĢık 30 cm‟ini dolduran ayrı verici ve alıcı birimleri geliĢtirildi. Vericinin RF çıkıĢı 10 watt‟tı ve bu, genelde çıkıĢı 100 watt‟a çıkarmak üzere bir güç yükseltecini sürmek için kullanılırdı. Anot, katot ve elektrik Ģebekesi gerilimlerini ölçmek için bir ölçme birimi mevcuttu. Bunların hepsinin üstünde, genelde eski transistör teknolojisini kullanan frekans bölmeli çoğullayıcı vardı ve en üstte, bir ac dağıtım sistemi yer alırdı. Tüm terminal rafı, dört ses kanalı kapasitesine sahipti. Modern bir radyo terminali, yaklaĢık olarak bir faks makinesi büyüklüğünde olacaktır ve 450 simultane telefon çağrısını taĢıyacak kapasiteye sahip olabilir. Yarı iletken teknolojisinin hızlı geliĢimi, noktadan-noktaya radyo sistemlerinin kullanımında eĢit derecede hızlı bir geliĢim sağladı. Sayısal sistemlerin kapasitesi 960 ses kanalına çıktı ve kanal baĢına cihaz büyüklüğü ve maliyeti ciddi ölçüde azaldı. Son otuz yılda, geliĢmekte olan ülkelerin ilerlemesini sağlamak ve Batı dünyasındaki yetersiz ve eski sistemleri yenilemek için tüm haberleĢme tiplerinin kullanımında büyük bir artıĢ meydana geldi.

146

Radyo Mühendisliği Notları

ġimdi, farklı tip haberleĢme linklerinin kullanım oranındaki yükseliĢi ve düĢüĢü inceleyeceğiz.

Havai hatlar Açık hava havai kablo hatları hemen hemen kullanımdan kalkmak üzeredir. Kurulmaları ve bakımı pahalıdır, kolayca zarar görebilir ve görsel açıdan pek hoĢ değildir.

Yeraltı bakır kabloları Arazinin uygun olduğu yerlerde yeraltı geniĢ bant kablo ve eĢeksenli kablo sistemleri, geniĢ çapta kullanılmaktaydı; çünkü iĢçilik maliyetleri düĢüktü. Bu sistemler yüzlerce analog kanalı taĢıyabiliyordu ancak yaklaĢık olarak her 10 km‟de bir tekrarlayıcının yer alması gerekliydi. Yer altı kabloları, termitlerin ve toprağı kazan hayvanların saldırılarına karĢı hassastır. Tarımsal bölgelerde dikkatsiz bir Ģekilde yeni yollar açıldığında ya da Ģehirlerde ve kasabalarda çukur kazıldığında yeraltı kabloları zarar görebilir. Hava hatları gibi, yeraltı kabloları ve bunlara ait tekrarlayıcılar, yıldırım düĢmesi yüzünden zarar görebilir ve tamir edilmeleri pahalı ve zaman harcayıcı olabilir. Bazı yer altı kabloları, borulara ya da oluklara yerleĢtirilirdi.

Radyo GörüĢ/ufuk çizgisi radyosu, kablo sistemlerine göre birçok avantaja sahiptir. Dağlık bir ülkede radyo, tepeden tepeye hızlı ve ucuz bir Ģekilde kurulabilir, kayalıklı tepelere kablo döĢemek, kabloların nehirlerden ve göllerden geçmesini sağlamak zordur. Ancak radyo bölgesinde bakım gereklidir; zaman içinde bakım gereksinimi de azaldı, yıldırım düĢmesi halâ bir problem olmakla birlikte, radyo bölgelerinin yeterli bir Ģekilde korunması artık mümkün. Radyonun önemli bir özelliği güvenlikti ve halâ da öyledir. Gerekirse, radyo bölgeleri duvarlar tarafından ve hatta askeri kuvvetler tarafından korunabilir. GömülmüĢ kablolar ve tekrarlayıcı bölgelerinin yerleri kolayca bulunabilir ve düĢmanlar tarafından zarar görebilir.

Fiberoptik kablo Son yıllarda fiberoptik kablo, radyoya karĢı iddialı bir rakiptir. Günümüzde iletmekte olduğumuz bilginin miktarı o kadar çoktur ki, modern sayısal radyo sistemleri bile yetersiz hale gelmektedir. Fiberoptik kablo, çok büyük bir kapasiteye ve geliĢime açık bir 147

Radyo Mühendisliği Notları

yapıya sahiptir ama yine de kazara zarar görebilir; sabotaja uğrayabilir, termitler ve diğer hayvanlar yüzünden zarar görebilir ancak yıldırım düĢmesinden kolay kolay zarar görmez. Fiberoptik kablo döĢenmesinin maliyeti yüksek olabilir ancak kablo kapasitesinin yüksek oluĢu, maliyetin yüksek oluĢunu telafi edebilir ve ayrıca oluklara eski kabloların yerleĢtirilmiĢ olduğu durumda, bu oluklar, yeni fiber kablolar için yeniden kullanılabilir. Günümüzde, hem fiberoptik kablo hem de radyo sistemleri yoğun ilgi görmektedir. ġartların, gereksinimlerin ve arazinin dikkatli bir Ģekilde analiz edilmesi ve ilgili diğer faktörler, sistem tasarımcısının doğru seçimi yapmasını sağlayacaktır. Sayısal kapasite

30 km’lik bir yol için cihaz maliyeti (Amerikan Doları olarak)

Olası avantajlar

Olası dezavantajlar

2 MB ilâ 280 MB

100 K

Radyo

 Kapasitesi yüksektir.  Kurulması kolaydır.  Bölgelerin korunması nispeten daha kolaydır.

 AĢırı yağmur yüzünden kesintiler olabilir.

 Yıldırım  Sabotaj  Tekrarlayıcı bölgelerine eriĢim

Fiber kablo

2 MB ilâ 280 MB (Not 1)

240 k kablo 20 K cihaz (Not 2)

 Kapasitesi çok yüksektir.  Fırtınaya karĢı dayanıklıdır.

 Kurulum maliyeti yüksektir.  Arazi kullanım izni, vb. gerektirebilir.

 Termitler  Yol çalıĢması  Çiftçilik  Sabotaj  Seller

Sistem güvenilirliği için risk teĢkil eden durumlar

Notlar 1. Bir fiber kablonun sayısal kapasitesi neredeyse sınırsızdır çünkü çok az ilâve maliyetle birçok fiber tek bir kabloya yerleştirilebilir. 2. Kablo maliyetleri yapıya ve koruyucu kaplamalara bağlı olarak değişir.

Çizelge 2.1 – Radyo ve fiber kablo sistemlerinin karşılaştırılması

148

Radyo Mühendisliği Notları

iii. Noktadan-Noktaya Radyo Sistemleri Yıllardır, noktadan-noktaya linkler, sabit radyo sistemlerinin ana uygulaması olmuĢtur. Bu linkler, sabit bir nokta ile diğeri arasında haberleĢme devreleri sağlar. Kamuya ait haberleĢmede Ģehirler ve kasabalar birbirine bağlanır, endüstriyel durumlarda, merkezi bir tesis, uzaktaki madenlere ya da sondaj bölgelerine bağlanabilir ve askeri uygulamalarda, merkezi karargah ile uzaktaki bir bölge/cephe arasında bağlantı kurmak için taĢınabilir terminaller kullanılır.

ġekil 2.1 – Tipik sayısal radyo ya da fiber kablo sistemi Doğa Ģartları uygunsa, genelde tek bir atlama bir kasabayı diğerine ya da belki de 40 km ileride yer alan endüstriyel bir tesise bağlayabilir. Arazi dağlık ise, ġekil 2.2‟de gösterilen konfigürasyonun kullanılması mümkündür. Bu konfigürasyonda, ilk kasabadan tepenin üstündeki tekrarlayıcı istasyona gitmek için bir atlama gerçekleĢtirilmesi gereklidir, vadinin üzerinden geçmek için bir tane daha ve diğer tepeden aĢağıdaki ikinci kasabaya ulaĢmak için bir atlama daha gereklidir. Birbirlerine olan uzaklığı belki de yüzlerce kilometre olan büyük kasabaların ve Ģehirlerin bağlantı kurmasının gerekli olduğu ve trafiğin yoğun olduğu ve böylece maliyeti telafi ettiği durumda, sistem, her biri arasında yaklaĢık 50 km olan birçok tekrarlayıcı istasyonu kullanabilir. Bazen, „çıkma‟ [:spur] link olarak adlandırılan daha küçük linkler yol üzerindeki kasabalara hizmet verebilir.

149

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 2.2 – Dağlık bir bölgenin üzerinden geçen kısa bir radyo linki Noktadan-noktaya radyoya iliĢkin tipik bir uygulama, ġekil 2.3‟te gösterilmiĢtir ve bu uygulama, demiryolu ve boru hattı sistemlerine çeĢitli haberleĢme hizmetleri sağlamak için kullanılır. Yol boyunca genelde aralarında 30 ilâ 50 km mesafe olan tekrarlayıcı istasyonlar mevcuttur. Radyo linki genelde, uzak uçta yer alan madenlere ya da petrol alanlarına telefon ve veri devrelerini taĢıyacaktır. Her bir tekrarlayıcı bölgesinde, bazı devreler, mobil radyo baz istasyonlarına bağlanacaktır, bu da, demiryolunda ya da boru hattında çalıĢan bakım ekibi için iyi bir haberleĢmenin gerçekleĢmesini sağlayacaktır. Yol kenarındaki istasyonlara demiryolu iĢaretleĢme bilgisini ya da boru hattı telemetri verisini taĢımak için baĢka bağlantılar kullanılacaktır. Bazı demiryolu operatörleri, yol kenarında sürtünmeden-ısınmıĢ-dingil detektörleri kullanmaktadır; bu detektörler, kızıl ötesi algılayıcıya sahiptir ve demiryolu aracının tekerleklerine yakın bir Ģekilde monte edilmiĢtir.

ġekil 2.3 – Maden çalışmasına hizmet veren uzun bir radyo linki

150

Radyo Mühendisliği Notları

Bir rulmanın aĢırı ısındığı tespit edildiğinde; cihaz, radyo sistemi vasıtasıyla demiryolu kontrolörüne sinyal gönderir ve sıkıĢmıĢ bir rulmanın neden olacağı muhtemel bir kaza önlenmiĢ olur. Yol kenarındaki bakım kamplarıyla telefon ve veri iletiĢimi sağlamak için de gerekli bağlantılar kurulabilir.

iv. Tek Noktadan-Çok Noktaya Sistem tasarımcısı için özel sorunlara neden olan birtakım durumlar vardır. Her biri çok sınırlı telefon ya da veri gereksinimine sahip on ya da yirmi tane çok küçük topluluk tarafından çevrelenmiĢ bir kasabayı ya da uzaktaki birçok sondaj pompasının, su deposunun ya da elektriksel anahtarlama istasyonunun çalıĢmasını izleyen merkezi bir kontrol istasyonunu düĢünün. Tasarımcı, her bir bölgeyle bir tane olacak Ģekilde çok sayıda noktadan-noktaya link kurabilir ancak bu, merkez istasyonda çok büyük ve pahalı bir yapının kullanılmasını gerektirebilir (tek bir direk üzerinde çok sayıda antenin bulunmasını gerektirebilir). Bu linklerin birçoğu, günde belki de sadece birkaç dakika kullanılacaktır, bu nedenle sistem çok verimsiz çalıĢacaktır. BaĢka bir problem ise, her bir link ayrı bir frekans gerektireceği için, on ya da oniki tane radyo frekans çiftinin kullanılmasıdır. Ayrıca Bölüm 1.xv‟teki ara modülasyon ve enterferans problemleri de hesaba katılmalıdır. Uydular hakkındaki bölümde açıklananlara benzer zaman bölmeli çoğullama tipi olan zaman bölmeli çoklu eriĢim [:(TDMA) time division multiple access] ya da bazen istek güdümlü çoklu eriĢim [:(DAMA) demand assignment multiple access] kullanan sistemler daha pratik bir çözüm sağlar. TDMA sistemleri 1980‟lerde geliĢtirilmiĢti ve ilk geliĢmeler, analog radyoda gerçekleĢti. Bu tip sistemlerde, tek bir merkezi istasyon vericisi, her bir uzak sistemi bir kod vasıtasıyla sırayla sorgular. Bu aĢamada, uzaktaki alıcıların tümü faal ve vericilerin tümü faal olmayan haldedir. Belirli bir istasyon merkez istasyonla bağlantı kurmak isterse, söz konusu istasyondaki verici bir cevap koduyla cevap verir ve merkez istasyon taramayı durdurur ve uzaktaki bölgeyle tam dupleks bağlantı kurar. O zaman bir veri ya da telefon çağrısı gerçekleĢir ve çağrı sonlandırıldığında, uzaktaki verici faal olmayan hale gelir ve merkez istasyon yeniden taramaya baĢlar. Merkez istasyonda uzak bir bölge için bir çağrı baĢlatıldığında, uzaktaki bölgeye iletilen kod, uzaktaki vericiyi faal hale getirmek için ilâve bir talimat içerir böylece bir çağrı baĢlatılabilir. TDMA 151

Radyo Mühendisliği Notları

sistemleri basit ve verimliydi ancak tek bir çağrı ile sınırlıydı ve bir çağrı gerçekleĢirken, hat tekrar müsait olana kadar uzaktaki diğer bölgelerin beklemesi gerekiyordu. Günümüzde sayısal teknoloji kullanan TDMA sistemleri tercih edilmektedir çünkü performansları daha yüksektir ve sayısal iletim sistemlerine doğrudan entegre edilebilirler.

ġekil 2.4 – Tek noktadan-çok noktaya sistem Tipik bir TDMA sistemi 1,5 ya da 2,5 GHz bandında çalıĢır ve her biri 64 kbps‟de çalıĢan 30 tane simultane trafik devresine sahip 152

Radyo Mühendisliği Notları

olabilir. 158 taneye kadar uzak istasyonla ve her biri kendisine tahsis edilmiĢ bir telefon numarasına sahip 480 aboneyle çalıĢabilir, böylece sistem, herhangi bir telefon Ģebekesine entegre edilebilir. Bölge, merkez istasyonla doğrudan radyo linki kuramayacak kadar istasyondan uzakta ise, aralığı geniĢletmek için tekrarlayıcı istasyon kullanılabilir. Gerekli ise, aboneler tekrarlayıcıya bağlanabilir ya da trafikle ilgili hiçbir Ģart yoksa, tekrarlayıcı, doğrudan tekrarlayıcı olarak çalıĢabilir. ġekil 2.4‟te, tipik bir TDMA sistemine iliĢkin blok diyagram gösterilmektedir. Bu sistem, denizdeki kaynaklara ses ve telemetri hizmetleri ve karadaki depolara, pompalara, su ve elektrik tesisatlarına da benzer hizmetler sağlayabilir. Bu sistem, ayrıca yakındaki bir köye de hizmet verir, tesis iĢçilerine telefon hizmeti sağlamanın yanı sıra sağlık merkezlerinde, polis teĢkilatında, postanelerde ve benzeri kamu hizmetlerinde de kullanılır. Sistem üzerinde teleks hizmetlerinin sağlanması ve hatta ankesörlü telefonların çalıĢtırılması bile mümkündür. Ayrıca, tesis kontrol odası ile uzak bölgeler arasında ya da iki uzak bölge arasında, 1200 bps ilâ 19,2 kbps arasında çalıĢan düĢük hızlı kalıcı veri devrelerinin kurulması da mümkündür. TDMA merkez istasyonu, tesis PABX‟i ile birlikte tesis kontrol odasında yer alırken, verici cihaz, uzak bölgeleri en iyi Ģekilde kapsayabilmesi için tepe bölgesine yerleĢtirilecektir. Ġki cihaz tipi arasındaki bağlantı, 2 MB‟lık normal bir linktir, araziden dolayı, bu link muhtemelen bir radyo linki olacaktır. Merkez istasyon, TDMA sistemindeki abone sayısı kadar telefon çiftiyle PABX‟e bağlanacaktır. Yakında kamuya ait bir santrala sahip bir kasaba yer alsaydı, bu santral, radyo yolu ile ya da kablo ile PABX‟e bağlanırdı ve PABX üzerinden gerekli sayıda uzak bölgeyi anahtarlayarak, Ulusal kamu Ģebekesine eriĢebilirdi. Uzak bölgelere olan veri hizmetleri, PABX tarafından anahtarlanır ya da doğrudan bir yönlendiriciye bağlanırdı.

ÇalıĢma teorisi Uydu sistemlerine uygulanabilen TDMA teorisi, Bölüm 3.iv‟de açıklanmaktadır. Tipik bir mikrodalga TDMA sisteminin çalıĢma Ģekli, Bölüm 2.8‟de açıklanan sayısal çoğullama sürecinin anlaĢılmasını gerektirir, bu nedenle, okuyucunun diğer bölümlere geçmeden önce bu bölümü anlaması gereklidir.

153

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 2.8‟de, PCM kodlu ses bilgisinin ve/veya temel hızdaki 64 kB‟lık verinin 2048 kbps‟lik zaman çerçevesine nasıl konduğu gösterilmektedir. 32 tane zaman dilimi mevcuttur ve bunların iki tanesi sistem trafiği için kullanılabilen 30 zaman dilimini denetlemek ve iĢaretleĢmek için kullanılır. Merkez istasyon sürekli olarak iletim gerçekleĢtirir ve tüm uzak bölgeler bilginin tümünü alır ancak her bir bölge sadece kendi benzersiz adresini taĢıyan zaman diliminin kodunu çözer. Bu durumda, merkez istasyonun 64 kbps‟lik dizgisi Ģu Ģekilde iletilir: 30 ayrı bölgenin her birine bir tane ya da alternatif olarak 1 bölgeye 10 dizgi, baĢka bir bölgeye altı tane, diğer dört bölgenin her birine iki tane dizgi gönderilir ve kalan altı dizgi ayrı bölgelere gönderilir. Her bir uzak istasyon, iletilen bilgiyi aldığında, hangi zaman diliminin kodunu çözdüğünü bilir ve merkez istasyona geri iletim yapmak için, söz konusu zaman çerçevesinin baĢlangıcında vericiyi faal hale getirir ve zaman çerçevesinin sonunda vericiyi faal olmayan hale getirir. Bu Ģekilde, daha önce olduğu gibi, 30 uzak bölgenin tümü, merkez istayona aynı frekansta iletim yapabilir. Her bir uzak bölge ile merkez istasyon arasındaki mesafe aynı olmayacağı için, sinyallerin uzak bölgeye ya da uzak bölgeden iletilme süreleri farklı olacaktır. Merkez istasyon bu varyasyonları izleyebilir ve dakika zamanlama hatalarına iliĢkin bir düzenleme yapabilir. Bazı sistemler, bu zamanlama kontrolünde o kadar baĢarılıdır ki, bu sistemler, kazı makinesi gibi ya da talim gemisi gibi yavaĢ hareket eden bir araçla haberleĢme sağlayabilir. Bu açıklamalar, tipik bir TDMA sisteminin çalıĢmasına iliĢkin kısa ve basitleĢtirilmiĢ açıklamalardır, uygulamada, zaman dilimi düzenlemesi ve iĢaretleĢme, açıklanmıĢ olandan daha karmaĢıktır.

v. Tipik Bir Radyo Terminali Bir radyo vericisinin ya da alıcısının çalıĢmasına iliĢkin ayrıntılar, sistem tasarımcısı için derin bir önem arz etmemektedir, tasarımcı normalde vericiyi ve alıcıyı kara kutu olarak kabul edebilecek ve genel özelliklere odaklanacaktır. ġekil 2.5‟te, sayısal bir radyo terminalinin basitleĢtirilmiĢ blok diyagramı gösterilmektedir ve bu bölümde, bileĢen modüllerin fonksiyonu kısaca açıklanacaktır.

154

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 2.5 – Sayısal bir radyo terminalinin blok diyagramı

Verici CCITT standartlarına göre kodlanan sayısal bir sinyal enkodere beslenir, enkoderde saklanır, sinyale bit dolgulaması yapılır ve parite bilgisi eklenir. Gürültüyü ve harmonik frekansları elemek için, sinyal, bant-geçiren bir filtreden geçirilir. Daha sonra, sinyal, yüksek hızlı bir anahtarın ikili/binari bilgiyi iki karıĢtırıcı ya da kapı devresinden birine yönlendirdiği modülatöre aktarılır, ikili/binari durumuna göre kapılardan biri faal hale gelecektir. Kapılardan biri 70 ya da 140 MHz‟lik ara frekansta taĢıyıcı sinyali besler. Diğer kapı, aynı frekansı 90 faz kayması ile bant geçiren baĢka bir filtreye besler. Daha sonra, sinyal, ara frekansın lokal bir osilatörle karıĢtırıldığı karıĢtırıcıya ya da üst konvertöre iletilir. Bu lokal osilatör, istenen radyo frekansının 70 ya da 140 MHz altındaki bir frekansta çalıĢacaktır.

155

Radyo Mühendisliği Notları

Sonuçta oluĢan radyo taĢıyıcısı, gücü belki de 1,0 ilâ 10,0 watt arasındaki bir değere yükseltmek için bir güç yükseltecine iletilecektir ve baĢka bir bant geçiren filtreden geçtikten sonra, anten besleme kablosu vasıtasıyla antene aktarılacaktır.

Alıcı Anten tarafından alınan bir radyo frekans sinyali, alıcıya girecektir ve bu sinyal, anten tarafından toplanmıĢ olabilen diğer enterferansı ortadan kaldırmak için bant geçiren bir filtreden geçecektir. Daha sonra sinyal, RF yükseltecine ve buradan da karıĢtırıcıya ya da alt konvertöre iletilir. Vericide olduğu gibi lokal bir osilatörden gelen radyo frekansından 70 ya da 140 MHz kadar farklı olan bir sinyalle karıĢtırılacaktır. Alt konvertörün çıkıĢı ara frekansta olacaktır ve yükseltece beslenir. Bu IF yükselteci antendeki sinyal sönümlemesinin neden olduğu RF giriĢ sinyal seviyesindeki varyasyonları büyük ölçüde telafi edebilir böylece giriĢ 50 ya da 60 dB düĢerken, çıkıĢ neredeyse sabit kalacaktır. GeniĢ bir çalıĢma aralığında sistemin kararlılığının sağlanmasında bu otomatik kazanç kontrolü (AGC) çok önemli bir faktördür. Daha sonra IF sinyali demodülatöre aktarılır. Demodülatörde sinyal iki tane yüksek-hızlı anahtarı ya da faz detektörünü besleyecek Ģekilde bölünür. IF sinyali faz-bir anahtarında olduğunda (diyagramda) ikili 0 üretilecek, IF sinyali faz-kuvadratürde olduğunda, ikili 1 üretilecektir. Bu ikili durumları rejeneratöre gönderilecek ve sayısal sinyal oluĢturulacaktır. Sinyal, kod çözücüye iletilecek, burada parite kontrolleri yapılacak ve sinyal CCITT biçimine dönüĢtürülecektir; sinyal, alıcı çıkıĢından çoğullama sistemine iletilir. Yukarıda açıklananlar, sayısal radyo sisteminin ilkelerinin genel olarak anlaĢılmasını sağlayacaktır. Uygulamadaki sistemlerde, modülasyon sürecinin daha verimli olmasını sağlayan ve böylece radyo linki üzerinden yüksek-hızlı veri dizgilerinin iletilmesine imkân veren çok-seviyeli kuvadratür genlik modülasyonu (M-QAM) gibi daha karmaĢık modülasyon metotları kullanılacaktır.

vi. Modülasyon Metotları Önceki bölümde gösterilen sayısal modülasyon ve demodülasyon sistemi en basit tiptedir, verimsizdir ve sadece düĢük veri hızlarında çalıĢabilir. Modülatöre beslenen sinyal, iki gerilim seviyesinden ya da sinyal durumundan oluĢan ikili bir sinyaldir ve bu temel bilgiden, 156

Radyo Mühendisliği Notları

giriĢ sinyalinin örneklenen gerilimini temsil etmek için sayısal bir sözcük oluĢturulur. Önceki bölümde, ikili sinyalin durumundaki değiĢimi temsil etmek için ara frekansın ve böylece taĢıyıcı frekansın 90 faz kaymasına tâbi tutulduğunu görmüĢtük. Bu, bir vektör olarak temsil edilebilir ve ġekil 2.6‟da 1-PSK olarak gösterilmektedir.

ġekil 2.6 – Bazı modülasyon örüntüleri 1-PSK‟dan baĢlarsak, fazın hem + 90 hem de – 90 kaydırılması kolaydır ve bu iki durum, 2 PSK ile temsil edilebilir. Bu durumların her biri, örneklenen giriĢ sinyalinde spesifik bir gerilim seviyesini gösterebilir. Ġkinci adımda, faz, örneğin 45 gibi küçük artıĢlarla kaydırılmaktır ve Ģimdi, söz konusu dört durumu göstermek için taĢıyıcı sinyal faz modülasyonuna tâbi tutulabilir, faz 45, 135, 225 ve 315‟ye

157

Radyo Mühendisliği Notları

kaydırılır. ġimdi dört PSK ya da QPSK diyagramında gösterildiği gibi iki-bitli sözcüğü doğrudan temsil etmek için bu dört durumun her biri kullanılabilir. Faz sadece 22,5 kaydırılarak, örüntü 8 PSK‟ya çıkarılabilir ve modülatörün çıkıĢı, 2 PSK sisteminin çıkıĢının üç katıdır. Örüntü 16 noktaya çıkarılırsa, demodülatördeki örüntüyü ayırt etmek için basit faz kaydırma açısı yeterli olmayacaktır. Ancak, kuvadratür genlik modülasyonu olarak adlandırılan bir genlik modülasyon tipi tarafından aynı örüntü üretilebilir ve QAM, nokta konumunu, fazaçısı ve genlik cinsinden bir vektör olarak tanımladığı için, 16 QAM‟in üretilmesi basit bir konu haline gelir, bu da dört-bitli sözcüğe imkân verir. Son adımdan sonra, 64 QAM‟e ve hatta daha yüksek seviyelere çıkmak mümkündür, böylece modülasyon ve demodülasyon aĢamalarının çıkıĢı büyük ölçüde artar. Bu fonksiyonları gerçekleĢtiren devreler oldukça karmaĢık olabilir, sistem tasarımcısının bu devreleri anlaması zordur ve gerekli de değildir çünkü tasarımcı genelde, gerekli veri hızını sağlamak için standart verici ve alıcı modülleri kullanıyor olacaktır.

vii. Standartlar Elektronik ve haberleĢme endüstrileriyle ilgili standart hazırlayan birçok organizasyon mevcuttur. Bazıları ulusaldır, ancak CCITT (Uluslararası Telefon ve Telgraf DanıĢma Komitesi) gibi diğer organizasyonlar, dünya genelinde kullanılan standartlar üretir. (CCITT, Ģimdi Uluslararası Telekomünikasyon Birliği (ITU) ile birleĢmiĢtir). Birçok ulusal kamu taĢıyıcısı, özel abone cihazlarıyla olan ara yüzler için kendi standartlarını belirler ve bunlar, ortak uluslararası standartlara dayalı olsalar da, genelde lokal Ģartlara uygun olacak Ģekilde modifiye edilirler. Yerel sistem tasarımcıları uluslararası standartlarla pek ilgilenmiyor gibi görünseler de, kendi Ģebekeleri ulusal Ģebekelere ve böylece uluslararası Ģebekelere bağlandığında ilgilenmeye baĢlarlar. Avustralya‟da uzak bir tesis bölgesinde çalıĢan bir mühendisin özel bir Ģebekeden ulusal Ģebekeye ve böylece Polonya‟daki bir fabrikaya bağlandığı durumu düĢünün. Bu gibi bir çağrıda peĢ peĢe birçok kısım vardır ve her bir kısım izin verilen çağrı kötüleĢme derecesine iliĢkin olarak bir sınırlama getirmezse, o zaman çağrı iĢe yaramaz hale gelene kadar bozulacaktır. 158

Radyo Mühendisliği Notları

Analog sistemlerde, her bir modülasyon ve demodülasyon aĢamasında eklenen kümülatif bozuluma karĢı yeterli ses seviyelerinin elde edilebilmesi sorunu, sistem tasarımcısını ciddi ölçüde kısıtlamıĢtı ve standardın altındaki sistemlerin ulusal bir Ģebekeye bağlanmasına izin verilmemekteydi. Sayısal sistemlerde durum çok daha kolaydır çünkü sayısal bir sistem, bilgiyi kötüleĢtirmeden (sistemin performansını belirlemek için bit-hata oranları kullanılır) birçok kereler yeniden üretilebilir. Maalesef, bir ses devresinin analogdan sayısala ve daha sonra sayısaldan analoğa dönüĢtürülmesi sırasında bir miktar bozulum oluĢur ve kuantizasyon bozulumu olarak adlandırılan bu bozulum, Bölüm 2.8.2‟de açıklanacaktır. Her bir A–D ve D–A dönüĢümü, belli sayıda kuantizasyon bozulum birimine (QDU‟lara) neden olur ve özel Ģebeke, izin verilen QDU sayısını aĢarsa, özel Ģebekenin ulusal Ģebekeyle bağlantı kurmasına izin verilmez. Önemli baĢka bir standart grubu ise, ulusal Ģebekelerin ve haberleĢme dünyasının baĢka birçok kısmının birbiriyle olan bağlantısını düzenlemek için kullanılan standartlardır. Bu standartlar, Uluslararası Telekomünikasyon Birliği (ITU) tarafından yayımlanır. Uluslararası Telsiz DanıĢma Komitesi (CCIR) düzenlemeleri, radyo haberleĢmesiyle ilgili birçok konuyu ve CCITT düzenlemeleri, telefon ve veri haberleĢmesiyle ilgili birçok hususu kapsamaktadır. Adı eski gibi görünse de, bu düzenlemeler, veri, faks ve video haberleĢmesi gibi birçok güncel ve modern konuyu kapsamaktadır. Her bir ülkede, kamuya ait Ģebekelere bağlanmak için kullanılan ara bağlantı standartlarını yayımlayan düzenleyici bir kurum vardır. Genel olarak, bunlara, müĢterinin bina ve müĢtemilatındaki bağlantı tertibatı ve lisans Ģartları da dahildir. Sistem tasarımcısının, birçok ara bağlantı için zorunlu olan ve neredeyse tüm haberleĢme cihaz tiplerinin özellikleri için çok faydalı kriterler sağlayan bu düzenlemelerden ve standartlardan haberdar olması çok önemlidir. Türkiye de bilindiği gibi Bilgi Teknolojileri ve ĠletiĢim Kurumu (eski adıyla Telekomünikasyon Kurumu), RTÜK-Radyo Televizyon Üst Kurulu gibi birlikler kurulmuĢ ve bu birlikler vasıtasıyla haberleĢme alanında standartlar, yasal izinler sağlanmaktadır.

159

Radyo Mühendisliği Notları

viii. Çoklama Cihazları ve Veri Hızları Analog çoklama sistemleri Analog çoğullama (çoklama) cihazı, günümüzde modern cihazlarda nadir olarak kullanılmaktadır. Bu cihaz, frekans bölmeli çoğullama (FDM) sistemini kullanmaktaydı. Oniki analog ses kanalı, frekans ayrımlı bir yığıtta birleĢtirildiğinde grup oluĢurdu ve beĢ tane grup birleĢtiğinde ise altmıĢ kanallık süpergrup oluĢurdu. Sistemin kapasitesine bağlı olarak, bu süpergruplar en fazla 960 kanal oluĢturacak Ģekilde birleĢtirilebilirdi. Analog sistem güvenilir olsa da, modem kullanmadan sayısal bilginin iletilmesinin gerekli oluĢu, analog iletimin demode olmasına neden olmuĢtur.

ġekil 2.7 – Temel bir frekans bölmeli çoğullama sistemi ġekil 2.7‟de basit bir FDM sisteminin blok diyagramı gösterilmektedir. Gelen oniki ses kanalı, bir karıĢtırıcı grubuna iletilir, onbir tanesi bir taĢıyıcı frekans üretecinin çoklu çıkıĢlarıyla birleĢir. Kanalların VF bant geniĢliği genelde 300 ilâ 3400 Hz aralığında olup sınırlıdır. 3,40 kHz ilâ 3,8 kHz arasında, E ve M iĢaretleĢme için eski tip telefon iĢaretleĢme sistemlerinde kullanılan iki tane tek-bitli veri kanalı mevcuttur. 300 Hz‟in altındaki ve 3,8 kHz‟in üstündeki boĢluk, komĢu kanallardan gelen enterferansı önlemek için koruma bantları olarak boĢ tutulmaktadır. Ġlk kanal karıĢtırılmamıĢtır ve taban banda alt frekans dilimi olarak girer. Ġkinci kanal, 4 kHz‟lik bir taĢıyıcı ile karıĢtırılmıĢtır ve E ve M sinyalleri 7,4 ilâ 7,8 kHz bandında olacak Ģekilde toplam frekans bandı 4,3 ilâ 7,4 kHz arasındaki banttır. Üçüncü kanal, 8 kHz‟lik bir taĢıyıcı ile karıĢtırılmıĢtır ve 8 ilâ 12 kHz arasındaki üçüncü taban160

Radyo Mühendisliği Notları

bant dilimine çoğullanmıĢtır. Onikinci kanala kadar bu böyle devam eder, onikinci kanal, 44 ilâ 48 kHz arasındaki dilimdir. Alıcı uçta süreç tersine çevrilir ancak karıĢtırma sürecinin toplamı yerine farkı kullanılmaktadır ve taban-banttaki çoğullanmıĢ oniki kanal, oniki ayrı VF kanalına çözülür. Genelde, ÇOĞULLAMA ve ÇOĞULLAMANIN ÇÖZÜLMESĠ için aynı taĢıyıcı üreteci kullanılır ve sistemin her iki ucundaki taĢıyıcı üreteçlerinin senkron olması önemlidir.

Sayısal çoklama Sayısal çoklama sistemlerini incelemeden önce, analog sinyallerin sayısal biçime nasıl dönüĢtürüldüğü anlaĢılmalıdır ve ġekil 2.8‟de, bunun darbe kod modülasyonu [:(PCM) pulse code modulation] kullanılarak nasıl gerçekleĢtirildiği gösterilmektedir.

ġekil 2.8 – Temel darbe kod modülasyonu Analog dalga biçiminin genliği, düzenli bir hızda örneklenir ve örneklenen genlik, sıradaki örnekleme aralığına kadar bir tutma devresi tarafından tutulur. Bu gerilim seviyeleri, 128 ya da 256 ayrık

161

Radyo Mühendisliği Notları

gerilim adımının en yakın olanına doğru yuvarlanır ve bu adımların genliğini temsil eden 7 ya da 8 bitlik bir sayı kullanılır. Bir sinyal, sinyalin en yüksek frekansının iki katındaki bir hızda örneklenirse, orijinal sinyal, örneklerden doğru bir Ģekilde elde edilebilir (Nyquist örnekleme hızı). 0 ilâ 4 kHz arasındaki bir VF sinyali iletilecekse, örnekleme hızı saniyede 4 k‟nın iki katı ya da 8000 örnek olacaktır ve her bir örnek 8 bitli bir sayı ise, bit hızı 64 kbps/s olacaktır (8 x 8 k). Bu 64 kbps‟lik birim, Avrupa CCITT standartlarını kullanan mevcut birçok sayısal modülasyon sisteminin temelini oluĢturmaktadır, Amerikan sistemi, bazen 7 bitlik örnek kullanır, bu nedenle 56 kbps‟lik bir birim kullanılır. Sayısal bir sinyalin gürültü nedeniyle bozulmamasına ve iletim sisteminde gerekli oldukça yeniden kolayca üretilebilmesine rağmen, A–D dönüĢümü nedeniyle bir miktar bozulum oluĢur ve daha sonra alıcı uçtaki D–A dönüĢümü ile bir miktar bozulum daha oluĢur. Bu, kuantizasyon bozulumu olarak adlandırılır ve analog dalga biçiminden alınabilen örneklerin sınırlı sayıda olmasından kaynaklanır, bu nedenle düzgün bir dalga biçimi yerine, üretilen sonuç biraz çentiklidir, testere ağzı gibidir. Bu, bir sinyalin A–D ve D–A dönüĢüm sayısını sınırlar. Bu dönüĢümlere kuantizasyon bozulum birimi (QDU) değeri atanır, bu değer daha sonra sayısal bir iletim sisteminin performansını yansıtmak için kullanılır. Taban 64 kbps birimiyle baĢlarsak, çoğullanmıĢ bir bit dizgisi oluĢturmak için 30 kanallık bir grup „uçtan-uca‟ yerleĢtirilebilir ve 2,048 Mbps‟de çalıĢır. Bu, Seviye 1 çoğullama ya da 1 DME olarak adlandırılır ve gerçekte 32 x 64 kbps içerir. CCITT tasarımına göre, ilk zaman dilimi, senkronizasyon ve alarm bilgisi taĢımak ve 16. zaman dilimi, 30 VF kanalı için tüm E ve M iĢaretleĢme bilgisini taĢımak için kullanılır. ġekil 2.10‟da bu yapıya iliĢkin bir model gösterilmektedir. Uluslararası terminolojide, bu, genelde ‘E1’ PCM tekniği olarak bilinmektedir.

162

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 2.9 – 2,048 MB’lik bir dizgideki 30 x 64 kB’lık ses kanallarının CCITT modeli Genelde 2 Mb olarak bilinen temel 2,048 Mb‟lık dizgi, daha sonra özdeĢ olarak çerçevelenmiĢ 2 Mb‟lık dizgilerle birleĢtirilebilir ya da çoğullanabilir, 8 Mb‟lık 2 DME seviyesi elde edilebilir. 34 Mb‟taki bu seviye 3 DME‟ye kadar gider, burada 4 x 8 ya da 32 Mb değil 34 Mb kullanılmaktadır. Ġlâve 2 Mb, senkronizasyon ya da zamanlama bilgileri tam olarak aynı olmadığında düĢük derecedeki bit dizgilerinin değiĢken olmasına izin vermek için kullanılır. 34 Mb‟lık dizgiler, daha yüksek bit hızlarında çalıĢabilen daha yüksek kapasiteli sistemlere bile çoğullanabilir. Bu gibi sistemler, ulusal ve uluslararası devrelerde yaygındır ve 140 ve 565 Mbps‟lik veri hızlarında çalıĢmaktadır ancak birçok endüstriyel uygulama sistemi için, normal olan 2 ya da 8 Mbps‟de çalıĢmaktır.

163

Radyo Mühendisliği Notları

CCITT „E1‟ uluslararası standardı geliĢtirilmeden önce 1960‟larda Kuzey Amerika‟da bir çoğullama tekniği geliĢtirildi. Bu teknik erken ortaya çıkmıĢ olmasından ve geniĢ çapta kullanılan ve kabul edilen bir teknik olmasından dolayı, Amerikan çoğullama standardı olarak bilindi, yaygın olarak ‘T1’ PCM olarak da adlandırılır. „T1‟ tekniği, konuĢmanın 8 bitlik çözünürlükle örneklenmesinden dolayı „E1‟ tekniğine benzerdir ancak bu sefer, çerçeve baĢına sadece 24 zaman dilimi mevcuttur. Bu yüzden, Nyquist teoremine uyup saniyede 8000 örnek alırsak, her bir ses/veri kanalı, 64 kbps‟lik veri hızına sahip olacaktır. 24 dilimin tümü ses ya da veri için kullanılmaktadır. Bu yüzden, çerçeve hızı 24 x 64 bps = 1,544 Mbps‟dir („E1‟ tekniğinde 2,048 Mbps‟ydi). Eski teknikler, her bir zaman diliminin sekizinci bitinin iĢaretleĢme için kullanılmasını gerektiriyordu. Bu durum, ġekil 2.10‟da gösterilmektedir. Açık bir Ģekilde görüldüğü gibi bu çok verimsiz bir tekniktir çünkü gönderilen bilgi sinyalinin sekizde biri iĢaretleĢme için kullanılmaktadır. Ayrıca, örnekleme çözünürlüğü zaman dilimi baĢına 7 bite ve veri kanalı hızı 56 kbps‟ye düĢmüĢtür. Bu, bir ses sinyalinin, kabul edilebilir telefon kalitesinin altındaki seviyelere düĢmesine neden olabilir. Modern „T1‟ cihazları, iĢaretleĢme bitlerini kanallar arasında paylaĢtırarak ve iĢaretleĢme bilgisini sadece belli çerçevelerde göndererek (baĢka bir deyiĢle, gerekli olduğunda) bu sınırlamaların üstesinden gelmektedir.

ġekil 2.10 – Bir T1 çerçevesi CCITT E1 standardı, yavaĢ yavaĢ dünya genelinde kabul edilen bir standart haline gelmektedir ve Kuzey Amerika pazarında yer almaya baĢlamıĢtır. Ayrıca belirtilmesi gereken bir nokta da Ģudur: ISDN, „E1‟ PCM standardına göre geliĢtirilmiĢtir.

164

Radyo Mühendisliği Notları

Yukarıda açıklanmıĢ olan sistem, sayısal çoğullama teknolojisindeki ilk geliĢmeydi. Ġlk olarak, sistem basitçe sayısal çoğullama sistemi olarak bilinmekteydi. Fiber optik kabloların kapasitesi yüksek-hızlı trafiğe imkân verdiğinden beri, yeni tip çoğullama sistemleri geliĢtirilmiĢtir.

Ses sıkıĢtırma A–D dönüĢümüne iliĢkin PCM metodu, geniĢ bir VF sinyal aralığında, sınırlı bir frekans aralığında bile olsa müzik dahil olmak üzere yüksek kalitede iletim sağlayabilir. Ancak telefon trafiğinin ana bileĢeni olan konuĢmayı taĢımak için kullanılan veri hızı açısından bakıldığında, bu metot verimsizdir. Bu yüzden, 64 kbps‟lik bir dizgi tarafından taĢınabilecek veri miktarı düĢünüldüğünde, PCM gerçekte basit bir kodlama sistemidir. Adaptif Diferansiyel PCM (ya da ADPCM) olarak bilinen alternatif bir sistem geniĢ çapta kullanılır hale gelmiĢtir. Örneklenen dalga biçiminin gerçek genliğini ölçmek yerine, ADPCM, ardıĢık örneklerin değerlerinin birbirine yakın olmasının avantajını kullanmakta, bu nedenle genlikteki değiĢimi kodlamaktadır. ADPCM kullanılarak, 64 kbps‟de önemli ölçüde geliĢmiĢ performans sağlamak mümkündür ya da alternatif olarak 32 kbps‟deki performansı, 64 kbps PCM‟in performansına eĢittir. Daha iyi kodlama metotları geliĢtirilmektedir ve günümüzde birçok imalâtçı, 8 kbps‟de ve hatta daha düĢük değerlerde kodlama sağlayabilmektedir. Kamuya ait haberleĢme için kalite genelde kabul edilebilir seviyede değildir ancak hizmet kanalları ya da diğer mühendislik devreleri için oldukça yeterli olabilir.

Senkron sayısal hiyerarĢi Yukarıda belirtildiği gibi, 2 Mb‟lık dizgilerin zamanlaması, ön tanımlı sınır değerleri dahilinde bir miktar değiĢmektedir. DüĢük derecedeki her bir çoğullama sistemi, kendi saat beslemesine sahiptir, bu da yüksek hızlı bir dizgiye beslendiğinde sorunlara neden olur. Aslında bu sistem asenkrondur ve daha yüksek seviyedeki çoğullama aĢamalarında, dizgiler, bit dolgulamasına tâbi tutulur, her bir münferit dizginin standart bir hıza gelmesi için gerekli sayıda bit eklenir ve daha sonra bu bitler, çoğullama çözme aĢamasında ortadan kaldırılmalıdır. Bu süreç, küçük 2 Mbps‟lik sistemlerde çalıĢan tasarımcıyı ilgilendirmezken, ulusal ve uluslararası trank sistem tasarımcıları için özellikle bir radyo ya da 165

Radyo Mühendisliği Notları

fiber kablo yolu boyunca 2 Mbps‟lik dizgilerin çıkarılmasının ya da yeniden eklenmesinin gerekli olduğu büyük bir sorun haline gelmektedir. 1980‟lerin sonlarında, senkron iletimi kullanan bir sistem geliĢtirildi ve her 2 Mbps‟lik dizgi hassas bir Ģekilde senkronize olduğu için, bu dizgiler, yüksek hızlı bir bit dizgisine doğrudan eklenebilir ve gerekli olduğunda kolayca çıkarılabilir. Bazı uygulamalar çok yüksek veri hızları gerektirdiği için, 10 Gbps‟ye kadar bit dizgilerinin çıkarılması ve eklenmesi mümkündür. Avrupa‟da ve Asya‟da kullanılan senkron sayısal hiyerarĢi (ya da SDH) ve Amerika‟da kullanılan senkron optik ağlar (SONET) hem Avrupa‟ya hem de Amerika‟ya ait PDH yapılarını bağdaĢtıracak Ģekilde tasarımlanmıĢtır. Bu yüzden, yüksek veri hızlı temel dizgilere iliĢkin bilinen düĢük dereceli kollar, 2-8-34 ve 140 Mbps‟a (SDH) ve 1,5-6 ve 45 Mbps‟ye (SONET) dayanır. Yaygın olarak kullanılan SDH/SONET veri hızları Ģunlardır:    

STM 1/OC 3 155 Mbps STM 4/OC12 622 Mbps STM 16/OC 48 2488 Mbps STM 64/OC 192 10 000 Mbps

STM 1 hızlarında çalıĢan mikrodalga linkleri piyasada mevcuttur ve pahalıdır. Tek linkli STM 4 mikrodalga linkleri de mevcuttur ancak bunlar çok daha pahalı ve karmaĢıktır.

2 Mbps dünyası Sayısal iletime ihtiyaç duyan sistem tasarımcısı için çok sayıda giriĢçıkıĢ olanağı mevcuttur. Tipik bir sistemde, doğrudan radyo linkine bağlanabilen 2 Mbps‟lik bir hat ara yüzü, bir fiber iletim sistemi ya da yüksek derecede çoğullama cihazı mevcuttur. Ara yüz, terminal birimi olarak hizmet edebilir ya da tekrarlayıcı bir istasyona çıkarma ve ekleme için eriĢim sağlayabilir. Ara yüz, uzak hat birimleriyle haberleĢme sağlamak için tüm senkronizasyon ve denetim bilgisini sağlar. ġekil 2.11‟de, tipik bir sistemin genel düzeni gösterilmektedir.

166

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 2.11

167

Radyo Mühendisliği Notları

GiriĢ-çıkıĢ birimleri, hat ara yüzüne istendiği gibi bağlanır. Devrenin ne kadar karmaĢık olduğuna bağlı olarak, her I-O birimi baĢına en fazla 10 devre mevcut olacaktır ve bu da, tasarımcıya, neredeyse her türlü cihazı bağlama kolaylığı sunar. ġekil 2.12, bir hat ara yüzüne bağlanabilen ara yüz tipleri hakkında fikir verir.

ġekil 2.12 – 2 Mbps’lik bir hat ara yüzüyle kullanılabilen bazı ara yüz birimleri

ix. Antenler ve Çok Katlı Kuplörler Parabolik ya da çanak antenler genelde 900 MHz‟in üstündeki frekanslar için kullanılır ancak Yagi tipi antenler de bu frekansta yaygın biçimde kullanılmaktadır. 900 MHz‟in üstünde, Yagi tipi bir antendeki kapasitans ve indüktans sınırlayıcı faktörler haline gelir ve imalât zorlaĢır ve pahalı hale gelir. 168

Radyo Mühendisliği Notları

Parabolik anten, genelde dipol tipinde olan ve yansıtıcı çanağın merkez noktasına konan bir yansıtıcıdan oluĢur. Anten, aynen bir projektör gibi çalıĢmaktadır, aydınlatıcıdan gelen enerjinin çoğunu dar bir huzmeye odaklayacaktır ya da alıcı anten söz konusu olduğunda, yansıtıcı yüzeye düĢen enerjiyi toplayacak, dipole odaklayacak ve sonunda elektrik enerjisine dönüĢtürecektir. Antenin büyüklüğü, çalıĢma frekansı ve gerekli kazanç değeri tarafından belirlenir, frekans ne kadar küçükse, çanağın çapı o kadar büyüktür ve gerekli kazanç değeri ne kadar yüksekse, çanak o kadar büyüktür. Radyo-link sistemlerinde, anten huzme-geniĢlikleri oldukça dardır çünkü parabolik antenlerin kazancı çok yüksektir. Bu durum aĢağıdaki çizelgede gösterilmektedir ve bu antenlerin, doğru açıda uzak uca iĢaret etmelerinin gerektiği açıktır. ANTEN HUZME-GENĠġLĠKLERĠ dB cinsinden Yarı güç huzmekazanç geniĢliği 30 35 44

5 3 1

Çizelge 2.2 – Anten hüzme-genişlikleri

ġekil 2.13a – Anten huzme-genişlikleri

169

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 2.13b – Parabolik bir antenin ve antenin huzme genişliğinin gösterimi Ufuk açısının [:azimuth] her iki tarafındaki güç seviyeleri yarı değerine inene kadar (baĢka bir deyiĢle, 3 dB azalana kadar) ölçülerek çanağın huzme geniĢliği belirlenir. Bir 3 dB noktası ile diğer 3 dB noktasının arası huzme geniĢliğidir.

Yansıtıcıların kullanılması Bazen bir tepe ya da büyük bir bina ya da bir depo, iletim yolunun kısa olmasına rağmen görüĢ çizgisini engelleyecektir. Tipik bir örnek dağın yanında ancak aĢağıda kalan bir köydür. Dağın tepesine normal bir tekrarlayıcı istasyon koyma masrafından kurtulmak için, sistem tasarımcısı bazen büyük bir metal yansıtıcı kullanabilir, bu yansıtıcı tıpkı bir ayna gibi kullanılır. AĢağıdaki köyden gelen radyo huzmesini uzaktaki alıcı bölgesine yansıtacaktır. Aynadaki duruma benzer Ģekilde, 180‟ye yakın olan açılar gibi belli yansıma açılarının elde edilmesi mümkün değildir ve bu gibi durumlarda, huzmenin iki kere yansıması için iki tane yansıtıcı kullanılabilir. ġekil 2.14‟te bu gibi bir düzen gösterilmektedir.

170

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 2.14 – Pasif bir çiftli yansıtıcı 6 GHz‟in üstündeki frekanslarda, yüzey çok düzgünse ve yansıtıcılar yeterince büyüklerse, yansıtıcıların kullanılması çok verimli olur. Tipik bir yansıtıcı, 6 m x 9 m boyutlarında olacaktır ve bu, gelen radyo dalgasının neredeyse % 100‟ünü yansıtacaktır.

Pasif tekrarlayıcıların kullanılması 2 GHz‟in altındaki frekanslarda kullanılan pasif yansıtıcılar çok büyük olabilir ve bu yüzden uygulamada zorluklar oluĢabilir. Bu düĢük frekanslarda, iki tane parabolik antenin kurulması mümkündür – antenlerin bir tanesi yakındaki istasyona ve diğeri uzaktaki terminale dönüktür. Kısa bir eĢeksenli kablo parçası, iki anteni birbirine bağlar ve ilk anten tarafından alınan sinyal ikinci anten tarafından yeniden iletilir. Maalesef, bu sistem yansıtıcı sistem kadar verimli değildir çünkü tek bir yansıma yolu yerine peĢ peĢe (tandem) iki yol mevcuttur. PeĢ peĢe yol kayıpları dikkatli bir Ģekilde hesaplanmalıdır, bu kayıplar, sistemin çalıĢmasına imkân vermeyecek derecede yüksek seviyede olabilir. ġekil 2.15‟te pasif bir tekrarlayıcının nasıl kullanıldığı gösterilmektedir.

171

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 2.15 – Pasif bir tekrarlayıcı Pasif tekrarlayıcılar ve yansıtıcılar genelde, sadece yolun bir ucuna yakın oldukları durumda yeterlidir.

Dublekserler ve çok katlı kuplörler Önceki bölümü okuduktan sonra, antenlerin bazen çok pahalı cihazlar olabildikleri görülecektir. Sadece anten ve besleyici kablo binlerce dolar tutmakla kalmaz, bunun yanında, ilgili rüzgar yükleme tasarımıyla birlikte destekleyici yapı, antenden çok daha pahalı olabilir, özellikle Ģiddetli rüzgarların olduğu bölgelerde uzun bir direk ya da kulenin kurulma maliyeti çok yüksektir. Sonuç olarak, anteni en avantajlı biçimde kullanmak için gerekli olan herĢey yapılmalıdır. Bazen aynı frekans bandındaki birçok sistem, aynı genel bölgeye hizmet vermek durumundadır. Belki de noktadan-noktaya link yeterli kapasiteye sahip değildir ve ikinci bir linkin kurulması gereklidir. Güvenilirliği artırmak için mevcut linke sıcak yedek birim eklenebilir ya da aynı bölgeyi kapsamak için birçok bağımsız mobil radyo sistemi gereklidir. Bu gibi durumlarda, birçok vericinin ve alıcının aynı anteni paylaĢmasını sağlamak mümkündür. Bölüm 1.xv‟te çok katlı kuplörlerin ve dublekserlerin kullanımı ele alınmıĢtı ve bu cihazların noktadan-noktaya sistemlerdeki kullanımı çok benzerdir.

x. Eşeksenli Kablolar ve Dalga Kılavuzları Dalga kılavuzu teorisi karmaĢıktır ancak dalga kılavuzu ismi, anlamı basitçe açıklamaktadır. Vericide, aydınlatıcıya kısa bir kablo vasıtasıyla elektrik enerjisi verilmelidir, aydınlatıcı, dalga

172

Radyo Mühendisliği Notları

kılavuzunda yer alan küçük bir dipol gibidir. Dalga kılavuzu, aslında sadece dikdörtgen Ģeklindeki bakır bir borudur. Elektrik enerjisi, dalga kılavuzunun içine yayılır ve borunun boyutları dalga boyunun bir fonksiyonu olduğu için, yayılan enerji dalgası, tüpün duvarlarından yansır ve boru boyunca antene doğru yönlendirilir. Antende, sinyal bazen özdeĢ bir dipol aydınlatıcı tarafından elektrik enerjisine dönüĢtürülür ve kısa bir kablo vasıtasıyla antene bağlanır ancak çoğu zaman, dalga kılavuzu antenin merkez noktasına ulaĢır ve bir yönlendirici vasıtasıyla yansıtıcıya doğru yönlendirilir. Bu, daha çok uç kısma doğru sivrilmiĢ dikdörtgen biçimindeki bir trompet gibidir. Dikdörtgen Ģeklindeki dalga kılavuzunun imalâtı pahalıdır, dikkatli bir Ģekilde tutulmalıdır – çünkü herhangi bir girinti ya da bozukluk, sinyali bozacaktır – takılması zordur ve ek yerlerinden nem girebilir. Dikdörtgen biçimindeki dalga kılavuzuyla ilgili problemlerin üstesinden gelmek için, bazı imalâtçılar, daha büyük eĢeksenli kablolar için kullanılan spiral bakır yapıyla aynı yapıyı kullanan hassas boyutlara sahip oval boru biçiminde bir dalga kılavuzu geliĢtirdi. Borunun merkez noktası, bir elipsi ya da spirali takip eder böylece kılavuzun uzunluğu boyunca herhangi bir noktada, çap ve profil sabit kalır. Bu eliptik dalga kılavuzunun taĢınması, tutulması ve kurulması nispeten kolaydır. Bu dalga kılavuzu, sert bir koruyucu kılıfla kaplanmıĢ olup süngerimsi katran-benzeri bir bileĢen temeli oluĢturur, kaba bir Ģekilde tutulsa bile zarar görmez ve tamamen su geçirmez bir yapıya sahiptir. Ek yerleri ve bükümleri olmadığı için, eliptik dalga kılavuzu, dikdörtgen biçimindeki dalga kılavuzuna göre daha düĢük kayıplı bir iletim besleyicisine sahiptir.

Dalga kılavuzlarının kullanımından kaçınılmalı mıdır? 2. Bölüm‟de giriĢte açıklanmıĢ olduğu gibi, noktadan-noktaya linkler için kullanılan frekanslar 40 GHz civarına kadar uzanır. Bu frekanslarda, eĢeksenli kablonun zayıflaması aĢırı yüksek olabilir ve dalga kılavuzu kayıpları kontrolden çıkabilir. Kısa mesafeleri kapsayan noktadan-noktaya linklere iliĢkin gitgide artan bir talep vardır ve bu, özellikle kentsel bölgeler için geçerlidir. Bulunduğu yerdeki yolun karĢısına doğru geniĢletilmek istenen bir tesisi ele alın, kabloların yoldan geçirilmesinin maliyeti çok yüksektir. BaĢka zamanlarda, yapı programı gibi özel bir Ģart için geçici bir link gerekli olabilir. Bandın üst kısmındaki frekanslar (20

173

Radyo Mühendisliği Notları

GHz‟in üstü) bu uygulamalar için çok uygundur çünkü kullanılan küçük antenler oldukça yönlü antenlerdir ve iletilen sinyalin yüksek düzeyde serbest uzay zayflamasına sahip olması, ciddi bir enterferans riskine girmeden bir kentte birçok linkin kullanılmasına imkân verir. Yüksek besleyici kaybının üstesinden gelmek için, verici/alıcı birimi genelde çok sağlam ve su geçirmeyen metal bir mahfazaya konur. Parabolik anten doğrudan mahfazanın önüne konur, feedhorn (çanak antenden yansıyan elektromanyetik dalgaları toplayan parça) ve dublekser genelde alıcıyla ve vericiyle çok kısa bağlantılara sahip olup tek-parçadır. Soğuk iklimlerde, mahfaza elektriksel olarak ısınacaktır ve cihazı tolere edilebilir bir çalıĢma aralığında tutmak için çift kabuk ya da güneĢlik kullanılır. ÇalıĢma ve ısınma gücünü olduğu gibi, veri giriĢ ve veri çıkıĢ sinyallerini de taĢıyan karma bir kablo, çatı üstündeki ya da anten destek yapısının üstündeki kompakt birimle, genelde cihaz odasında yer alan çoğullama cihazını birbirine bağlar. Genelde bilindikleri adlarıyla bu direk kafa birimlerinin çalıĢma aralığı 3 ilâ 7 km arasında olup bu durumun avantajının kullanıldığı birçok uygulama mevcuttur. Bunların ana dezavantajı, gerekli olduğunda bakımının yapılmasının zor olmasıdır, çünkü donanımlı bir ekibin, birimleri monte edildikleri yerden çıkarması gerekebilir, birim, çok Ģiddetli rüzgarlardan zarar görebilir (bazı bölgelerde) ve hırsızlar tarafından çalınabilir.

xi. Güç Kaynakları Birçok modern telekomünikasyon cihazı dc kaynaklar kullanılarak çalıĢtırılır. Böylece güvenilirliği sağlamak üzere batarya yedek sistemlerinin tasarımlanması nispeten basit bir iĢ haline gelir. Radyo ve çoğullama cihazına iliĢkin yaygın olarak kullanılan besleme gerilimleri, –24 ve –48 volttur. Bunlar, bir dc sistemi için uygulanabilir gerilimlerdir çünkü besleme hattına yanlıĢlıkla dokunulsa bile, bu gerilimler zarar vermeyecek kadar düĢük seviyede ve düĢük gerilim tesisatlarındaki yüksek akımları önlemeye yetecek kadar yüksek seviyededir. Birçok durumda, modern cihazlar geniĢ bir gerilim aralığında çalıĢabilir ve böylece bataryalar Ģarj edilirken daha az problemle karĢılaĢılır. Dahili çalıĢma kaynaklarını sağlamak için ac-dc konvertörler kullanan bazı cihazlar, yaklaĢık 22 volttan 72 volta kadar olan bir aralıkta çalıĢacaktır.

174

Radyo Mühendisliği Notları

Mobil radyoyla ilgili bilgilerden türetilebilen bazı cihazlar, + 12 voltluk kaynaklardan beslenir ve –24 ya da –48 voltluk kaynaklardan beslenen cihazlarla birlikte kurulduğunda bu bir dezavantaj olabilir. Her iki tesisatın da önemli olduğu durumda, iki ayrı batarya kaynağının kullanılması gerekli olabilir. Bölgede +12 voltluk cihazların sayısı fazla ise, azınlıkta olan cihazları beslemek için 12–24 ya da 12–48 konvertörlerinin kullanılması iyi olabilir, benzer Ģekilde 12 voltluk yük düĢükse, ayrı bir kaynak kullanmak yerine alt konvertörlerin kullanılması daha iyi olabilir. Batarya sistemleri ve birincil güç kaynakları, 5. Bölüm‟de ayrıntılı olarak açıklanacaktır.

xii. Yol Kaybı Serbest uzay zayıflaması GörüĢ çizgisi yol kaybı ya da zayıflaması, Bölüm 1.iv‟te açıklanmıĢtı. Bu bölümde, yol kaybına neden olan faktörler incelenmektedir ve Bölüm 2.xii‟te basit bir yol durum analizi yapılacaktır. Bir radyo sinyali atmosferden geçip bir verici antenden alıcı antene varırken, bu sinyal – sinyalin frekansının ve antenler arasındaki uzaklığın bir fonksiyonu olarak – zayıflayacaktır. Bu, serbest uzay kaybı olarak adlandırılır, bu kayıp meydana gelir çünkü antenle olan uzaklık iki katına çıktığında sinyal gücü 6 dB düĢer. Ġki dipol anten arasındaki serbest uzay zayıflamasının hesaplanması için kullanılan formül Ģudur: A = 92,4 + 20 log10D + 20 log10F Burada: A dB cinsinden serbest uzay kaybı D km cinsinden mesafe  GHz cinsinden frekans Uzaklığın yasal mil cinsinden ölçüldüğü durumda, yukarıda belirtilen sabit yerine 96,6 sabiti kullanılmalıdır.

Yağmurun neden olduğu zayıflama 8 GHz‟in altındaki frekanslarda, yağmurun neden olduğu zayıflama dikkate alınmayacak kadar düĢük seviyededir. Ancak, 10 GHz‟in 175

Radyo Mühendisliği Notları

üstünde, yoğun yağmurun etkisi önemli bir seviyeye yükselir ve bir sistem tasarımlanırken bu zayıflama dikkate alınmalıdır. ġekil 2.16‟da, yağmur ve zayıflama arasındaki iliĢki gösterilmektedir.

ġekil 2.16 – Yağmurun neden olduğu zayıflama

Sönümleme sınırı Bir yolun serbest uzay kaybı hesaplanıp yağmurun neden olduğu zayıflama da hesaba katılınca uzay kaybının belirlendiği zannedilebilir ancak dikkate alınması gereken baĢka faktörler de vardır. Bu faktörlerin en göze çarpanı, sonraki bölümde açıklanacak olan çok yollu yayılmadır. Bazen eskime ya da yıpranma nedeniyle verici gücü ya da alıcı duyarlılığı zayıflayacaktır. Bazen nem girmesi ya da Ģiddetli rüzgarlar yüzünden antenler zarar görebilir. Bazen kuĢlar antenlere yuva yapacaktır, kuĢların dıĢkıları aĢınmaya neden olabilir. Bu gibi plansız kayıpların tümünü hesaba katmak için, yol hesaplamasındaki kötüleĢmeye iliĢkin iyi bir tolerans değerini 176

Radyo Mühendisliği Notları

kullanmak mantıklıdır. 30 dB, iyi bir tolerans değeridir. Ciddi ölçüde sönümlemenin meydana gelebildiği çok uzun atlamalarda ya da su üzerindeki yollarda, daha yüksek bir sönümleme sınırına izin verilmesi tavsiye edilir.

xiii. Basit Bir Yol Hesaplaması Bu bölümde, önceki bölümlerde açıklanmıĢ olan baĢlıkların bazıları biraraya getirilecektir ve bunlar, yol kaybı hesaplamasında kullanılacaktır. Bu, Ġstasyon A ile Ġstasyon B arasındaki 43 km uzunluğunda hayali bir yolla iliĢkilidir. Her iki bölgede de direkleri olan binalar mevcut olduğu için iki bölge sabittir ve hedef, UHF linki için bir kere kullanılmıĢ olan yolun, 2 Mb‟lık yeni bir sayısal link için uygun olacağının doğrulanmasıdır. YOL UZUNLUĞU – 43 KM

ĠSTASYON A

ĠSTASYON B

Anten direk yükseklikleri

55,0 m

65,0 m

Besleyici kablo uzunlukları

70,0 m

75,0 m

Anten çapı

3,0 m

1,8 m

Verici gücü = 2,0 W

+ 33 dBm

Diplekser kaybı

– 2,2 dB

Besleyici kaybı

– 2,6 dB

Anten kazancı

+ 32,4 dBi

SönümlenmemiĢ kaybı

serbest

uzay

– 130,3 dB

Anten kazancı

+ 28 dBi

Besleyici kaybı

– 2,6 dB

Diplekser kaybı

– 2,2 dB

Çizelge 2.3 Alıcı giriĢ gücünü elde etmek için, tüm yol kazançlarını + 33‟lük verici gücüne ekleyin ve tüm kayıpları çıkarın: Sönümlenmemiş alıcı girişi

– 46,5 dBm 177

Radyo Mühendisliği Notları

Minimum çalışma alıcı girişi

– 81,0 dBm

Sönümleme sınırı, minimum alıcı giriĢi ile sönümlenmemiĢ sinyal seviyesi arasındaki farktır. Elde edilen sönümleme sınırı

35,4 dB

Genelde, 30 dB‟lik bir sönümleme sınırı kabul edilebilir olarak değerlendirilir. Bu nedenle, bu yol, normalden biraz daha iyidir.

xiv. Çok Yollu Çalışma ve Diversiteli Çalışma Çok yollu yayılma Dünya düz olmadığına göre, örneğin 30 km‟lik bir yol üzerinde dünyanın kavisi yoldaki bir ĢiĢkinlik olarak görünecektir ve gerçekte dünyanın merkezinden dünya yarıçapı kadar uzaklıkta olan bir eğridir. Her bir bölgedeki anten yükseklikleri tasarımlanırken, bu ĢiĢkinlik hesaba katılmalıdır.

ġekil 2.17 – Yeryüzünün kavisi Noktadan-noktaya bir radyo sisteminde, alıcı bölgeye gönderilen bir radyo dalgası yolunun serbest uzaydan geçmesi tasarlanmıĢtır. Huzme, alıcı antene doğru giden bir ok gibi tek bir ıĢın olarak düĢünülebilir ancak, durum böyle değildir çünkü dalga, atmosferden geçerken, atmosferin yoğunluğundaki çeĢitli varyasyonlarla karĢılaĢır ve bu varyasyonlar, dalganın eğilmesine ya da kırılmasına neden olur. Kırılım derecesi her zaman aynı değildir ve atmosfer Ģartlarına bağlı olarak değiĢir. Sabahları, güneĢ ufuk çizgisinin üzerinde olduğunda ve atmosferin üst katmanlarını ısıtmaya baĢladığında ve akĢamları güneĢ battığında ve yeryüzünün ısısı alttaki katmanları ısıttığında, kırılım derecesi ciddi ölçüde değiĢecektir. Ġlkbaharda ve sonbaharda 178

Radyo Mühendisliği Notları

kuru kıyı bölgelerinde bu etki çok belirgin olabilir ve atmosferin daha dağınık olduğu nemli dağlık arazilerde bu etki daha düĢük seviyededir.

ġekil 2.18 – Çeşitli kırınım şartları ġimdi, dikkate alınması gereken iki eğri ya da yarıçap mevcuttur – sabit yeryüzü yarıçapı ve radyo dalgasına ait değiĢen kırılım eğrisi. Yol tasarımını basitleĢtirmek için, modifiye edilmiĢ ya da etkin bir yeryüzü yarıçapı eğrisi oluĢturmak üzere bu eğriler birleĢtirilebilir. Etkin yarıçap gerçek yeryüzü yarıçapına bölünürse elde edilen K oranı, yeryüzünün çeĢitli bölgeleri için dikkate alınması gereken çeĢitli atmosfer kırılım Ģartlarını tanımlamak için kullanılabilir. K = (Etkin yeryüzü yarıçapı) / (Gerçek yeryüzü yarıçapı) Genel olarak, K = 4/3 değeri standart durum olarak kabul edilir. K değeri 1‟den küçük olduğunda kırılım azdır ve K değeri 1‟den büyük olduğunda süper-kırılım gerçekleĢir. K değeri 1‟e eĢit olduğunda, radyo huzmesi düz bir çizgide ilerler. Bu yüzden, süper-kırılım Ģartları altında, radyo dalgası dünya yüzeyinden uzaklaĢıp ĢiĢer (yukarı doğru) ve sinyal, yeryüzünü sıyırıp geçmeden ilerleyebilir. K değeri sonsuz olduğunda, huzme, yeryüzü ile aynı kavise sahiptir, bu durum, „düz yeryüzü‟ durumu olarak bilinir.

179

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 2.19 – Çeşitli K değerleri için gerçek radyo yollarının gerçek yeryüzü yarıçapı ile karşılaştırılması

ġekil 2.20 – Basit bir yol profili ġekil 2.20‟de, radyo dalgası iki anten arasına düz bir çizgi olarak çizilebilir çünkü modifiye edilmiĢ yeryüzü kavisi, yarıçapı 4/3 olacak Ģekilde çizilmiĢtir. Ancak, radyo dalgası tek bir dalga değildir. Atmosferin yoğunluğu düzensiz olduğu için, dalga 180

Radyo Mühendisliği Notları

düzensiz bir Ģekilde kırılır. Dalganın büyük bir kısmı aynı genel yolu takip ederken, dalganın bir kısmı, dünya yüzeyine çarpacak, tıpkı bir ıĢık huzmesinin aynadan yansıması gibi oradan yansıyacaktır. Dalganın bazı kısımları bulutlara ya da üst atmosfer oluĢumlarına çarpacak ve bunlar da yansıyacaktır.

ġekil 2.21 – Fresnel kuşağı kavramı Serbest uzay Ģartları altında alınan enerjinin, alıcıya farklı yollar vasıtasıyla ulaĢan sonsuz sayıda dalganın toplamı olduğu gösterilmiĢtir. Alıcı anten dipolüne ulaĢan ve hayali doğrudan yolun yarım dalga boyu dahilindeki tüm yollar, matematiksel olarak toplanacaktır. Bu dalgaların enerjisi, alınan sinyalin enerjisine eklenecektir. Yarım ya da bir dalga boyu kadar sonra varan diğer yollar (daha geniĢ çapta kırılmıĢ ya da yansımıĢ) önceden alınan sinyaldeki enerjiyi azaltacak Ģekilde birleĢir. Bu ekleme ve azaltma, ilâve dalga boyu gecikmeleriyle devam eder. Bu yüzden, Ģimdi alınan dalga cephesi muz gibi görünmeye baĢlamaktadır –

181

Radyo Mühendisliği Notları

eĢmerkezli tüpler Ģeklinde düzenlenmiĢ birçok kabuktan oluĢur. Bu nedenle, ilk, üçüncü ve beĢinci tüpler sinyale eklenecek ve sinyali güçlendirecek, ikinci, dördüncü ve altıncı tüpler sinyali güçsüzleĢtirecek ve bazen tamamen yok edecektir. Tüpler aslında doğrudan yol çizgisinin etrafındaki eliptik kuĢaklardır ve ıĢık dalgalarında benzer davranıĢın varlığını keĢfetmiĢ olan Fresnel‟den ötürü Fresnel KuĢakları olarak adlandırılırlar. Radyo yolu tasarımlayan bir mühendisin bu kuĢakların davranıĢ Ģeklini anlaması önemlidir.

ġekil 2.22 – Kırınım ve Fresnel kuşak açıklığına göre alınan sinyal Bir radyo huzmesinin merkez çizgisi dünya yüzeyinin çok yakınından geçtiğinde ve enterferans meydana geldiğinde, radyo huzmesi hafifçe aĢağı doğru eğilecek ya da kırınıma uğrayacak ve sinyal zayıflayacaktır. Kırınımı gerçekleĢtiren yüzey, kayalık dağlık yüzey gibi keskin bir yüzey ise, zayıflama 6 dB civarında olacak ve yüzey, su kütlesi ya da çöl gibi çok yumuĢak bir yüzey ise, zayıflama 20 dB civarında olacaktır. Bu yüzden, radyo huzmesinin merkez çizgisinin dünyanın gerçek eğrisine ve geliĢmiĢ K faktörü eğrisine değmeden geçmesi önemlidir.

182

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 2.22, Fresnel kuĢaklarının ve kırınımın etkileĢme Ģeklini temsil etmektedir ve yukarıda açıklanan sorunların oluĢmasını önleyen bir radyo yolunun tasarım Ģeklini gösterecektir. Bu çizime iliĢkin birçok önemli nokta mevcuttur. 

 

Doğrudan gelen huzme dünya yüzeyinin yakınından geçtiğinde, engellenir ve dünyanın yüzeyi ya da herhangi bir engel ilk Fresnel kuĢağının 0,6‟sını aĢtığında, zayıflama artmaya baĢlar. Sert yeryüzü profili için zayıflama yavaĢ bir Ģekilde artmaktadır ve yumuĢak yeryüzü profili için hızlı bir Ģekilde artmaktadır. Doğrudan gelen huzme 0,6 ile ilk Fresnel kuĢağı arasında bir açıklığa sahip olduğunda, sinyal güçlenir. Doğrudan gelen huzme ikinci, dördüncü ve altıncı vb. Fresnel kuĢakları civarında bir açıklığa sahipse, sinyal zayıflar. Açıklık, nehir ya da göl gibi yumuĢak bir yüzeyin üzerindeyse, en kötü ihtimalli zayıflama 25 dB civarında olabilir ancak açıklık, dik ve pütürlü bir dağ gibi sert bir yüzey üzerinde ise, zayıflama 3 dB civarında oldukça küçük bir değerde olacaktır.

ġekil 2.23 – Tipik sönümlenme karakteristikleri

183

Radyo Mühendisliği Notları

Yukarıdaki açıklamalardan öğrenilmesi gereken önemli nokta, yumuĢak bir yüzey üzerindeki yolların, doğrudan gelen huzme 0,6 ile ilk Fresnel kuĢağı arasında yer alacak Ģekilde dikkatlice tasarımlanması gerektiğidir. Bu yapılmazsa, atmosferik kırınımdaki değiĢiklikler – K faktörü – doğrudan gelen huzmeyi kolayca yüksekseviyede sönümlemenin meydana gelebildiği ikinci ve dördüncü Fresnel kuĢaklarına kaydırabilir. ġekil 2.23‟te, oldukça ciddi bir zayıflamaya ya da yol sönümlemesine sahip bir yol için alınan sinyal gücüne iliĢkin bir grafik gösterilmektedir. En kötü sönümlemeler güneĢ doğarken, yani atmosferin düzensiz yoğunluğunun ciddi kırınıma neden olduğu saatlerde meydana gelir.

xv. Oluklanma ve Aşma Oluklama Bazen doğa radyo sinyalleriyle ilginç oyunlar oynamakta ve radyo dalgalarına iliĢkin kuralları allak bullak etmektedir. Batı Avustralya‟nın kuzeyi, Ġran Körfezi ya da Meksika Körfezi gibi bazı bölgelerde, düz ve kurak bir toprak kütlesi büyük bir sıcak su kütlesinin yanında yer almaktadır. Bazen denizdeki buharlaĢmadan kaynaklanan nemli bir hava tabakası, toprak kütlesinin üzerine doğru hareket edecektir ve toprak kütlesinin üstündeki sıcak hava tarafından tutulacaktır. Ġki hava katmanı arasındaki ara yüz, oldukça belirgin olabilir ve böylece yeryüzü ile ara yüz arasında nemli bir hava oluğu oluĢur. Bu oluk, genelde dev bir dalga kılavuzu gibi davranır ve oluk içinde verici istasyon yer alıyorsa, iletilen sinyal çok az zayıflama ile oluk boyunca ilerleyebilir. Batı Avustralya‟nın kuzeyinde, vericiden gelen 150 MHz‟lik iletimler 400 km‟lik mesafe üzerinden düzenli olarak alınmıĢ ve fenomeni düzenli bir Ģekilde kullanan radyo amatörleri tarafından buna benzer birçok örnek kaydedilmiĢtir. Maalesef, oluklanma, iklimsel Ģartlara bağlı olarak değiĢir, çalıĢma frekansına bağlıdır, bu nedenle sistem tasarımcısı için pek kullanıĢlı değildir. Ancak oluklanma, peĢ peĢe yolların bazen düz bir çizgide olduğu, boru hatlarına ve demiryollarına hizmet veren uzun link sistemleri için sorunlara neden olabilir.

184

Radyo Mühendisliği Notları

AĢma AĢma (overshoting), oluklanma ile ilgili bir problemdir ancak aĢma, doğa Ģartlarından çok yolun tasarımının kötü olmasının bir sonucudur.

ġekil 2.24 – Aşma potansiyeline sahip bir sistem ġekil 2.24‟te, boru hattı ya da demiryolu boyunca haberleĢme sağlamak için kullanılabilen bir sisteme iliĢkin mantıksal plan gösterilmektedir ancak bu sistem, iki bölge arasında iki terminal istasyonuna ve dört tekrarlayıcıya sahip uzun bir link de olabilir. ġekilde sadece tek bir iletim yönü gösterilmektedir. Tekrarlayıcı 1‟deki (R1) verici A Terminalinden almıĢ olduğu sinyali farklı bir frekansta Tekrarlayıcı 2‟ye (R2) iletmelidir ve R2„deki vericinin de sinyali üçüncü bir frekans kullanarak R3„e göndermesi normaldir. ġartların oluklanma için uygun olduğu durumda ya da atmosfer Ģartları süper kırılımı (Bölüm 2.14‟te açıklanmıĢtır) desteklerse, A Terminalindeki vericinin, R4‟teki alıcıya sinyal enjekte etmesi mümkündür. Bu, R4‟teki alıcının A Terminalindeki verici ile aynı frekansa ayarlandığı ve tekrarlayıcı istasyonların tümünün düz bir çizgi üzerinde yer aldığı varsayımına dayanır. R1‟den iletilen f2‟nin de B Terminalindeki alıcı tarafından alınması mümkündür. Uygun Ģartlar altında, enterferans sinyali, neredeyse istenen sinyal kadar güçlü olabilir ve kesinlikle ciddi bir enterferans ihtimali mevcuttur.

185

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 2.25 – Aşma problemlerini önleyen sistem ġekil 2.25‟te aynı tip sistem gösterilmektedir ancak bu sefer, tekrarlayıcılar, tüm yollarda yön değiĢimi olacak Ģekilde düzenlenir ve aĢma riski önlenmiĢ olur.

xvi. Cihazların Duplikasyonu Günümüzde imalâtçının çalıĢma sıcaklığı ve gerilimiyle ilgili tavsiyelerine uyulması Ģartıyla elektronik cihazların güvenilirliği oldukça yüksek seviyededir ve çok az arıza meydana gelir. Ġmalâtçılar, normalde arızalar arasındaki ortalama süre (MTBF) değerlerini beyan edecektir ve değer beyan etmeyen imalâtçıların cihazları kullanılmamalıdır. MTBF değerlerini öğrendiklerinde, sistem mühendisleri, bir sistemin güvenilirliğini tahmin edebilecektir, sistemin güvenilirliği çok yüksek seviyede olabilir, belki de sadece iki ya da üç yılda bir arıza meydana gelecektir. Ancak, cihazlar eninde sonunda mutlaka arızalanacaktır ve o zaman sistemde yedek cihaz yoksa, arızalı cihazın tamir edilmesi için geçen süre kritik hale gelecektir. Birçok modern cihaz karmaĢıktır ve çok kompakttır. Bir cihazın çok güvenilir olması genelde servis teknisyenlerinin bu cihazla nadiren çalıĢtıkları anlamına gelir. Bu nedenle, sistem operatörü bu cihaza benzeyen cihazları tamir ettiren büyük bir operatör değilse, teknisyenler, cihazla pek aĢina olmayacaktır. Sistem uzak bir bölgede çalıĢmaktaysa, operatörün, modern cihazları tamir edebilen kalifiye elemanları çalıĢtırabilmesi genelde zor olacaktır. Bu noktaları dikkate alarak, imalâtçılar, cihazlarını belli seviyede dahili arıza-teĢhis özelliğine sahip olacak Ģekilde imal etmektedir. Arızalı bir modül, bir alarm lambası vasıtasıyla yerinde ya da denetim sistemleri vasıtasıyla uzaktan tespit edilebilir. Birçok durumda, arızalı modül kalifiye olmayan birisi tarafından yerinden çıkarılıp tamir için imalâtçıya gönderilir. Genelde imalâtçı baĢka bir ülkede olacaktır ve modülün tamir edilip dönme süresi bir ya da iki ayı bulacaktır. Yedek modüller varsa ve bu modüller spesifik bir çalıĢma frekansına ayarlanmamıĢsa, tamir edilen sistem hızlı bir Ģekilde – belki de birkaç saatte – yeniden çalıĢır hale getirilebilir. Sistem tasarımcısı sistemin çalıĢmama süresinin tolere edilebilir olup olmadığına ve en fazla ne kadarlık sürenin tolere edilebilir olduğuna karar vermelidir. ÇalıĢılmayan sürenin en düĢük seviyeye 186

Radyo Mühendisliği Notları

indirilmesi gerekiyorsa, o zaman cihazın yedeğinin bulundurulması doğru olur. Ġmalâtçılar, genelde sistemlerinde yedek cihazlar yer alacak Ģekilde tasarım gerçekleĢtirir ve değerlendirilmesi gereken üç tane koruma seviyesi mevcuttur.

Soğuk yedek

ġekil 2.26 – Soğuk yedek Bu basit sistemde, alıcılar kopyalanır ve her ikisi de bölücü bir devre vasıtasıyla antenden beslenir ve çıkıĢları, çoğullama cihazını besleyecek Ģekilde birleĢtirilir ya da anahtarlanır. Verici uçta, çoğullama cihazının çıkıĢı her iki vericiye de iletilir ancak herhangi bir sorun çıkmaksızın RF çıkıĢlarının birbirine bağlanması çok zordur. Böylece bir verici, eĢeksenli bir anahtarla antene beslenirken, diğer verici faal olmayan hale gelir. ÇalıĢan vericide bir arıza tespit edilirse, yedek verici faal hale getirilecek ve eĢeksenli bir anahtar vasıtasıyla antene bağlanacaktır. Ġki problem mevcuttur. Ġlk olarak, yedek vericinin çalıĢacağından kesin emin olunamaz, çünkü yedek verici aylardır çalıĢmıyor olabilir, dahası, dikkatsiz bir teknisyen tarafından yerinden çıkarılmıĢ bile olabilir. Ġkinci olarak, eĢeksenli anahtar çalıĢıp verici faal hale gelene kadar trafikte kısa bir kesinti meydana gelecektir.

Sıcak yedek Bu sistem, yedek vericiyi sürekli çalıĢtırarak ve gücü harcamak üzere yedek vericinin çıkıĢını, eĢeksenli bir kablo vasıtasıyla bir yük direncine besleyerek, yedek vericinin çalıĢmama riskini ortadan kaldırır. Anahtar hızlı bir Ģekilde çalıĢabilir, böylece trafikte sadece çok kısa kesintiler meydana gelecektir ve bazı imalâtçılar, alıcılara küçük bir tampon depo ekleyecektir, böylece sayısal sistemlerde hiç kesinti olmayacaktır. 187

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 2.27 – Sıcak yedek Anahtarlama gecikmesinin dıĢında sıcak yedekle ilgili çok az problem mevcuttur ve bu sistem, diğerlerinin içinde en iyi sistemdir.

Paralel çalıĢma

ġekil 2.28 – Paralel çalışma Hem sıcak yedek hem de soğuk yedek çalıĢmanın dezavantajı, tek bir antenin kullanılmasıdır ve bazı bölgelerde, antenler ve besleyiciler, kuĢlardan, rüzgardan ya da tuz korozyonundan zarar görebilir. Bazen antenlerin tamir için yerinden çıkarılması ya da tamamen değiĢtirilmesi gerekli olacaktır ve sadece tek bir anten kullanılmaktaysa, uzun süreli trafik kesintileri meydana gelebilir. Paralel çalıĢmada her bir bölgede iki tane anten kullanılmaktadır, antenlerin bir tanesi ana vericiyle ve ana alıcıyla birlikte çalıĢmakta ve diğeri, yedek vericiyle ve alıcıyla çalıĢmaktadır. Ġki tane çalıĢma frekans çifti sağlanabilirse, o zaman hem ana sistem hem de yedek sistem çalıĢacaktır ancak sadece tek bir çift kullanılırsa, yedek verici, sıcak yedek çalıĢma sisteminde olduğu gibi rezistif bir yüke bağlanacaktır. 188

Radyo Mühendisliği Notları

Diversite (çeĢitleme) Genelde bir radyo linki dağlık bölgede kısa bir yoldan geçecektir ve yol mühendisi, ciddi sönümleme durumlarıyla karĢılaĢmayacağından emin olabilir. Bu durumda, yedek cihaz, sadece cihazın güvenilirliğini artırmak için kullanılır ve bu, Bölüm 2.xvii‟de açıklanmaktadır. Bazen radyo linkinin su üzerinden uzun bir atlama gerçekleĢtirmesi gerekli olur ve bu durumda, iyi sönümleme sınırlarına sahip iyi bir yol tasarımı mevcut olsa da, ciddi seviyede sönümleme meydana gelebilir, sistem kötüleĢebilir ya da arızalanabilir. Bu durumda, tasarımcı, ilâve cihazların kullanılmasının faydalarını değerlendirmelidir. Radyo linklerinde diversite, paralel çalıĢmaya çok benzerdir. Diversitenin ana fikri, baĢarılı bir haberleĢme yolu için iki seçenek sağlamaktır. Ġki temel diversite metodu kullanılmaktadır. Bunlar, uzay diversitesi ve frekans diversitesidir. Uzay diversitesi, linkin alıcı ucunda iki anten kullanır. Bunlar, direk üzerinde farklı yüksekliklerde yer almaktadır. Antenler arasındaki uzaklık, yansıyan bir sinyal mevcutsa, antenlerden birine ulaĢan iki ıĢın aynı fazda ve diğer antene ulaĢan iki ıĢın farklı fazda olacak Ģekilde seçilir. Bu yüzden, K faktörü değiĢtiğinde, iki ıĢın aynı fazda olup tek bir anten mevcut olacaktır. Her bir anten ayrı bir alıcıya iletim yapar ve her bir alıcıdan bit hata oranı (BER) izlenir. En iyi BER değerine sahip alıcı çıkıĢı seçilir ve çıkıĢa iletilir. Bu sistemde sadece bir tane vericinin kullanılması gereklidir. Yansımanın trigonometrisine bağlı olarak, sadece tek bir yönde yansıma gerçekleĢebilir. Bu yüzden, uzay diversitesi sadece tek bir bölgede gerekli olabilir.

ġekil 2.29 – Uzay diversitesi

189

Radyo Mühendisliği Notları

Ġkinci metot, frekans diversitesi kullanmaktır. Bu durumda, aynı bilgi iki farklı frekansta iletilir. Bu nedenle, verici bölgede iki tane vericinin kullanılması ve alıcı bölgede iki tane alıcının kullanılması gereklidir. ÇalıĢma teorisi Ģöyledir: Farklı frekanslar atmosferde nesnelere çarpıp yansırken ya da kırılıma uğrarken farklı davranıĢ özelliklerine sahip olacakları için, frekansların biri bozulmadan ulaĢmıĢ, diğeri bozulmuĢ olabilir.

ġekil 2.30 – Frekans diversitesi Not: Tek bir anten kullanılabilir ancak genelde, uzay diversitesi, frekans diversitesiyle birlikte implement edilir. Uzay diversitesinin tercih edilen seçenek olduğu belirtilmelidir ve genelde frekans diversitesi, sadece çok yüksek tümleşikliğe sahip linklerin gerekli olduğu durumda implement edilir. Uzay diversitesi sayesinde sağlanan gelişme, frekans diversitesi sayesinde sağlanan gelişmeden çok daha iyidir. Bu yüzden, ekonomik açıdan bakıldığında frekans diversitesinin kullanımı pahalıya mal olur ve yaygın değildir. Frekans diversitesi implement edilirse, o zaman uzay diversitesi otomatik olarak sistemin parçası olarak mevcuttur.

xvii. Yolların Duplikasyonu Bir radyo taĢıyıcısı tarafından taĢınan trafiğin tümü ya da bir kısmı bazı durumlarda o kadar önemlidir ki, en yüksek elveriĢlilik seviyelerinin hedeflenmesi gereklidir. Güç kaynaklarının, radyo cihazının ve antenlerin duplikasyonu gerçekleĢtirildikten sonra, bunun dıĢında radyo yolunun güvenilirliğini artırmak için yapılabilecek pek fazla birĢey yoktur. Yine de sorunlar çıkabilir. Kasırgalara ya da fırtınalara maruz kalan bölgelerde, kuleler, direkler, güç hatları ve binalar bile devrilip göçebilir. DıĢtaki yangınlar besleyici kablolara ve antenlere zarar verebilir, içteki yangınlar ise, bir tesisatı tamamen yok edebilir. Yoksul bölgelerde, 190

Radyo Mühendisliği Notları

insanlar, bakırını satmak için besleyici kabloyu çalabilir, tabancayla anteni hedef alarak atıĢ denemesi yapabilir ya da düĢmanlar tarafından sisteme zarar verilebilir. Bu tehditlerin bazılarına karĢı sistem tasarımcısının yapabileceği pek fazla birĢey yoktur ve bu nedenle, mümkün olduğunda alternatif bir radyo yolunun kullanılması değerlendirilmelidir. Tüm risk kombinasyonlarının ve alternatif yolların incelenmesi ve değerlendirilmesi mümkün değildir, bu nedenle bazı öneriler kısaca açıklanacaktır. DüĢük hızlı verinin tek kanallı VHF ya da hatta HF sistemleri üzerinden iletilmesi mümkündür. Bu gibi sistemler kurulabilirse, acil trafik bu sistemler üzerinden yönlendirilebilir. Kamuya ait taĢıyıcı hizmetleri mevcutsa, önemli trafiği taĢımak için kalıcı olarak ya da talebe bağlı olarak bir ya da iki veri ya da ses kanalının kiralanması mümkün olabilir. Uydu hizmetlerinin aramalı olarak kullanılması ya da tek bir veri ya da ses devresinin kiralanması mümkün olabilir.

191

Radyo Mühendisliği Notları

3

UYDU SİSTEMLERİ

i. Giriş Komünikasyon uyduları, dünyayı radyo sinyalleriyle aydınlatmayı gerektirir ve bunların yörüngeleri, ebat ve aydınlatacakları dünya yüzeyinin konumuna göre seçilir. Dünya yörüngesindeki bir uydu, sürekli olarak merkezcil kuvvetle dünyanın merkezine doğru çekilir (yerçekimi) Yörüngesini bir tanjantta tutmak için merkezkaç kuvveti ile de çekilir. Bu karĢılıklı kuvvetler, büyüklük olarak eĢit olduklarında, uydu, kararlı yörüngededir. Bundan dolayı, verilen bir yükseklikte (yol yarıçapı eksi dünya yarıçapı, 6378 km), kararlı yörüngenin uygulandığı koĢullar için bir hız vardır ve bu yörünge zamanını belirler. Yerdurağan (GEO-jeostatik) yörünge uydusu, yeryüzünün yukarısında belli bir konumda ve mesafede konumlandırılır, böylece uydu, dünya yörüngesi etrafında dünyanın dönme hızıyla aynı açısal hızda dönecektir. Bu yüzden, uydu her zaman yeryüzüne göre aynı noktada yer alır. Uydu, doğrudan ekvatorun 35790 km üzerine yerleĢtirilecektir. Bu uydu tipi, dünya genelindeki telekomünikasyon linkleri için temeli oluĢturur. Yerdurağan/Jeostatik uyduların dezavantajları, bunların yüksek dünya yörüngesinde (HEO) olmalarıdır, bu da, tam bir gitme ve dönüĢ yolu için, 240 ms‟lik bir gecikmeye neden olur. Aynı zamanda, bunlar ekvatoral bir yörüngeye sahiptir, bu sayede, daha üst enlemlere giden sinyaller, dünya yüzeyine daha yatay bir açıyla gelirler. Bu özellik, onları, komünikasyonun Ģehirlerde cadde bazında komünikasyon gerekli olduğu yerlerde, mobil kullanım için elveriĢsiz yapar. Alçak yörünge [:low earth orbit] (LEO) olarak bilinen ikinci bir uydu tipi yeryüzüne çok yakın bir noktaya yerleĢtirilir ve genelde günde birkaç defa dünya etrafında eliptik örüntülerde hareket eder. Telemetri sistemleri için, GEO ve LEO uyduları kullanılır. Telemetri uygulamaları için niçin ilk etapta uydu haberleĢmesi kullanılmaktadır? AĢağıda uydu haberleĢmesine iliĢkin bazı avantajlar ve bazı telemetri uygulamaları için niçin uyduların tercih edildikleri açıklanmaktadır.

192

Radyo Mühendisliği Notları

    

 



Uydular, dünya yüzeyinde geniĢ kapsama alanlarına sahiptir. Dünya yüzeyinin neredeyse % 100‟ünde haberleĢme GEO ve LEO uyduları ile sağlanır. Normalde, uzaklık, bilgi alıĢveriĢ maliyet denkleminin bir parçası değildir. Bir sinyali 4000 km göndermekle 1 km göndermenin maliyeti aynıdır. Modern uydular, herhangi iki nokta arasında geniĢ bir bant ve yüksek veri hızları sağlayabilir. Uydu, normalde görüĢ alanı dahilindeki herhangi bir alıcıyla haberleĢme sağlayabilir. Radyo ve mikrodalga haberleĢme sistemleri tepelerden, dağlardan, çöllerden, okyanuslardan, göllerden, kentsel bölgelerden ve ağaçlardan etkilenirken, uydu bunlardan etkilenmez. Uydu, uzaktaki ayrı bir topluluğa ya da endüstriye, büyük bir kentteki iĢ merkezine sunduğu veri veya ses hizmetlerinin aynısını sunabilir. Uydular, karadan yüzlerce mil uzakta yer alan ve normalde haberleĢme için HF radyoyu kullanan gemilerle, talim gemileri ve platformlarla geliĢmiĢ haberleĢme teknolojisi sağlayabilir. Uydular, dünya üzerinde herhangi bir yerdeki mobil telefonlara/veri birimlerine halen mobil hücresel telefonlara sağlanan ses ve veri hizmetlerini sağlayabilir.

Bu bölümde, halihazırda kullanılmakta olan uydu hizmet tipleri, farklı hizmet sağlayıcıları ve onların uyduları, uydu frekans bant planı, uydu sistemlerinin temelleri, çalıĢma sistemleri ve son olarak çeĢitli uydu hizmetleri incelenecektir.

ii. Uydu Hizmet Sınıfları ve İlgili Örgütler Dört ana uydu sınıflandırma tipi mevcuttur: 

Uluslararası Global bir kapsama alanına sahiptir.  Bölgesel Batı Avrupa gibi bölgesel bir kapsama alanına sahiptir.  Ulusal Tek bir ülkede kapsama alanına sahiptir.

193

Radyo Mühendisliği Notları



Deneysel AraĢtırma ve amatör haberleĢme için kapsama alanına sahiptir.

Ġlk üç uydu hizmet tipinin herhangi bir tanesi, ticari ya da endüstriyel uygulamalar için kullanılabilir. Uluslararası Telekomünikasyon Birliği (ITU) 200‟den fazla üye ülkeyi temsil eden uluslararası bir örgüttür. Bu grup, uydu haberleĢmesi için dünya etrafında frekans kaynakları tahsis etmiĢtir. Daha sonra birçok özel grup veya devlet grubu uzaya uydu sistemleri koymak üzere birleĢmiĢtir. Ana uydu sistemleri ve onları destekleyen örgütler hakkında genel bilgiler edinilmesi faydalı olacaktır.

Uluslararası hizmetler INTELSAT INTELSAT – Uydular Aracılığı ile Telekomünikasyon Uluslararası Örgütü – global uydu sistemi vasıtasıyla her kıtadaki milyonlarca insana özel veri dağıtım hizmetleri, Ġnternet bağlantısı, eğitim hizmetleri, televizyon, ses ve video hizmeti sunar. 1964‟te kurulmuĢ olan INTELSAT, kendi uydularının 60 tanesinden fazlasının fırlatılması için gerekli desteği ve yer Ģebekesini sağladı. INTELSAT, ayrıca bu hizmeti dıĢarıdaki müĢterilerine de sundu ve 1975‟ten beri, INTELSAT yer Ģebekesi ve görev ekibi, bu müĢteriler için 60‟tan fazla uydunun fırlatılmasını destekledi. INTELSAT, global uydu kapsama alanı ve bağlanabilirlik sağlayan ilk örgüttür ve en kapsamlı hizmet aralığı ve en geniĢ eriĢim gücüne sahip haberleĢme sağlayıcısı olmaya devam etmektedir. Ticari bir birlik ve uydu haberleĢme satıcısı olması dolayısıyla, INTELSAT, üye ülkelerdeki milyonlarca insana hizmet sunmaktadır. INTELSAT‟ın yüksek-güçlü uydu filosu, müĢterilerine 7 gün 24 saat ses, veri ve video haberleĢme hizmeti sunmaktadır. Hergün, INTELSAT uyduları vasıtasıyla milyonlarca telefon konuĢması, kıtalararası seyahat rezervasyonu, finansal iĢlem ve veritabanı alıĢveriĢi gerçekleĢmektedir. Ġlâve olarak, dünya genelinde insanlar, uluslararası haberleri, eğlence programlarını ve spor karĢılaĢmalarını izleyebilir. 1965‟te „Early Bird‟ uydusuyla çalıĢmayı baĢlattıktan sonra, INTELSAT, üç büyük okyanus bölgesini kapsayacak uzay aracını fırlattı ve 1969‟da ilk global uydu haberleĢme sistemini kurdu. O

194

Radyo Mühendisliği Notları

zamandan beri, INTELSAT, uluslararası haberleĢme konusunda devrim yarattı ve diğer uydu operatörlerinin INTELSAT sistemini model olarak almaları için onlara ilham verdi. INTELSAT, halihazırda faaliyette olan ve 200‟den fazla ülkeye hizmet sağlayan 20 yerdurağan uyduya sahiptir. INTELSAT, Ģu anda, taĢıyıcılara ve büyük ve küçük ISP‟lere Ġnternet belkemiği hizmetleri pazarlama konusuna büyük bir önem vermektedir. Ayrıca, noktadan-noktaya ve noktadan-çoklu noktaya güvenli adanmıĢ [:dedicated] yüksek-hızlı veri hizmet çeĢitlerine sahiptir. ÇeĢitli video hizmetleri de vermektedir. INTELSAT, dünya genelinde 400‟den fazla telekomünikasyon taĢıyıcısına IP üzerinden ses, Ġnternet, video, veri ve ses uygulamaları sağlamaktadır. GeliĢmiĢ taĢıyıcı ile, en son uyduları, hemen hemen sıfır hatalı performans sağlayan „8 PSK ve zorunlu Reed Solomon dıĢ kodlama ile birlikte kafes kodlamalı modülasyon [:trellis coded modulation]‟ kullanan hizmetler sunar. Piyasanın bir ucunda, INTELSAT, bireysel iĢyerlerine ya da taĢıyıcılara STM1 (155 Mbps) adanmıĢ veri hizmeti sağlayabilir. Piyasanın diğer ucunda, INTELSAT, evlere doğrudan Ġnternet hizmeti sağlayabilir (hizmet sağlayıcıları vasıtasıyla). Taraflar Kurulu, INTELSAT anlaĢmasını imzalamıĢ olan tüm ülkelerin hükümet temsilcilerinden oluĢur. Birlik, normalde global politikaları ve uzun-dönemli hedefleri değerlendirmek için iki yılda bir toplanır. Ġmza sahibi kiĢiler, sistemin ana kullanıcıları olmalarının yanı sıra INTELSAT‟ı izlemesi ve yatırım yapması için hükümetler tarafından atanan kiĢilerdir. Bazı ülkelerde, imza sahibi, devlete-ait ya da özel bir firmadır; bazı ülkelerde ise, bu ortak bir giriĢimdir ya da sadece ulusal hükümetin iĢidir. Normalde, sistemin finansal, teknik ve iĢlevsel özelliklerini değerlendirmek için yılda bir kere Ġmza Sahipleri Toplantısı yapılmaktadır. Ġmza sahiplerini temsil eden BaĢkanlar Kurulu, INTELSAT‟la ilgili tüm büyük iĢlevsel konularda (tasarım, yapı, çalıĢma ve bakım gibi konularda) karar vermek için yılda en az dört kere toplanır. INTELSAT hakkında daha fazla bilgi için, aĢağıdaki adrese baĢvurun: www.intelsat.com Inmarsat Inmarsat, dünya genelinde mobil uydu haberleĢmesi sağlayan özel bir limited Ģirkettir. Deniz haberleĢmesi sağlamak için 1979‟da kurulmuĢ olan Inmarsat, ticari, tehlikeli uygulamalarda ve güvenlik

195

Radyo Mühendisliği Notları

uygulamalarında kullanılır, denizde, havada ve karadaki tek global mobil uydu haberleĢme sağlayıcısıdır. 15 Nisan 1999‟da, global bir mobil uydu haberleĢme sağlayıcısı olan Inmarsat, hükümet örgütünden özel Ģirkete geçiĢ yapan ilk Ģirkettir. Merkez Bürosu Londra‟da olan Ģirket, 14-üyeli bir Yönetim Kurulu tarafından yönetilmektedir. Inmarsat hizmetleri: Inmarsat uydu ağı tarafından desteklenen hizmetler Ģunlardır: denizcilik uygulamalarına iliĢkin veri bağlantıları, doğrudan-aramalı telefon, teleks, faks, elektronik mesaj; uçaklar için uçuĢ-güvertesi ses ve veri, otomatik konum ve durum raporlama ve doğrudan-aramalı yolcu telefonu, faks ve veri haberleĢmesi; kara taĢımacılığı için araç-içi ve taĢınabilir telefon, faks ve iki-yollu veri haberleĢmesi, konum raporlama, elektronik mesaj ve filo yönetimi. Inmarsat, felaketler ve acil durumlarda haberleĢme için ve haberleĢmenin zor ya da imkânsız olduğu yerlerde medya tarafından haber sunmak için kullanılır. Normal haberleĢmenin sağlanamadığı yerlerde, geçici ya da sabit çalıĢma için kullanılan sistemler de mevcuttur. 1980‟lerde 900 gemilik kullanıcı tabanıyla çalıĢmaya baĢlayan Inmarsat, 240 000‟den fazla gemiye, araca, uçağa ve taĢınabilir terminale 64 kbps‟ye kadar telefon, faks ve veri haberleĢmesi sağlamaktadır. Bu sayı, hızlı bir Ģekilde artmaktadır. Kullanıcı terminallerinden gelen trafik, uydular vasıtasıyla aktarılır ve daha sonra Kara Yer Ġstasyonuna (LES) iletilir, Kara Yer Ġstasyonu, karasal telekomünikasyon ağları için bir ağ geçidi [:gateway] gibi davranmaktadır. 30 ülkede yaklaĢık olarak 40 Inmarsat LES vardır. Uydular: Inmarsat, kendi Inmarsat-2 ve Inmarsat-3 uyduları vasıtasıyla global mobil uydu haberleĢme hizmetleri sağlamaktadır. Toplam dört Inmarsat-2 uydusu ve beĢ Inmarsat-3 uydusu mevcuttur. 1990‟ların baĢlarında fırlatılan dört Inmarsat-2 uzay aracının her biri, 250 Inmarsat-A ses devresine eĢ değer kapasiteye sahiptir. Temelde ana yüklenici Lockheed Martin tarafından Matra Marconi‟nin ortaklığıyla yapılan ve 1996 ile 1998 arasında fırlatılan Inmarsat-3, çoklu ıĢın noktaları özelliğine sahiptir ve her bir Inmarsat-3, Inmarsat-2‟den sekiz kat daha güçlüdür. Sadece üç tane Inmarsat-3 uydusu ile kutuplar hariç olmak üzere dünya yüzeyinin neredeyse tümü kapsanabilir. Geri kalan 6 uydu, gerekli olduğunda yedek ve ilâve kapasite sağlamaktadır. 196

Radyo Mühendisliği Notları

Inmarsat hizmetlerine iliĢkin artan talepten dolayı, 2004‟te üç yeni uydunun fırlatılması planlanmaktadır. Yeni uyduların amacı, yeni GeniĢ Bant Global Alan Ağı‟nı (B-GAN) desteklemek, dünyanın hemen hemen her yerinde 432 kbps‟e kadar olan hızlarda LAN eriĢimi, telefon, e-posta, faks, video konferansı, ısmarlama video hizmeti sağlamaktır. Bu hizmet, ayrıca yeni üçüncü jenerasyon hücresel hizmetleriyle de uyumludur. Yeni Inmarsat-4 uyduları, mevcut Inmarsat-3 uydularından 100 kat daha güçlü olup 10 kat daha fazla kapasiteye sahiptir. Inmarsat hakkında daha fazla bilgi için, lütfen aĢağıdaki merkeze baĢvurun: http://www.inmarsat.org

Bölgesel sistemler INTELSAT ve Inmarsat uydu sistemlerinin tümü mevcut uluslararası sağlayıcılardır. AĢağıda bazıları açıklanmıĢ olan birtakım bölgesel sistemler de mevcuttur. EUTELSAT 30‟dan fazla Avrupa ülkesi, EUTELSAT örgütünde imza sahibidir. Halen çalıĢmakta olan yirmibir uydu vardır ancak gelecekte bu sayının artırılması planlanmaktadır. Uydular, çoğunlukla Avrupa kıtasında hizmet vermektedir ancak Kuzey Amerika‟da ve Asya‟nın bazı kesimlerinde de kapsama alanına sahiptirler. INTERSPUTNIK Eski Doğu Bloğu ülkeleri, ticari telekomünikasyon için kullanılan bir uydu grubuna sahiptir. Bunlar, INTERSPUTNIK olarak bilinir ve 1972‟de Sovyet Bloğu tarafından yapılmıĢtır. Bu uydular, INTELSAT uyduları kadar geliĢmiĢ değildir. INTELSAT anlaĢmasına benzer Ģekilde INTERSPUTNIK anlaĢmasında da 15‟ten fazla ülke imza sahibidir. Günümüzde her iki uydu sisteminin hizmetleri de hem Doğu hem de Batı ülkeleri tarafından kullanılmaktadır. INTERSPUTNIK, halen çoğunlukla Avrupa ülkelerini kapsayan 4 uyduya sahiptir. INTERSPUTNIK, ayrıca, EUTELSAT örgütüyle çok yakın bir iliĢkiye de sahiptir. ARABSAT ARABSAT, Arap ülkelerinin kullandığı bölgesel bir uydu sistemidir. Bu örgütte yaklaĢık olarak 25 imza sahibi vardır. Bu

197

Radyo Mühendisliği Notları

sistem, halen iki tane iĢlevsel uyduya sahiptir ancak gelecekte bu sayının artırılması hedeflenmektedir. Telesat Telesat, ticari bir Kanada firmasıdır. 1972‟de dünyada ilk defa yurt içi bir uydu fırlatan ilk ticari firmadır. Telesat‟ın yörüngesinde dört uydu mevcuttur ve iki uydunun daha fırlatılması planlanmaktadır. Bu firma genelde Kuzey Amerika‟da biraz da Güney Amerika‟da pazar payına sahiptir. PanAmSat PanAmSat, genelde Amerika‟da ve Avrupa‟da, biraz da Afrika‟da, Orta Doğu‟da ve Asya‟da kapsama alanına sahip bir uydu sistemidir. PanAmSat sistemi, halen 23 tane iĢlevsel uyduya sahiptir. Dünya nüfusunun % 98‟inin kapsama alanlarında olduğunu iddia etmektedirler. PanAmSat sistemi, eğlence ve televizyon yayın verisi konusunda muhtemelen dünyanın en büyük uydu taĢıyıcısıdır. Ayrıca, tam bir ses, veri, Ġnternet ve video hizmet aralığına sahiptir. NewSkies uyduları Bu firma, dünya genelinde beĢ uyduya sahiptir. Bu uydu sistemi, Amerika, Avrupa, Pasifik Okyanusu bölgesi, Afrika, Orta Doğu ve Asya‟yı kapsar. Video, Ġnternet, yüksek-hızlı veri ve multimedya pazarında yer alır. Bu firma, Latin Amerika‟da Ġspanyolca ve Portekizce dil programlama gibi uygun pazarlar bulmayı baĢarmıĢtır. NewSkies, 2002‟de ve 2003‟te iki yeni uydu daha fırlatmayı planlamaktadır. Skynet Bu firma, dünya genelinde sekiz uyduya sahiptir ve dünya nüfusunun % 85‟inin kapsama alanında olduğunu iddia etmektedir. Skynet, veri hizmetleri, televizyon yayını, Ġnternet, Video konferansı ve uzaktan öğrenme gibi çeĢitli haberleĢme hizmetleri sunmaktadır. Diğerleri Bölgesel pazarlara hizmet veren baĢka birçok uydu sağlayıcısı mevcuttur. Bunların bazıları Ģunlardır:  

Americon – 18 Uydu Astru – 13 uydu 198

Radyo Mühendisliği Notları

    

AsiaSat – 3 uydu Nahuelsat – 1 uydu Sirius – 3 uydu StarOne – 5 uydu APT Uydu Sistemleri

Asya‟daki, Güney Amerika‟daki ve Afrika‟daki diğer bölgesel gruplar, halen kendi bölgesel uydu sistemlerini implement etmektedir.

Ulusal Birçok ülke, kendi yurt içi uydu sistemlerini oluĢturma konusunun üzerinde durmuĢtur. Dünya genelinde yaklaĢık 20 ülke, kendi yurt içi uydusunu fırlatmıĢtır. Bu tip haberleĢme hizmetleri, özellikle Amerika ve Avustralya gibi uzak ve ayrı bölgelerde yer alan büyük ülkeler için faydalıdır. Amerika‟nın dıĢında, kendi yurt içi uydu sistemini fırlatan ve çalıĢtıran ilk ülke Endonezya‟ydı (Palapa ya da Ģimdiki adıyla Satelindo). Türkiye'nin tek uydu operatörü Türksat Uydu HaberleĢme ve ĠĢletme A.ġ.,kamuya ait olarak kurulmuĢ ve özel sektör mantığı ile iĢletilen bir Ģirkettir. Türksat A.ġ., Türksat 2A'nın (Eurasiasat 1) yapılıp fırlatılması amacıyla, 1996'da Alcatel Space ortaklığıyla kurulan Eurasiasat SAM Ģirketinin de %75 hissesine sahiptir. ġirket, yüksek teknolojiyle donanmıĢ altyapısıyla, Türksat uyduları ve diğer uydular üzerinden her türlü uydu haberleĢmesini gerçekleĢtiren dünyanın önde gelen uydu operatörlerinden biridir. Toplumun haberleĢme taleplerini karĢılamak üzere geliĢtirdiği yenilikçi projeler yoluyla Türksat A.ġ. dünyanın dört bir yanından eriĢebildigi tüm insanlara esnek çözümler sunar. 2012‟de planlanması beklenen TürkSAT 4A ve 4B ile 2020‟de planlanan TürkSAT 5A Uyduları ile 8 Türk uydusu yörüngeye yerleĢmiĢ olacak ve TürkSAt böylece bölgesel olarak bir uydu gücü haline gelmiĢ olacaktır. TürkSAT Uyduları: 1- Türksat 1B uydusu, 1994 yılında hizmete girmiĢtir. 31.3° doğu pozisyonundadır. 36Mhz'lik 10 transponder ve 72Mhz'lik 6 transponder kapasitelidir. Haziran 2004 itibariyle eğimli yörüngede olan bu uydumuzun yıllık eğim açısı artıĢı 0.9°'dir.

199

Radyo Mühendisliği Notları

2- Türksat 1C uydusu 1996 yılında hizmete baĢlamıĢtır. 42.0° Doğu pozisyonundadır. 36Mhz'lik 9, 54Mhz'lik 2 ve 72Mhz'lik 5 transponder kapasitelidir. 3-Türksat 2A: 1. Nesil uydularımızın gösterdiği baĢarılar göz önüne alınarak, % 75'i TÜRK TELEKOM' un, % 25'i Avrupa' nın önde gelen uydu üretici firmalarından biri olan Fransız Alcatel Space Industries Firmasının olmak üzere ortak bir Ģirket (joint venture) kurulmuĢtur. 15 Kasım 1996 tarihinde kurulan Ģirket EURASIASAT adıyla TÜRKSAT 2A uydusunun yapım ve servislerinin pazarlanmasından sorumlu olmak üzere faaliyete geçmiĢtir. 4-TürkSAT 3A: 2008‟de devreye sokulmuĢtur. Yapımı tamamlanan uydu 10 Ocak 2001 tarihinde yörüngesine yerleştirilmek üzere Ariane 4 roketiyle fırlatılmıştır. Servisler 2001 yılı Şubat ayı itibariyle başlatılmış ve başarıyla sürdürül-mektedir. Uydunun gözlemi, kontrolü ve üzerindeki iletişim aktivasyonu Şirketi-mizce gerçekleştirilmektedir. Uydu kont-rol merkezi Ankara'da, yedek kontrol merkezi Cannes'dadır. Eurasiasat 1 uy-dusu, Alcatel Spacebus 3000-B3 platform modeli bir uydudur. 10 Ocak 2001'de fırlatılmıştır ve Türksat 1C ile aynı lokasyonda (42° Doğu) hizmet vermektedir. 15 yıllık ömrü vardır. Eurasiasat kapsama alanı, dünya nüfusunun %20'sini içermektedir.

200

Radyo Mühendisliği Notları

Fırlatılacak olan TürkSAT 4 ve TürkSAT 5 uyduları ile birlikte Türkiye’nin yörüngede 8 uydusu olacaktır.

Alçak yörünge (LEO) uydusu GEO‟dan farklı olarak, LEO, dünya yörüngesinde (diğerlerine göre) çok düĢük seviyelerde dönecek Ģekilde tasarımlanmıĢ bir uydudur. Bu uydular, bazen kutba-yakın yörünge uydusu olarak adlandırılır çünkü kutuplara yaklaĢan eliptik bir yörüngeye sahiptirler ve yörünge yükseklikleri, 500 km ilâ 1500 km arasında değiĢir. Kepler Kanunu‟na göre dünya merkez nokta olacak Ģekilde, uydu eliptik bir yörüngeye sahip olacaktır. Uydu yörüngede kalır çünkü merkezcil ivmelenme tarafından oluĢturulan kuvvet, dünyanın yerçekimi kuvvetine eĢittir. Yörüngenin periyodu, uydunun hızı tarafından belirlenir. 500 km ve 1500 km yükseklikleri için, yörünge periyotları sırasıyla 95 ve 116 dakikadır. Her bir uydu, dünya yüzeyinin aynı bölgesinden günde iki defa (farklı yönlerde) geçecektir (dünya döndüğü için). Uyduların güneĢle senkron olmaları sağlanabilir, böylece uydular, her gün dünya üzerindeki aynı konumdan aynı saatte geçer. Uydular zamanla yavaĢlayacak ve bunun sonucu olarak yörüngenin yüksekliği azalacaktır. En sonunda, uydu, dünyaya çarpacak kadar yavaĢlayacaktır. Bu olayın gerçekleĢmesi, birkaç ay ilâ bir yıl arasında sürebilir. Bu yüzden, uyduların yörüngede kalabilmeleri için düzenli bir Ģekilde roketlerini ateĢlemeleri gerekmektedir. LEO uyduları, mobil telefon, SCADA ve telemetri uygulamaları, meteoroloji, yüzey incelemeleri, harita çizimi, atmosferik özelliklerin incelenmesi, kara, okyanus ve buz bölgelerinin ve özelliklerinin incelenmesi için kullanılmaktadır. 201

Radyo Mühendisliği Notları

Evrenin dıĢ bölgelerinin incelenmesi için yakın zamanda fırlatılmıĢ olan Hubble teleskobu, bir LEO uydusunun içinde yer almaktadır. Günümüzde mobil telefon ve veri uygulamaları için büyük LEO uydu ağlarını çalıĢtıran iki büyük grup mevcuttur. Bunların ilki, Motorola tarafından yönetilen bir konsorsiyum tarafından yapılan ve fırlatılan Ġridyum sistemidir. 1990‟ların sonunda bu hizmet sunuldu ve baĢarısız oldu. Daha sonra baĢka bir konsorsiyum tarafından satın alındı (yapılması için harcanan paradan daha düĢük bir fiyata satıldı). Bu kitabın yazıldığı sıralarda, Ġridyum sistemi baĢarılı bir Ģekilde çalıĢmaktadır. Ġridyum sistemi, dünya genelinde % 100 gerçek ses ve veri kapsama alanına sahip tek sağlayıcıdır. Ġridyum sistemi, Boeing tarafından çalıĢtırılan ve bakımı yapılan 66 tane LEO uydusundan oluĢmaktadır. Özellikle normal karasal hizmetlerin sağlanmasının mümkün olmadığı uzak bölgelerde ses haberleĢmesi sağlamak için tasarımlanmıĢtır. Ġridyum handset‟leri iki modda çalıĢır. Kullanıcı, normal hücresel ağın kapsama alanında olduğunda, handset bu ağda çalıĢacaktır. Kullanıcı hücresel ağın kapsama alanının dıĢına çıkarsa, handset otomatik olarak Uydu moduna anahtarlanacaktır. Çağrı-maliyetinde önemli bir artıĢın meydana gelmesinin dıĢında, bu anahtarlama kullanıcı tarafından fark edilmeyecektir. Ġridyum, telefonun veri eriĢimi için bilgisayara bağlanmasını olanaklı kılmak için, birtakım veri hizmetleri ve bununla ilgili donanımı satmaktadır. Bu sistemler, temel olarak iki veri hizmeti sağlamaktadır. Ġlki, kullanıcının noktadan-noktaya veri bağlantısı kurmak için baĢka bir bilgisayarı aradığı basit bir aramalı hizmettir. Bu hizmet, 2,4 kbps veri hızında çalıĢır. Ġkinci hizmet, Ġnternete doğrudan bağlanmak için kullanılır. Özel sıkıĢtırma algoritmaları kullanılarak, 10 kbps‟ye kadar veri çıkıĢı elde etmek mümkündür (hız, indirilmekte olan verinin tipine bağlıdır). Ġkinci LEO uydu sistemi, Globalstar olarak adlandırılan bir konsorsiyum tarafından sağlanır. Bu sistem, 48 tane uydudan oluĢan bir sistemdir. Dünyanın tümü aynı zamanda bu sistemin kapsama alanında olamaz. Uyduların yörüngeleri, belki de Afrika kıtası hariç olmak üzere birçok bölgeyi kapsamaktadır. Globalstar sisteminin fonksiyonelliği, temel olarak Ġridyum sistemininki ile aynıdır. Ġletim teknolojisi biraz farklıdır. Veri iletimi için Globalstar, Qualcomm tarafından geliĢtirilen bir CDMA teknolojisini kullanmaktadır. Ericsson, Qualcomm ve Telit tarafından birçok telefon ve veri modemi tipi üretilmektedir. 202

Radyo Mühendisliği Notları

Globalstar tarafından sağlanan veri hizmeti, PPP kullanan seri asenkron IP protokolüne dayanır. Ortalama çıkıĢı 7,4 kbps olup maksimum veri hızı 9,6 kbps‟dir. Güvenli bağlanabilirlik için SMS mesaj gönderme ve VPN tünelden gönderme iĢlemleri de gerçekleĢtirilebilir.

GPS – Global konumlandırma sistemi Global konumlandırma sistemi (GPS), dünya üzerindeki herkese konum, enlem ve boylam bilgisi sağlayan bir konumlandırma hizmetidir. Dünya yüzeyindeki kullanıcılar, dünya üzerindeki konumlarını belirlemek için farklı birtakım yörünge uydularından birçok sinyal almaktadır. Bu hizmet, 1980‟lerdeki „Yıldız SavaĢları‟ giriĢiminin bir parçası olarak Amerikan Savunma Departmanı tarafından baĢlatılmıĢtır. Amerikan hükümeti, dünya genelindeki ticari kullanıcılara sınırlı bir eriĢim kodu vermeye karar vermiĢtir. Bu giriĢim, savunma departmanı giriĢimi olduğu için, hizmetin her zaman sağlanabileceğine dair bir garanti yoktur. Büyük bir savaĢ çıksa, hizmetin ticari yönü kesintiye uğrayabilir. En yaygın biçimde kullanılan ticari kod (iki tane kod vardır) ücretsizdir. Bu durum, Amerikan hükümetinin üst kademelerinde kaygıya neden olmuĢtur çünkü sürekli olarak bu hizmetin sağlanmasının maliyeti çok yüksektir. Paradan tasarruf yapmak için sistemin kapatılması bile düĢünülmüĢtür. Günümüzde dünyadan 25 000 km uzaklıktaki yörüngede (orta dünya yörüngesi – MEO) dönmekte olan 25 uydu vardır. Uydular iki ana kod yayar. Ġlk kod olan „P‟ kodu sadece Amerikan Ordusu tarafından kullanılmaktadır. Bu kodun çözülmesi hemen hemen imkânsızdır. Bu Ģekilde santimetre mertebesine kadar doğruluk elde edilmiĢ olur. Kullanılan ikinci ana kod, „seçimli adaptif‟ (SA) koddur. Ticari bir GPS alıcıya sahip herkes bu kodu alabilir. Bu kod, sürekli olarak rastgele biçimde değiĢmektedir, bu nedenle doğruluğu hiçbir zaman önceden tahmin edilemez. Yakın zamana kadar, garanti edilen en iyi doğruluk  100 m idi. Günümüzde SA kodundaki seğirme azaltılmıĢtır ve konumlandırma sisteminin doğruluğu  25 metre olmuĢtur. Doğruluğu daha da artırmak için bazı firmalar diferansiyel GPS (DGPS) olarak adlandırılan bir teknik kullanmaktadır. Burada, bilinen bir inceleme noktasında bir GPS sinyali alınır. Alınan sinyal ile bilinen nokta arasındaki fark hesaplanır ve daha sonra radyo (ya

203

Radyo Mühendisliği Notları

da uydu) tarafından diferansiyel sinyalin daha sonra kullanılacağı uzaktaki birimlere iletilir. Bu teknik, bir metreden daha iyi doğruluk sağlayabilir ancak doğruluk, eĢ zamanlı olarak bağlanabilen uydu sayısına ve ayrıca bilinen inceleme noktası ile uzak birim arasındaki uzaklığa bağlıdır.

iii. Uydular için Frekans Bandı Tahsisi Uluslararası topluluk için tüm telekomünikasyon standartlarının ve uygulama-larının yönetilmesi ve düzenlenmesi, ITU tarafından gerçekleĢtirilir. ITU, radyoda ve uyduda kullanılacak teknik standartlara ve uygulamalara iliĢkin tavsiyeleri geliĢtirir. ITU‟nun desteğinde, Uluslararası Frekans Düzenleme Kurumu (IFRB) olarak adlandırılan ve frekans spektrumunu iyi ve diplomatik bir Ģekilde organize eden ve uluslararası topluluklara dağıtan bir kurum vardır. Uydu, farklı ülkelerdeki farklı kullanıcılara iletim gerçekleĢtirdiği için, dikkatli bir Ģekilde düzenlenmelidir. ġekil 3.1‟de, uydu haberleĢmesine tahsis edilmiĢ olan frekanslar gösterilmektedir. Tüm frekans tahsisi, altı ayrı banda bölünmüĢtür. Her bir bant, uydu-yer linki [:downlink] için tahsis edilmiĢ bir kısma ve yer-uydu linki [:uplink] için tahsis edilmiĢ baĢka bir kısma sahiptir. Uydu-yer linki frekansları yer istasyonuna iletim yapan uydular için ve yer-uydu linki frekansları, uydulara iletim yapan yer istasyonları içindir (sonraki bölümde açıklanmaktadır).

204

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 3.1 – Uydu frekans bandı tahsisi Bu frekans tahsislerinin birçoğundaki temel sorun, karasal mikrodalga linkleriyle paylaĢılmalarının gerekli oluĢudur. ġekil 3.2‟de bunun nasıl hem uyduda hem de mikrodalga linkinde enterferansa neden olabildiği gösterilmektedir.

205

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 3.2 – Uydular ve mikrodalga sistemleri arasındaki potansiyel enterferans Sorunların oluĢmasını önlemek için, frekans düzenleme kurumları tarafından dikkatli frekans koordinasyonunun ve frekans tahsisinin gerçekleĢtirilmesi gereklidir. Uydu-yer linki frekansları, her bir bant için daha alttaki frekanslardır çünkü RF yükselteci, daha düĢük frekanslar üretme (bunun sonucu olarak güç harcaması daha azdır) konusunda doğal olarak daha verimlidir, böylece uydunun iletim kapasitesinin daha büyük olması sağlanır.

Uydu bantları C bandı: C bandı telekomünikasyon uyduları için en yaygın biçimde kullanılan banttır. Bunun temel sebebi, çevredeki bantlara göre (hem L‟ye hem de KU‟ya göre) daha düĢük bir sinyal gürültü oranına sahip olmasıdır. Temel gürültü kaynağı alıcıdır. 10 GHz‟in üstündeki frekanslarda, daha fazla alıcı gürültüsü mevcuttur ve 1 GHz‟in altındaki frekanslarda, önemli seviyede arka plan gürültüsü ve endüstriyel gürültü mevcuttur. Karasal mikrodalga linklerinden kaynaklanan enterferans, C bandı uydularında karĢılaĢılan temel problemdir. C bandındaki yer-uydu ve uydu-yer linklerinin her birine 500 MHz bant geniĢliği tahsis edilir. Daha sonra her bir link 36 MHz‟lik 24 geniĢ bant kanalına ayrılır. Her bir geniĢ bant kanalı 800 tane 45 kHz‟lik bant geniĢliği elde edilecek Ģekilde daha da küçük parçalara bölünür. 24 x 36 MHz = 864 MHz değeri, izin verilen 500 MHz‟den daha büyüktür. Bant geniĢliği iki kere kullanılarak yirmi-dört tane kanal elde edilir. 12 tane 36 MHz‟lik kanal, düĢey polarizasyonlu antenler kullanılarak 500 MHz‟lik bant geniĢliğine yayılırken, yatay polasizasyonlu antenler kullanılarak aynı 500 MHz‟lik bant geniĢliğine oniki kanal daha yayılır. Böylece teorik olarak, 1 GHz‟lik etkin bir bant geniĢliğine sahip olmuĢ oluruz. Daha eski analog tip uydularda, her 36 MHz‟lik kanal için sadece 60 Mbps‟lik bir veri kapasitesinin elde edilmesi mümkündü. Yeni sayısal uydular kanal baĢına yüzlerce Mbps sağlanabilmektedir. Ku bandı: Ku frekans bandı, hızla en çok kullanılan bant haline gelmektedir. Bu bandın yarısı karasal mikrodalgaya tahsis

206

Radyo Mühendisliği Notları

edilmemiĢtir, bu nedenle bu frekans bandı, karasal mikrodalga sistemleriyle enterferans oluĢma ihtimalini önlemek isteyen telekomünikasyon kullanıcıları için çok çekici bir banttır. Ku bandı, yağmurun neden olduğu yüksek seviyede sinyal zayıflamasına tâbidir, bu yüzden Ģiddetli yağıĢın meydana geldiği zamanlarda hizmet kesintilerinin meydana gelmemesini sağlamak için tasarım aĢamasında dikkatli olunmalıdır. Yağmurun neden olduğu zayıflamanın üstesinden gelmek için yeterli sönümleme sınırının mevcut olup olmadığını ve daha büyük antenlerin ya da daha yüksek verici gücünün gerekli olup olmadığını belirlemek üzere bazı hesaplamalar yapılmalıdır. Ayrıca alçak yerlerde atmosferik absorpsiyon daha fazla olduğu için antenin yükseklik açısı da oldukça önemli hale gelir. L bandı L frekans bandı, kanal bant geniĢliği açısından çok sınırlıdır ancak LEO uydu ağlarında kullanılanlar gibi mobil alıcılarla kullanım için mükemmeldir. Frekans düĢük olduğu için atmoferik zayıflama daha azdır ve nispeten güçlü bir sinyal almak için sadece çok küçük antenlerin kullanılması yeterlidir. Bu bant, çoğunlukla deniz haberleĢmesi için (Inmarsat) ve LEO mobil haberleĢme için kullanılmaktadır. Bant geniĢliği sınırlı olduğu için, sadece çok düĢük-hızlı verileri ya da tekli ses kanallarını taĢıyacaktır. Okyanusta yüzen bir geminin tepesine küçük bir anten yerleĢtirmek ve baĢarılı haberleĢme sağlamak kolaydır. ġekil 3.3‟te, gemiyle haberleĢmek için L bandının nasıl kullanıldığı ve bunu kıyıdaki yer istasyonuna aktarmak için C bandının nasıl kullanıldığı gösterilmektedir.

ġekil 3.3 – Okyanusta yüzen gemiler için L bandı haberleşmesi

207

Radyo Mühendisliği Notları

S, X ve Ka bantları : S, X ve Ka bantları temelde hükümet uygulamaları, askeri uygulamalar ve araĢtırma uygulamaları için kullanılmaktadır. Ticari uygulamalar söz konusu ise, C ve KU bantları çok dolduğunda, Ka bandı kullanılır. C ve KU bantları çok dolu olduğu için, Ka bandı daha popüler hale gelmektedir. Günümüzde fırlatılmakta olan birçok ticari uydunun transponderlerinin bir kısmı, Ka bandında çalıĢacaktır.

iv. Uydu Sistemleri ve Uydu Cihazları Konfigürasyon Yer istasyonları, dört farklı kategoride sınıflandırılabilir:  Ana kontrol yer istasyonu Bunlar, ana amaçları GEO yörüngelerindeki uyduları kontrol etmek ve izlemek olan ve yeryüzündeki stratejik bölgelere yerleĢtirilen önemli sistemlerdir. Bunlar, ayrıca kamuya ait telekomünikasyon Ģebekelerine ağ geçidi eriĢimi sağlar.  Ana eriĢim yer istasyonu Bunlar, kamuya ait telekomünikasyon Ģebekelerine eriĢimi sağlayan ve bir ülkede birkaç büyük Ģehirde yer alan büyük sistemlerdir.  Orta kapasiteli uzak yer istasyonu Bunlar, kentsel ya da uzak bölgeler için belirli bir yerdeki kullanıcıya birçok kanal sunar. Bu linklerin kapasitesi, normalde yaklaĢık olarak 2 Mbps‟ye kadar çıkar.  Küçük ya da mobil yer istasyonları Bunlar, kara araçlarına, okyanusta yüzen gemilere ya da uzak sabit bölgelere yerleĢtirilen ve tek bir ses ya da veri kanalına eriĢimi sağlayan küçük terminallerdir. Noktadan-noktaya tam dupleks haberleĢme için kullanılan temel uydu sistemi ġekil 3.4‟te gösterilmektedir.

208

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 3.4 – Noktadan-noktaya tam dupleks haberleşme için konfigüre edilmiş uydu sistemi Bu sistem tipi, genelde bölgeler arası adanmıĢ link bağlantısı için kullanılacaktır.

ġekil 3.5 – Tek noktadan-çoklu noktaya tam dupleks haberleşme için konfigüre edilmiş uydu sistemi Ġkinci konfigürasyon, tek noktadan-çoklu noktaya bağlantı için kullanılan konfigürasyondur. Bu durum, ġekil 3.5‟te gösterilmiĢtir.

209

Radyo Mühendisliği Notları

Bir ülkedeki ana yer istasyonu, normalde büyük bölgelere kurulan bir sistemdir ve bir ana hizmet sağlayıcısı (PTT) tarafından çalıĢtırılır. Uzak istasyonlar, farklı firmalara aittir, her biri adanmıĢ bir linki kiralar ya da kullanma süresi için para öder ve anahtarlamalı telefon ya da veri Ģebekesine eriĢir. Uzak istasyona eriĢmek isteyen bir firma, ana yer istasyonuna giden santrallararası bir hattı kiralamalı ya da aramalıdır. Ana yer istasyonuna adanmıĢ ya da anahtarlamalı hat eriĢimi kullanarak eriĢme kararı, veri hızlarına ve uzak bölgelere eriĢim Ģartlarına bağlıdır. Ana yer istasyonlarına paket anahtarlamalı X.25 veri eriĢimi de mümkündür. Uzak terminaller X.25 modemlere ihtiyaç duyar. Bu hizmet için kullanılan antenler, bir kahve fincanı kadar küçük olabilir. Orta kapasiteli uzak istasyonlar, normalde çok küçük açıklıklı terminaller (VSAT) olarak bilinir. VSAT, normalde küçük bir çanak antenden, nispeten yüksek güçlü verici yükseltecinden ve yüksek kazançlı, düĢük gürültülü bir alıcıdan oluĢan nispeten pahalı olmayan bir yer istasyonudur. Az sayıda (normalde 6 ilâ 8 arasında) ses devresiyle ya da bazı düĢük hızlı (64 kbps‟ye kadar) veri devreleriyle haberleĢmek için kullanılırlar. Yüksek kapasiteli VSAT‟lar günümüzde daha çok kullanılmaya baĢlanmıĢtır. VSAT‟lar beton üzerine konur, hizalandırılır ve daha sonra sabit olarak kalır. VSAT anten çanağı, 1,5 m ilâ 2,5 m arasında bir çapa sahip olacaktır. Ana eriĢimli yer istasyonları, telekomünikasyon taĢıyıcılarının büyük bir Ģehre ağ geçidi sağladığı çok büyük karmaĢık bir sistem olabilir ya da daha küçük abonelere kiralama hizmetleri sağlayan ve ticari bir organizasyon tarafından oluĢturulan orta büyüklükteki bir sistem olabilir. Bu bölgelerdeki anten çanaklarının çapları, 5 m ilâ 20 m arasında değiĢir. Veri hızı kapasiteleri, saniyede yüzlerce Megabitten saniyede 8 ya da 16 Megabite kadar değiĢebilir. Mobil terminal çeĢitleri de mevcuttur. Birimler, çapı 30 cm ilâ 1 m arasında olan küçük düz antenlere ya da yüksekliği 1 m civarında olan uzun ince antenlere sahip olacaktır. Birimler, uzak bölgelerdeki sabit sistemlerde, kara araçlarında ya da okyanusta yüzen gemilerde kullanılmak üzere tasarımlanmıĢtır ve tek bir ses devresine ya da tekli düĢük hızlı (normalde 9600 bauda kadar) veri devresine sahiptir. Normalde mobil uydu hizmeti (MSS) terminalleri olarak adlandırılan mobil terminaller, düĢük hızlı bir veri kanalına ihtiyaç

210

Radyo Mühendisliği Notları

duyan uzak telemetri uygulamaları için uygundur. Bu terminaller, GEO hizmetleriyle kullanılan terminallerdir. MSS, Bölüm 3.5‟te ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Son olarak, cep telefonundan sadece biraz daha büyük olan elde taĢınan telefon terminalleri vardır. Daha önce açıklanmıĢ olduğu gibi, bunlar, LEO uydu hizmetleriyle kullanılmaktadır.

Çoklama Tek noktadan-çoklu noktaya uydu sistemleri için, uydudaki bant geniĢliği kaynağının belli sayıda kullanıcıya tahsis edilmesi gereklidir. Bant geniĢliği kaynağına eriĢim için üç ana metot kullanılır. FDMA Ġlk metot, frekans bölmeli çoklu eriĢim (FDMA) olarak bilinir. Bu, frekans bölmeli çoklama/çoğullama kavramına benzer bir kavramdır. Burada, her bir terminal istasyonuna ayrı frekanslar tahsis edilir, böylece toplam bant geniĢliği, maksimum terminal sayısına bölünür. AdanmıĢ kiralık bir link için, terminale kalıcı olarak bir bant geniĢliği dilimi tahsis edilir. Anahtarlamalı hizmet içinse, belli sayıdaki terminale bir bant geniĢliği dilimi tahsis edilir ve dilim serbest olduğunda terminaller dilim için yarıĢacaktır. Yer terminali uyduya iletilen herĢeyi duyacaktır çünkü uydu, sinyali, geniĢ bir bölge üzerinden alıcı yer istasyonuna geri iletecektir. Bu yüzden, iki terminale aynı frekans bant geniĢliği dilimi tahsis edilirse ve iki terminal de söz konusu kanala aynı zamanda eriĢmeye çalıĢırsa, terminaller, çarpıĢma enterferansını fark edip iletimi durduracaklardır. Rasgele bir gecikme süresinden sonra, yeniden eriĢmeyi deneyeceklerdir. Anahtarlamalı kanal bant geniĢliği tahsis etmek için kullanılan ikinci bir metot, adanmıĢ bir sinyalleĢme kanalı kullanmaktır. Ana yer istasyonu, terminale bir kanal tahsis etmek için bu kanalı kullanır. Önceki bölümde belirtildiği gibi, C bandı uydusu her biri 500 MHz‟lik bant geniĢliğine sahip ve 24 tane geniĢ bant 36 MHz‟lik kanala bölünen uydu-yer ve yer-uydu linklerine sahip olacaktır, bunlar da 800 kanala bölünür, baĢka bir deyiĢle, toplam 800 x 24 = 19 200 tane kanal mevcuttur. Uygulamada, sadece 12 000 ses ve veri kanalı mevcuttur, çünkü kapasitenin bir kısmı, kontrol, sinyalleĢme, senkronizasyon, vb. gibi diğer amaçlar için kullanılmaktadır. Bu kanallar iki Ģekilde kullanılır. Ġlk olarak, bazı

211

Radyo Mühendisliği Notları

kanallar birlikte gruplandırılabilir ve büyük bir geniĢ bant paket halinde satılır. Bu, taĢıyıcı baĢına çoklu kanal olarak bilinir (MCPC). Tek bir geniĢ bant kanalı, aĢağıdaki gibi bölünüp kullanılabilir.

ġekil 3.6 – FDMA sistemlerinde taşıyıcı başına çoklu kanal tahsisi AdanmıĢ bir taĢıyıcı kullanarak doğru geniĢ bant modülasyonu gerçekleĢtirmek her bir kullanıcının sorumluluğu haline gelir. GeniĢ bant kanalının önüne bir çoğullayıcı yerleĢtirerek ve kanalı daha küçük kanallara ayırarak (düzenleme kurumları tarafından izin verilirse) bunları daha küçük kullanıcılara satanlar genelde bu kullanıcılardır. Uydudaki kanalların kullanılmasına iliĢkin diğer metot, taĢıyıcı baĢına tekli kanal (SCPC) olarak bilinir. Burada, adanmıĢ santrallararası bir hat ve anahtarlamalı bir hat söz konusu olduğunda, her bir kullanıcıya kalıcı olarak tek bir kanal tahsis edilir.

ġekil 3.7 – FDMA sistemlerinde taşıyıcı başına tekli kanal tahsisi TDMA Kanal bant geniĢliğine eriĢmek için kullanılan ikinci metot, zaman bölmeli çoklu eriĢimdir (TDMA). Bu, zaman bölmeli çoğullama ile 212

Radyo Mühendisliği Notları

aynı kavramdır. Burada tek bir büyük bant geniĢliği parçası, belli sayıda kullanıcı tarafından kullanılmak üzere tahsis edilir. Her bir kullanıcı, ayarlanan kısa bir periyot boyunca bant geniĢliğine ardıĢık olarak eriĢir. Her bir uzak istasyona, bir çerçeve periyodunda belirli bir zaman dilimi tahsis edilir, çerçeve periyodu, toplam zaman dilimi sayısına eĢittir (her bir uzak istasyonun zaman dilimi arasındaki süre). Söz konusu zaman dilimi sırasında, uzak istasyon kısa bir veri parçası iletebilir. Bu, ani trafik darbesi olarak adlandırılır. ġekil 3.8‟de tipik bir çerçeve örneği gösterilmektedir. Bu çerçeve, 120 Mbps‟de çalıĢan sayısal bir uydu sistemi içindir. (Bazı uydu sistemleri, bu veri hızının 4 katında çalıĢan, daha karmaĢık modülasyon teknikleri kullanan kanallara sahip olabilir).

ġekil 3.8 – 120 Mbit/s’lik geniş bant kanalın INTELSAT TDMA veri çerçevesi Çerçevedeki 1690 kanalın her birine 64 kbps‟lik veri hızı tahsis edilir. Bu yüzden, 1690 x 64 k = 108,16 Mbps‟lik trafik veri hızı mevcuttur. 120 Mbps‟lik kanalın geri kalanı, kontrol, hata düzeltme ve senkronizasyon için kullanılır. Çerçevelerin uzunluğu 2 milisaniyedir (baĢka bir deyiĢle, saniyenin 1/500‟ü). Bu 2 ms‟lik süre boyunca her bir kanal kendisine iletim için tahsis edilmiĢ bir zaman dilimine sahiptir. Böylece çerçeve baĢına 108,16 Mbps/500 = 216 320 trafik biti ya da çerçeve ya da kanal baĢına 64 kbps‟de 128 trafik biti iletilir. Her bir çerçevede baĢka referans ve senkronizasyon bitleri de mevcuttur. Her biri 36 MHz‟lik 24 geniĢ bant kanala sahip (transponder baĢına) ve geniĢ bant kanal baĢına 1690 kanala sahip bir uydu için, 40 000 tane 64 kbps‟lik kanal mevcuttur. Uygulamada, kapasitenin bir kısmı, kontrol ve senkronizasyon sinyalleĢmesi, vb. için kullanıldığından dolayı 33 000 civarında ses ve veri kanalı mevcuttur. FDMA kullanılmıĢ olsaydı, aynı bant geniĢliği için 213

Radyo Mühendisliği Notları

kapasite, yaklaĢık 12 000 kanal olurdu. Buradan görüldüğü gibi, bant geniĢliği TDMA ile, FDMA ile olduğundan daha verimli bir Ģekilde kullanılmaktadır. Bir TDMA uydu sisteminde en zor üstesinden gelinen Ģey senkronizasyondur. Uzak yer istasyonları, uydudan gönderilen tüm veriyi duyar ve buna göre senkronize olabilir. Uygun bir referans sağlamak için, uydudan yere gönderilen veride bir senkronizasyon darbesi mevcuttur. Hassas senkronizasyonun gerçekleĢmesi zordur. Bunun iki sebebi vardır. Ġlk olarak, uydu her gün yörüngesinde belli bir derece kayar. Ġkinci olarak, uydu ile dünya üzerindeki her nokta arasındaki mesafe aynı değildir. Ġlk problem daha büyük bir problemdir ve problemin üstesinden gelmek için geliĢmiĢ algoritmaların kullanılması gereklidir. Sabit hizmetler için, yer istasyonuna, çerçevede adanmıĢ bir dilim tahsis edilir. Anahtarlamalı hizmetler için, bir yer istasyonu arama yapmak istediğinde, bir sinyalleĢme kanalı vasıtasıyla bir dilim talep etmiĢ olur ve daha sonra ana yer istasyonu tarafından bir dilim tahsis edilir. CDMA Üçüncü metot, Kod Bölmeli Çoklu EriĢim (CDMA) olarak ya da bazen yaygın spektrum tekniği olarak bilinen metottur. Burada kullanıcılara çok geniĢ bir bant tahsis edilir. Her bir istasyona sözde rastgele bir kod iletilir, istasyon, kısa bir süre boyunca bir frekans seçer, birkaç tane (bazen sadece bir tane) bit iletir ve daha sonra yeni bir frekansa geçer ve sıradaki bitleri iletir. Ġstasyon, sözde rastgele koda göre olan bir sırada frekans bandında atlayarak gezer. Bu, bazen frekans atlama olarak bilinir. Alıcı da aynı sözde rastgele koda sahiptir ve frekans bandındaki kısa veri iletimlerini izleyecektir. Sistemin parçası olmayan ancak kodun seçtiği frekanslarda çalıĢan diğer kullanıcılar için, bilgi bitleri sadece arka plan gürültü gibi görünecektir. Kodlanan alıcı da gürültü alacaktır ancak almıĢ olduğu gürültüyü ortadan kaldırmak için hata tespit/düzeltme teknikleri kullanacaktır. Bu teknik, zaman kümesinde de [:domain] kullanılabilir. O zaman frekans sabit kalacak ancak yüksek veri hızlarındaki kısa ani veri darbeleri zaman çerçevesine rastgele yayılacaktır. CDMA kullanmanın bazı avantajları vardır. Bunlar aĢağıdadır: 

Frekans değiĢtiği için, sabit karasal mikrodalga ya da uydu sistemlerinde enterferans düĢüktür. 214

Radyo Mühendisliği Notları

  

Sadece düĢük-güçlü küçük alıcı-vericilere [:transceiver] ve antenlere gerek duyarlar. Yüksek veri güvenliğine sahiptirler. Frekans diversitesini kullanmaları sayesinde çok yollu sönümlemeye karĢı dayanıklıdırlar.

Bu teknikte bant geniĢliği çok verimsiz bir Ģekilde kullanılmaktadır, çünkü bilgi sinyalleri kolayca kötüleĢebilir. Bu teknik, sadece 9600 bauda kadar olan düĢük veri hızları için faydalıdır. Tipik olarak, 36 MHz‟lik bir transponderde 800 civarı kanal kullanılabilir. Bu nedenle, CDMA, çoğunlukla askeri uygulamalar için, amatörler için veya deney amaçları için kullanılır.

(a) Zaman bölmeli çoklu eriĢim Her bir kanal bant geniĢliğine önceden tanımlanmıĢ bir sırada çok kısa bir süre boyunca eriĢir.

(b) Frekans bölmeli çoklu eriĢim Her bir kanala, iletim yapabileceği bir frekans bant geniĢliği tahsis edilir.

215

Radyo Mühendisliği Notları

(c) Kod bölmeli çoklu eriĢim Kanalları tüm bant geniĢliğine yaymak için sözde rastgele kodlar kullanılır. ġekil 3.9 – FDMA, TDMA ve CDMA’nın karşılaştırılması Paket hizmetleri Birçok uydu ağı sağlayıcısı, paket anahtarlamalı veri hizmeti sunmaktadır. Bu hizmetlerin implement edilmesi hızlı ve ucuzdur. Uydular üzerinden paket eriĢimi, temelde bir TDMA sistemidir ve ne kadar çok sayıda uydu ağı mevcutsa, ağa eriĢim için o kadar çok sayıda haberleĢme protokolü mevcuttur. Metotlardan biri, taĢıyıcıyı dinleyen çarpıĢmayı sezen çoklu eriĢim [(CSMA-CD) carrier sense multiple access with collision detection] tipi protokoldür, genelde ALOHA (Hawaii Üniversitesi‟nde geliĢtirilmiĢtir) olarak bilinir. Burada, tüm uzak istasyonlar, iletmeleri gereken verileri olduğunda kanala eriĢmeye çalıĢır. Uydunun, veriyi alıcı yer istasyonuna geri gönderdiğini duyabildikleri için, verinin, doğru bir Ģekilde gönderilip gönderilmediğini belirleyebilirler. Ġki uzak istasyon aynı zamanda iletim yapar ve bir çarpıĢma meydana gelirse, o zaman her bir istasyon çarpıĢmayı bozulmuĢ veri Ģeklinde duyacaktır. O zaman her bir istasyon rastgele bir periyot boyunca bekler ve yeniden iletmeye çalıĢır. Verici yer istasyonlarının uydudan alıcı yer istasyonlarına yeniden iletilen sinyalleri duymadığı durumda, alıcı yer istasyonu, verinin bozulmuĢ olduğunu gösteren bir ‘alınmadı’ bildirim sinyali gönderecektir. BaĢka bir metot, uzak istasyonların kapasiteyi ayırmasına imkân vermek için adanmıĢ bir kanal kullanmaktır. Serbest kapasite olduğunda, ana yer istasyonu uzaktaki istasyona „ilet‟ sinyalini verir ve hangi zaman dilimini kullanacağını söyler. Üçüncü metot, uzak istasyonlar arasında önceden belirlenmiĢ bir sırada andaç-jeton [:token] olarak adlandırılan küçük bir veri paketinin aktarılmasını kapsar. Andaç hangi istasyondaysa, o istasyonun veri iletmesine izin verilir. Andaç tutma süreleri 216

Radyo Mühendisliği Notları

sınırlıdır; böylece tek bir istasyon, kanalı devamlı meĢgul etmemiĢ olur.

Modülasyon teknikleri Son bölümde açıklanan uydu ağına eriĢim metotlarında olduğu gibi, ne kadar çok uydu ağı mevcutsa bilgi sinyalini gerekli bant geniĢliğine modüle etmek için kullanılan teknik sayısı o kadar fazladır. Ticari telekomünikasyon amacıyla kullanılan uyduların çoğunluğu, tamamen sayısal haberleĢme moduna geçmektedir. Yüksek hızlı geniĢ bant geniĢliğine sahip linkler için (2 Mbps‟nin üstünde) çok-seviyeli kuvadratür faz kaydırmalı modülasyon (MQPSK) ve çok-seviyeli kuvadratür genlik modülasyonu (M-QAM) kullanılır. Daha düĢük hızlı linkler için, minimum kaydırmalı modülasyon (MSK) gibi teknikler popülerdir. Eski analog uydular üzerinden etkin sayısal haberleĢmenin implementasyonu, uydu operatörleri için önemli bir iĢtir. Modern sayısal uydular, dahili kanal anahtarlama özelliğine ve haberleĢmeyi uydudaki farklı transponderlere yönlendirebilme özelliğine sahiptir.

v. Uydu Cihazı Bu bölümde, bir uydu sisteminin çeĢitli temel cihaz bileĢenleri incelenecektir. Tam bir uydu sistemi ġekil 3.10‟da gösterilmektedir.

ġekil 3.10 – Temel uydu sistemi

Yer-uydu linkleri Yer istasyonu yer-uydu linki cihazı, bilgi giriĢ sinyallerini daha yüksek frekanslı bir taĢıyıcı sinyale modüle etmek ve daha sonra 217

Radyo Mühendisliği Notları

uyduya iletmek için kullanılan cihazdır. Yer-uydu sinyali, uydu tarafından dünyaya geri gönderilecek olan bilgiyi, buna ilâve olarak uydunun dahili fonksiyonlarını çalıĢtırmak için gerekli olan kontrol bilgisini içerir. ġekil 3.11‟de, bir yer-uydu linkinin bileĢenleri gösterilmektedir.

ġekil 3.11 – Yer-uydu linkinin blok diyagramı Bu yer-uydu linki örneğinde, 64 kbps‟lik giriĢ sinyalleri, 120 Mbps‟lik karma bir sinyale çoğullanır, 16 kısımlı kuvadratür genlik modülasyon (16 QAM) sinyaline modüle edilir ve daha sonra FM modülatörüne iletilir. FM modülatörüne giren veri baud hızı, bu yüzden, 120/4 = 30 M bauddur. Her bir transpondere 36 MHz‟lik bant geniĢliği verildiği için, FM sinyalinin maksimum sapma değeri  18 MHz‟dir. Modülatörden çıkan sinyal, 70 MHz‟lik Ara Frekanstır (IF). (FM modülasyon indeksi, 18 MHz/30 MHz = 0,6‟dır). Daha sonra IF sinyali ÜST konvertöre iletilir. Bu yüzden, karıĢtırıcının çıkıĢ değeri, 6,070 GHz  18 MHz ve 5,930 GHz  18 MHz‟dir. Alt yan bant filtrelenir ve üst yan bant çıkıĢı, antene beslenmek için yüksek güçlü yükseltece (HPA) iletilir. Bir ana yer istasyonundaki tipik HPA, 150–200 watt aralığında çalıĢacaktır.

Uydu transponderi Uydu transponderi, yer istasyon yer-uydu link cihazından gelen sinyalleri alır ve yer istasyon uydu-yer link cihazına iletir. Alınan sinyaller yükseltilir, frekansı aĢağı kaydırılır, yeniden yükseltilir ve daha sonra iletilir. Modern bir uydu, örnek olarak 48 tane Ku bandı transponderine ve 36 tane C bandı transponderine sahip olacaktır. Ka bandının artan kullanımıyla birlikte, bir uydunun taĢıyacağı transponder sayısının önümüzdeki birkaç yılda artması beklenmektedir. 218

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 3.12‟de tipik bir uydu transponderi gösterilmektedir.

ġekil 3.12 – Bir uydu transponderin blok diyagramı 6,070 GHz‟lik sinyal alıcı antene ulaĢır ve düĢük gürültülü yükselteç (LNA) tarafından yükseltilir. LNA, uyduda alınan çok düĢük seviyedeki sinyalleri yüksek gürültü seviyeleri oluĢturmadan yükseltmek için tasarımlanmıĢ bir yükselteçtir. Bu yükselteçler, 50 dB‟ye kadar kazanç sağlayabilir. Daha sonra frekansı gerekli uydu-yer linki frekanslarına düĢürmek için, sinyal, alt konvertöre iletilir. Alt konvertör, 2225 MHz‟lik osilatörle beslenen bir karıĢtırıcıdan oluĢur. Yukarıdaki örnekte, 6,070 GHz, 2225 MHz‟lik sinyalle karıĢınca 6,070 – 2,225 GHz = 3,845 GHz  18 MHz ve 6,070 + 2,225 GHz = 8,295 GHz  18 MHz elde edilir. Üst yan bant filtrelenir ve alt yan bant, verici antene yükseltilmek için HPA‟ya iletilir. Transponderlerdeki HPA‟lar 10-50 watt arasında değiĢir. Yarıiletkenler nispeten kısa ömürlü oldukları ve genelde güvenilir olmadıkları için, uydularda yıllardır lambalı tipli yükselteçler ve hareketli dalga lambaları [:(TWT‟ler) traveling wave tubes] kullanılmaktadır. Galyum-arsenit FET‟lerdeki son geliĢmeler, TWT‟lerin yerini almalarını sağlamıĢtır.

Uydu-yer linkleri Yer istasyonu uydu-yer link cihazı, uydudan gönderilen sinyali (yeruydu link cihazına beslenmiĢ olan) bilgi sinyaline demodüle etmek için kullanılan cihazdır. Uydu-yer sinyalleri, uydunun dahili fonksiyonlarının durumuyla ilgili bilgileri de içerir. ġekil 3.13‟te, tipik bir uydu-yer linkinin bileĢenleri gösterilmektedir.

219

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 3.13 – Tipik bir uydu-yer linkinin bileşenleri Çok zayıf olan alınan sinyal, LNA tarafından yaklaĢık 50 dB yükseltilir. Bu sinyal daha sonra alt konvertöre iletilir. Alt konvertör, iki-aĢamalı bir karıĢtırıcıya sahiptir. Ġlki, frekansı 880 MHz‟lik çıkıĢ sağlayacak Ģekilde seçilen değiĢken bir osilatöre sahiptir. Son kısımda açıklanmıĢ olan 3,845 GHz‟lik bir sinyalin alınmıĢ olduğu durumda, osilatör, 2,965 GHz‟de çalıĢıyor olacaktır (baĢka bir deyiĢle, 3,845 – 2,965 GHz = 880 MHz). Daha sonra, bu, 950 MHz‟lik osilatörü olan ikinci bir karıĢtırıcıya iletilir ve karıĢtırıcı, gerekli 70 MHz‟lik ara frekansı üretir. Daha sonra, 120 Mbps‟lik orijinal sayısal sinyali elde etmek için bu sinyal demodüle edilir.

vi. Antenler Uydularda, yer-uydu link ve uydu-yer link cihazlarında kullanılan antenler, parabolik çanaklardır. Link Denklemi AĢağıda, bir uydu sistemine iliĢkin tipik bir yol kaybı analizi örneği verilmektedir. Serbest uzay yol kaybı, aĢağıdaki formülle hesaplanabilir: Zayıflama = 92,4 + 20 LogF GHz + 20 LogD km 6,070 GHz‟de Zayıflama = 199 dB 3,845 GHz‟de 220

Radyo Mühendisliği Notları

Zayıflama = 195 dB Dalga kılavuzu ve bağlayıcı kayıplarının toplam 6 dB olduğunu varsayarsak, toplam sistem kayıpları Ģu Ģekildedir: Kayıplar = 199 + 195 + 6 = 400 dB. Toplam sistem kazancı, anten kazancı artı transponderin LNA ve HPA kazançları artı uzak alıcı yer istasyonlarının LNA ve yükselteç kazançlarına eĢittir. Böylece kazanç değerleri Ģu Ģekildedir:

ġekil 3.14 – Bir uydu link sisteminin tipik parametreleri

Anten

= = Transponder = = Alıcı = = Böylece toplam kazanç = =

60 + 24 + 24 + 40 148 dB 50 + 50 100 dB 50 dB + 40 dB 90 dB 148 + 100 + 90 338 dB

Ana yer istasyonu çıkıĢı (dBm cinsinden): Verici kazancı = 10 Log (150/10-3)

221

Radyo Mühendisliği Notları

= 52 dBm O zaman link denklemi Ģu hale gelir: Seviye

= =

52 dBm – 400 dBm + 338 dB –10 dBm

Bu yüzden, alıcının çıkıĢ sinyali –10 dBm olacaktır. Alıcı antene ulaĢan sinyal seviyesinin –140 dBm olduğu belirtilmelidir. Bu, 1 x 10-17 watt‟lık bir seviyeyi temsil eder (22 nanovolt). Sinyal seviyesi çok düĢük olduğu için, alıcı çanakları uyduya çok dikkatli bir Ģekilde hizalanmalıdır.

viii. Ayak izi Uydudaki verici antenin yayılma örüntüsü, yeryüzündeki kapsama alanını belirleyecektir. Antenin yönü, huzme geniĢliği ve kazancı, yeryüzünün nerelerinde baĢarılı bir Ģekilde alınabildiğini belirleyecektir. Kapsadığı alan genelde uydunun ayak izi olarak adlandırılır. ġekil 3.15‟te, Avustralya‟yı kapsayan Optus uydularındaki yeni L bandı transponderlerinin ayak izi gösterilmektedir. EĢmerkezli çemberler üzerindeki sayı değerleri, dBw cinsinden EIRP çizgilerini göstermektedir.

ġekil 3.15 – Yeni optus L bandı transponderlere ait ayak izi (Avusturalya)

222

Radyo Mühendisliği Notları

Yeni anten huzme-anahtarlama ve faz dizilimli anten teknikleri, uydu ayak izlerinin boyutunun ve yönünün daha iyi kontrol edilmesini sağlar.

223

Radyo Mühendisliği Notları

4 GÜVENİRLİLİK BAKIM ve ELVERİŞLİLİK i. Giriş Bir telemetri sisteminin uzun-dönemli çalıĢma performansı, iki faktöre bağlıdır. Bunların ilki güvenilirliktir. Bu, cihazın sistem performansının ve kalitesinin bir ölçüsüdür. Güvenilirlik değerleri, belirli çalıĢma Ģartları altında belirli bir periyot boyunca cihazdan beklenen performansa iliĢkin bir gösterge olacaktır. Güvenilirlik değerleri, imalât sürecinde kullanılan kalite uygulamalarından, cihaz ömrü boyunca mevcut çalıĢma Ģartlarından ve bakım seviyesinden doğrudan etkilenir. Yüzeysel olarak düĢünüldüğünde, bir cihaz ne kadar pahalı olursa, cihazın o kadar güvenilir olduğu düĢünülebilir ancak bu, gerçek durumdan çok uzaktır (en pahalı arabalar her zaman en güvenilir arabalar değildir). Bir telemetri sisteminin baĢarısını etkileyecek olan ikinci faktör, merkezi kontrol ile ana bölge arasındaki ve ana bölge ile RTU‟lar arasındaki haberleĢme linklerinin performansıdır. Bu haberleĢme linklerinin performansı, Ģu faktörlerin değerlendirilmesiyle ölçülür: Belirli bir süre boyunca ortalama sinyal-gürültü oranı, geçici gürültünün büyüklüğü, frekansın kötüleĢme derecesi, belirli bir süre boyunca faz ve genlik karakteristikleri ve bir yıl içinde linkin kesintisiz olarak kullanılabileceği zaman periyodu. Son faktör (bir yıl içinde linkin kesintisiz olarak kullanılabileceği zaman periyodu) link elveriĢliliği olarak adlandırılmaktadır. Diğer (önceki) değerlendirmeler, veri iletim hızını ve belirli bir periyot boyunca oluĢan veri bit hata sayısını doğrudan etkileyecektir. Belirli bir periyot boyunca meydana gelen hata sayısının ölçüsü, bit hata oranı (BER) olarak adlandırılır. Bir linkte meydana gelen hata sayısı veri anlaĢılamayacak kadar büyükse, o zaman linkin kullanılamaz (elveriĢsiz) olduğu söylenir. Bu yüzden, elveriĢlilik ve BER, birbiriyle yakından iliĢkilidir. Bir haberleĢme linkinin nasıl çalıĢması gerektiğinin belirlenmesi önemlidir. Bunun için, tasarım aĢamasında teorik ve deneysel modeller kullanılır, kurulum tamamlandıktan sonra ise, kısa-dönemli testler gerçekleĢtirilir.

224

Radyo Mühendisliği Notları

Bu bölümde, genel bir telemetri sistemine iliĢkin güvenilirlik gözden geçirilecek ve tüm bu notlarda açıklanmıĢ olan çeĢitli telemetri haberleĢme link tiplerine göre elveriĢlilik incelenecektir.

ii. Güvenilirlik Güvenilirliğin tanımı Güvenilirliğin ölçüsü, belirli bir süre içinde cihazdaki arızalanma sayısıdır. Bu oran, arızalanma oranı olarak bilinmektedir. Arıza oranı, cihazın (beklenen) çalıĢma ömrü boyunca meydana gelen arızaların sayısının cihaz ömrüne oranıdır. Bu yüzden: Arıza oranı () = Arıza sayısı /Beklenen çalışma ömrü , normalde saat cinsinden ifade edilir, baĢka bir deyiĢle, , saat başına arıza sayısı olarak ifade etmek mümkündür. Arıza oranının tersi (1/) arızalar arasındaki ortalama süre olarak bilinir. Bu süre, arızalar arasında geçen toplam saat sayısıdır. Güvenilirlik tabi ki istatistiksel bir konudur. Bir imalâtçı MTBF değeri beyan ettiğinde, ürünlerinden büyük bir numune grubu alıp beklenen toplam çalıĢma ömrü boyunca çalıĢtırdığını varsayarız. Bu, ampul ya da patates soyucu gibi birimler için gerçekleĢtirilebilirken, beklenen çalıĢma ömrü 10 ilâ 15 yıl arasında olan radyo vericileri gibi birimler için bunun gerçekleĢtirilmesi mümkün değildir. Bir MTBF değeri belirlenene kadar, deneyden geçirilen radyo modeli eskiyecektir. Bu yüzden, daha büyük birimler daha kısa süreler boyunca test edilir ve sonuçlar tahmin edilir. Bunun dıĢında bir cihazın MTBF değerini belirlemenin daha karmaĢık baĢka yolları da vardır. Bu metodu açıklamak için, yüzlerce elektronik bileĢenden oluĢan bir radyoyu ele alın. Bu elektronik bileĢenlerin çoğunluğu yıllardır kullanılmaktadır ve bileĢen imalâtçıları tarafından beyan edilen kayıtlı bir MTBF değerine sahip olacaktır. Tüm radyo birimine iliĢkin MTBF değerini hesaplamak için, paralel ve seri olasılık analizi kullanılarak her bir bileĢene iliĢkin MTBF değeri toplanır ve toplam MTBF değeri elde edilir. Daha doğru bir gösterge sunduğu için ilk yaklaĢım tercih edilir. Askeri cihazlara iliĢkin MTBF değerlerinin hesaplanması için genelde ikinci yaklaĢım kullanılır. Proje açısından bakıldığında, yeni bir telemetri sistemi kurmak üzere

225

Radyo Mühendisliği Notları

olan bir kullanıcının, sistemin sağlayacağı güvenilirliği bilmesi önemlidir. Bunu sağlamak için, aĢağıdaki üç alana dikkat edilmelidir:   

Ġmalât süreci ÇalıĢma ortamı Bakım prosedürleri

Olası arıza nedenleri Güvenilirlik açısından bakıldığında, telemetri radyo sistemi, yüksek arızalanma riskine sahip karmaĢık biçimde tasarımlanmıĢ bir sistemdir. Olası arızalar Ģunlardır:       

BileĢenlerden kaynaklanan arıza Alt-sistemlerden kaynaklanan arıza Tasarım hatalarından kaynaklanan arıza Yazılım uygulamalarından kaynaklanan arıza Ġnsan hatasından ya da çalıĢma dokümanlarından kaynaklanan arıza Çevresel nedenlerden kaynaklanan arıza Yedekliğin, yedeklenen birimlerdeki faktörler nedeniyle bozulduğu ortak mod arızası

Bu faktörlerin tümünü kapsayan bir analizin yapılması mümkün değildir, bu yüzden, elveriĢlilik/güvenilirlik analizinin sonucu, en kötü faktörleri kapsayan yaklaĢık bir sonuçtur. ÇeĢitli endüstrilerde kullanılan güvenilirlik öngörü teknikleri, bileĢen arızalarının sistem arızasına eĢleĢmesidir ve bu ilâve faktörleri hesaba katmaz. Ortak mod arızalarını, insan hatasından ve yazılım uygulamalarından kaynaklanan arızaları modellemek için halen metotlar geliĢtirilmektedir ancak ortaya çıkacak modellerin, donanım bileĢen arızalarında olduğu gibi doğru sonuçlar vereceği Ģüphelidir.

Ġmalât Günümüzde, imalâtçılar, imalât süreçlerinde kalite kontrole eskisinden de çok önem vermektedir. Ulusal ya da uluslararası kalite güvence standardı verilmiĢ olan imalâtçıların, imalât sürecinin çeĢitli aĢamalarında ve sürecin sonunda, cihazı muayene etmesi, test etmesi ve dokümante etmesi gereklidir. Bir telemetri sisteminin münferit cihaz parçaları sistemin bulunduğu yerde üretilmekteyse, imalât tesislerinin muayenesinin talep edilmesi mantıksız değildir. Tesisler 226

Radyo Mühendisliği Notları

farklı bir Ģehirde ya da ülkede ise, muayene talebi uygun olmayabilir. Muayene sırasında kontrol edilmesi gereken bazı hususlar Ģunlardır:            

ÇalıĢma ortamının temizliği Araçların kalitesi Kullanılmakta olan muayene noktaları ÇalıĢmanın sistemli olup olmadığı Her bir muayene noktasındaki dokümantasyon Muayeneden sonra bileĢenlerin iĢaretlenmesi Münferit devre kartlarının test edilmesi Test cihazının kalitesi Kullanılan bileĢenlerin kalitesi BileĢenlere iliĢkin envanter iĢlemleri TamamlanmıĢ ürünlerin paketlenmesi ve depolanması ĠĢçilerin ve denetçilerin kalite güvence sistemine bakıĢı

Birçok münferit cihaz parçasının imalât sırasında muayene edilmesi mümkün değilse, telemetri sisteminin oluĢturulması sırasında birtakım muayenelerin yapılması önemlidir. BaĢ sistem yüklenicisinin, tasarımı, sistemin oluĢturulmasını ve testleri sistemin bulunduğu yerde ya da en yakın büyük Ģehirde gerçekleĢtirmesi gereklidir çünkü sistem kurulduğunda ve çalıĢmaya baĢladığında, bakım hizmetleri buradan gelecektir. Bu, sistemin bakımını yapacak olan personelin sistem üzerinde uzmanlaĢmasını sağlar. Sistem tasarımının ve sistemin oluĢturulmasının çeĢitli aĢamalarında muayeneler yapılmalıdır ancak en önemli aĢama son aĢama olan fabrika testidir. Sistem kurulum için hazır kabul edilmeden önce, telemetri sistemindeki tüm cihazların tüm parametreleri baĢarılı bir Ģekilde test edilmeli ve dokümante edilmelidir.

ÇalıĢma Bir sistem kurulduğunda ve çalıĢmaya baĢladığında, ömrü boyunca üç aĢamaya sahiptir. Ġlk aĢama, kurulumdan kısa bir süre sonra birçok cihaz arızasının meydana geldiği ve bir süre sonra arıza sayısının hızla azaldığı aĢamadır. Ġlk aĢama, tasarım hatalarından ya da kaliteyle-ilgili imalât eksikliklerinden kaynaklanmaktadır. Ġkinci aĢama, cihazın ömrünün çoğunu kapsamaktadır, bu aĢamada arıza oranı düĢüktür ve sabittir. Üçüncü (son) aĢama, sistemin ömrünün sonlarına yaklaĢtığı aĢamadır ve arıza oranı artar çünkü 227

Radyo Mühendisliği Notları

cihaz eskimiĢtir gösterilmektedir.

ve

kötüleĢmektedir.

Bu,

ġekil

4.1‟de

Şekil 4.1 2. aĢama periyodunda arıza oranını en düĢük seviyede tutmanın en iyi yolu, cihazı tavsiye edilen çalıĢma parametrelerinde (çıkıĢ güç yükü ve çevre sıcaklığı gibi) ya da bu parametrelerin altında çalıĢtırmaktır. Akılda tutulması gereken diğer hususlar, cihazın sert bir Ģekilde tutulmaması, aĢındırıcı gaz ortamlardan, nemden, tozdan uzak tutulması, geniĢletilmiĢ iĢlevsel görev çevrimlerinin oluĢmasının önlenmesi, aĢırı sıcak ya da soğuktan sakınılması ve gerekli bakımın yapılmasıdır.

Bakım Bir telemetri uygulamasında kullanılan tüm cihazların, özellikle RTU bölgelerinde düzenli bakıma ihtiyacı vardır. Sistemin güvenilirliğinin sistem ömrü boyunca sağlanabilmesi için planlı düzenli bakım gereklidir. Arıza meydana geldiğinde, cihaz, iyi bir Ģekilde tamir edilmeli ve problemler arızaya dönüĢmeden tespit edilerek planlı düzenli aralıklarda arıza önleyici bakım yapılmalıdır. 4.3 Elverişlilik Bir telemetri sisteminde kullanılan tüm haberleĢme linkleri, ayrılmıĢ bütçe dahilinde en yüksek elveriĢlilik sağlanacak Ģekilde tasarımlanmalıdır. Bu bölümde, bu kitapta açıklanmıĢ olan çeĢitli haberleĢme linkleri için elveriĢlilik değerlendirmeleri ve hesaplamaları incelenecektir.

4.3.1 Radyo ve mikrodalga Bir radyo linkinin performansının ne olması gerektiğini tanımlamak genelde zor bir iĢtir. Kullanıcı, linkin ne kadarlık kötüleĢmesinin 228

Radyo Mühendisliği Notları

kabul edilebilir olduğuna karar vermelidir. Aslında hiç kötüleĢme olmaması tercih edilir ancak radyo iletimi istatistiksel bir yapıdır ve bu nedenle, bu gerçekleĢmesi mümkün olmayan bir istektir. Kullanıcı, radyo linkinde kesinti riskinin mevcut olduğunu kabul etmeli ve bu yüzden, kabul edilebilir bir elveriĢlilik seviyesine karar vermelidir. Bir radyo linkinin kötüleĢmesinin temel nedeni çok yollu sönümlemedir. Alıcıya ulaĢan sinyaller, birçok yoldan gelebilir: Bunun sebebi, karadan ya da okyanustan kaynaklanan yansımalar, kırılım, oluklanma, atmosferdeki parçalardan kaynaklanan yansımalar ve daha yüksek mikrodalga frekanslarında, yağmur, sis ve diğer değiĢen atmosfer Ģartlarıdır. Performansı etkileyen diğer faktörler, yılın zamanı (çok yollu iletim yazın daha baskındır) alıcının gürültü değeri (çıkıĢtaki SNR‟ın giriĢteki SNR‟a oranı), sönümleme sınırı, tekli ya da çeĢitli radyo sistemlerinin kullanılması, link mesafesi ve harici olarak üretilen RF gürültüsüdür. Link performansı, kabul edilebilir minimum BER performansıyla karĢılaĢtırıldığında, belirli bir zaman periyodu boyunca linkin kullanılabilir (elveriĢli) olduğu süredir (yüzde cinsinden). Örneğin, 12-aylık herhangi bir periyot boyunca, performans Ģartı, maksimum BER değeri 1 x 10-6 iken linkteki % 99,9‟luk elveriĢlilik olabilir. Bu, sistemin, 12-aylık bir periyot boyunca 8 saat, 46 dakikadan (365 gün x 24 saat/gün x 60 dakika/saat x % 0,1) daha uzun bir kesintiye sahip olmaması gerektiği anlamına gelir, burada kesinti, iletilen her milyon tane bitte 1 bitten fazla hata olması olarak tanımlanır. 1 x 10-3„lük en yüksek BER değerine göre herhangi bir yılın en kötü performansa sahip ayı için % 99,85‟lik elveriĢlilik, daha esnek bir Ģarta iliĢkin örnektir. Bu örneğe göre, sistem, en kötü performansa sahip ay boyunca, 1 saat 7 dakikadan (31 gün x 24 saat/gün x 60 dakika/saat x % 0,15) daha uzun bir kesintiye sahip olmamalıdır, kesinti, iletilen her 1000 tane bitte 1 bitten fazla hata olarak kabul edilir. Bir sistemden talep edilen elveriĢlilik ne kadar yüksek seviyedeyse, bunun elde edilmesi o kadar pahalı olur. Örneğin, % 99,95 elveriĢlilikten % 99,995 elveriĢliliğe çıkılmak istenirse, bu, sistemde uzay diversitesinin ya da frekans diversitesinin kullanılmasını gerektirir, bu da linkin toplam maliyetinin % 50 artmasına neden olur.

229

Radyo Mühendisliği Notları

Uluslararası standart ELVERĠġLĠLĠK (%)

KESĠNTĠ SÜRESĠ (%)

0

100

20

80

40

60

50

50

60

40

70

30

80

20

90

10

95

5

98

2

99

1

99,9

0,1

99,99

0,01

99,999

0,001

99,9999

0,0001

KESĠNTĠ SÜRESĠ GÜNDE

YILDA

AYDA

8760 saat 7008 saat 5256 saat 4380 saat 3504 saat 2628 saat 1752 saat 876 saat 438 saat 175 saat 88 saat 8,8 saat 53 dakika 5,3 dakika 32 saniye

720 saat

24,0 saat

584 saat

19,5 saat

438 saat

14,6 saat

360 saat

12,0 saat

292 saat

9,7 saat

219 saat

7,3 saat

144 saat

4,8 saat

72 saat

2,4 saat

36 saat

1,2 saat

14 saat

29,0 dakika 14,4 dakika 1,44 dakika 8,6 saniye

7 saat 43 dakika 4,3 dakika 26 saniye 2,6 saniye

0,86 saniye 0,086 saniye

Çizelge 4.1 Mikrodalga linkleri üzerinden yüksek-hızlı veri devreleri için BER değerleri ölçülürken, uluslararası standart, yüksek-hızlı linkin (genelde 2 Mbps) 64 kbps‟lik bileĢenleri üzerinde BER‟in test 230

Radyo Mühendisliği Notları

edilmesini gerektirir. ElveriĢsizlik (unavailability) veri hızı 64 kbps iken 10 ardıĢık saniye boyunca her bir saniyedeki BER değerinin 103 ‟ü geçtiği periyotlar olarak tanımlanır. Sadece dokuz ardıĢık saniye boyunca BER değeri 10-3‟ü geçerse, o zaman link elveriĢli olarak kabul edilebilir. Bu tip linkler için kullanılan diğer terimler Ģunlardır: BER‟in tam bir saniye (baĢka bir deyiĢle, içinde 64‟ten fazla hatalı bit olan saniye) boyunca 10-3‟ü geçtiği durumda, „çok hatalı saniyeler‟ tanımı kullanılırken, bir saniyede bir veya daha fazla hatalı bit olduğunda, „hatalı saniyeler‟ tanımı kullanılır. AĢağıdaki çizelgede, sistem kesinti süresi bakımından elveriĢlilik gösterilmektedir. Bu çizelge(4.1), belirli bir uygulamanın ne kadarlık çalıĢmama süresini tolere edeceği bilindiğinde, kabul edilebilir elveriĢlilik seviyesine iliĢkin bir fikir vermektedir. AĢağıdaki çizelge, farklı sistem önem ya da tümleĢiklik seviyeleri için bir link sisteminden ne beklenebileceğine dair daha gerçekçi bir fikir vermektedir. Bu veriler sadece yaklaĢık değerlerdir ve gerçek elveriĢlilik, sistem tasarım parametrelerine bağlıdır. EN KÖTÜ AY

YILLIK

ELVERĠġLĠLĠK BER ELVERĠġLĠLĠK BER DüĢük % 97 tümleĢiklik % 98  Radyo linki  Mikrodalga linki Ortalama tümleĢiklik % 99  Radyo % 99,9 linki  Mikrodalga linki Yüksek tümleĢiklik  Radyo

% 99,9 % 99,95

231

1x 10-3 1x 10-3

% 96 % 97

1x 10-3 1x 10-3

1x 10-3 1x 10-3

% 98 % 99,5

1x 10-3 1x 10-3

1x 10-6 1x

% 99,5 % 99,9

1x 10-6 1x

Radyo Mühendisliği Notları

10-6

linki  Mikrodalga linki Çok yüksek tümleĢiklik % 99,99  Radyo % 99,999 linki  Mikrodalga linki

1x 10-6 1x 10-6

10-6

% 99,9 % 99,99

1x 10-6 1x 10-6

Çizelge 4.2 Bu değerler, alandaki kurulmuĢ bir link içindir. Radyo ya da mikrodalga linklerinin iki ucu, gürültüsüz bir fabrika ortamında eĢeksenli bir kablo parçasıyla birbirine bağlanırsa, cihazdan kaynaklanan artık BER 1 x 10-9‟u geçmemelidir. Hiç kesinti olmamalı ve kesinti olursa, dıĢarıda bir gürültü kaynağı yoksa, bu kesinti cihaz hatası olarak kabul edilmelidir. KurulmuĢ bir radyo ya da mikrodalga linkinin performansını test etmek için, BER test cihazına ihtiyaç duyulur. 48 kbps ilâ 2 Mbps hızlarında çalıĢan yüksek-hızlı linkler için, bu birimler oldukça pahalıdır. 20 kbps‟den daha düĢük hızlarda çalıĢan düĢük-hızlı linkler için, bu birimler çok daha ucuzdur. Bu birimlerin ayrıca kiralanması da mümkündür. Testler, en az 24 saat boyunca gerçekleĢtirilmelidir, tercihen 48 ya da 72 saatlik süreler daha iyidir. Testler, linkin her iki ucu için geri döngü modunda (baĢka bir deyiĢle, alıcı çıkıĢından uzak uçtaki verici giriĢine) gerçekleĢtirilmelidir. Genelde BER‟in 1 x 10-3 olarak mı yoksa 1 x 10-6 olarak mı belirtileceğiyle ilgili bir belirsizlik vardır. BER genelde bir-saniyelik aralıklara göre izlendiği için, aĢağıdakiler geçerlidir:   

1 x 10-6‟lık BER değerine sahip 2 Mbps‟lik link için – saniye baĢına en fazla 2 bit hata 1 x 10-3‟lük BER değerine sahip 2 Mbps‟lik link için – saniye baĢına en fazla 2000 bit hata 1 x 10-6‟lık BER değerine sahip 64 kbps‟lik link için – saniye baĢına en fazla 0,064 bit hata

232

Radyo Mühendisliği Notları



1 x 10-3‟lük BER değerine sahip 64 kbps‟lik link için – saniye baĢına en fazla 64 bit hata

64 kbps‟lik kanalların ölçülmesine iliĢkin uluslararası standart için, 1 x 10-3‟lük BER değerinin kullanılması uygundur. 2 Mbps ve daha yüksek hızlı linkler (4, 8, 34) için BER ölçümüne iliĢkin uluslararası standart da 1 x 10-3‟tür. Standardın esnek olmasının nedeni, devrelerin ses için olduğunu ve daha yüksek veri hızlı bit dizgilerinin, çoğullanmıĢ 64 kbps‟lik ses kanallarından oluĢtuğunu varsaymalarıdır. Veri, veri güvenliğinin çok önemli olduğu endüstriyel uygulamalar için yüksek hızlarda gönderilmekteyse, o zaman 1 x 10-6‟lık BER standartları belirtilmelidir.

Kara hatları Özel kişiye ait kablolar Özel kiĢiye ait kablolar söz konusu olduğunda, linkten beklenen performansın belirlenmesi için kullanılan tek gerçek metot, kablolar üzerinde BER testinin gerçekleĢtirilmesidir. Bu test, mümkün olduğunca uzun bir süre boyunca (24 saat) bölgede en çok RF gürültüsünün üretildiği aktif periyotlarda gerçekleĢtirilmelidir. Bu test, hattın durumuna iliĢkin bir gösterge sunacaktır ancak uzun vadede beklenebilen elveriĢliliğin ne kadar olacağına dair gerçek bir gösterge değildir. Hat üzerindeki gürültü derecesi, çoğunlukla hattın yer aldığı çalıĢma ortamına bağlı olacaktır. Modem sinyallerini taĢıyan kablolar için, yaklaĢık 15 dB‟lik sinyal sönümleme sınır değerinin hesaba katılması tavsiye edilir. Anahtarlamalı analog hatlar Telekomünikasyon taĢıyıcıları, anahtarlamalı analog hatlarının tümü için resmi olarak sınırsız elveriĢlilik sağlamamaktadır. Kentlerdeki hatlarda elveriĢliliğin % 99,5 civarında ve uzak bölgelerde % 99 civarında olduğu belirtilmektedir (kesin değerler elde edilemedi). Diğer husus, tıkanıklık [:congestion] olma ihtimalidir. Sistem, normalde günün en meĢgul saatinde yapılan her yüz çağrıdan sadece birinde meĢgul sinyali alınacak Ģekilde tasarımlanmıĢtır. Öncelikliolmayan telemetri linkleri için, bu değerler muhtemelen bir probleme neden olmaz.

233

Radyo Mühendisliği Notları

Kiralık analog hatlar Kural olarak, taĢıyıcı, anahtarlamalı ya da kiralık hatlar için garantili elveriĢlilik değerleri sağlayamayacaktır ancak bir elverişlilik hedefi yayımlayacaktır. Kiralık analog hizmetler için, herhangi tek bir yıl için beklenen elveriĢlilik % 99,5‟ten daha iyi olmalıdır. Adanmış sayısal hizmet Bu tip hizmete iliĢkin performans hedefi örneği aĢağıda verilmektedir:     

Uzun dönemli 10-7‟lik BER değeri % 99,85 uzun dönem elveriĢlilik % 99,5 - uzun dönem hatasız saniye (yıllık) % 99,5 - BER değeri 10-6‟dan daha iyi olan bir-dakikalık periyotlar % 99,95 - BER değeri 10-3‟ten daha iyi olan bir-saniyelik periyotlar

Hatasız saniye, hiçbir hatanın meydana gelmediği bir saniye olarak tanımlanır. 10 ardıĢık hatalı saniye meydana geldiğinde, link elveriĢsiz olarak kabul edilir. Paket anahtarlamalı hizmetler Üç-aylık bir periyot boyunca paket anahtarlamalı bir hizmet için sanal link elveriĢlilik hedefi % 99,95‟tir (bir ilâ üç saniye arasında). Paket anahtarlamalı sanal bir devrenin MTBF değerine iliĢkin olarak 55 saat örnek verilebilir (sanal devrenin arızalanması, donanım hatasından, yazılım protokol ihlalinden ya da müĢteri iĢlem ihlalinden kaynaklanabilir). Anahtarlamalı sayısal hizmetler ISDN hizmetleri için, bir devrenin elveriĢliliği, ISDN anahtarlamalı ve yarı-kalıcı hatlara iliĢkin CCITT tavsiye kararlarına uygun olmalıdır. Temelde bu, 64 kbps‟lik bir devrede ölçülen % 99,9 elveriĢliliktir, elveriĢsizlik ise, her bir saniyedeki BER değerinin 10 ardıĢık saniyelik ya da daha uzun bir periyot boyunca 10-3‟ü geçtiği zaman periyodudur.

234

Radyo Mühendisliği Notları

Uydular Bir uydudan gelen RF sinyalinin elveriĢliliği, yer istasyonunun uydu ayak izinin neresine konduğuna bağlı olacaktır. Yer istasyonu, ayak izinin dıĢ kenarlarında yer alıyorsa, elveriĢlilik, yer istasyonunun ayak izinin iç kısımlarında yer aldığı durumdaki elveriĢlilik kadar iyi değildir. Ġlâve olarak, yüksek frekanslar, yağmur ve sis zayıflamasından düĢük frekanslarda olduğundan daha çok etkilenmektedir. Bu yüzden, Ku bandına iliĢkin sinyal elveriĢliliği, ağır yağmurlu bölgelerde azalmaktadır. Genel olarak, birçok uydu linki, % 99,9‟dan daha iyi elveriĢlilik sağlayacaktır. Bir uydu linki normalde binlerce kilometreyi kapsayabilen tekatlamalı bir haberleĢme linkidir ve bu yüzden, aynı mesafeyi kapsayan karasal bir mikrodalga linkiyle karĢılaĢtırıldığında, güvenilirlik ve elveriĢlilik nispeten yüksektir. Örneğin, çok atlamalı bir mikrodalga linkinin, 2000 km boyunca kümülatif elveriĢliliği % 95 olabilir, uydu üzerinden link için elveriĢlilik % 99,9‟dur.

iv. SCADA Sistem Güvenilirlik (arıza) Oranları Tüm cihazlar analiz edilmeli ve her bir cihaz bileĢeni için Arızalar Arasındaki Ortalama Süre (MTBF) tespit edilmeli ve bir cihaz bileĢeni çalıĢma sırasında arızalanırsa, bunun sistem üzerindeki etkisi incelenmelidir. Tipik en kötü durum MTBF değeri (saat cinsinden) aĢağıdaki gibidir: SCADA cihazı

MTBF

Operatör istasyonu (ana istasyon)

30 000 saat

Operatör ekranı

40 000 saat

Uzak terminal birimleri

30 000 saat

Telemetri ön uçları

120 000 saat

Çizelge 4.3 – SCADA sistemlerine ilişkin MTBF değerleri AĢağıdaki alanlarda yedek cihaz birimlerine sahip olunması gerekli olabilir:

235

Radyo Mühendisliği Notları

    

Operatör istasyonu (merkez bölgede) – bu bağlamda bu, bilgisayar ekranını / (adanmıĢ) klavyeyi / arĢivleme sistemini / kontrol yazılımını / hat yazıcılarını kapsar. HaberleĢme aracı (kara hattı ya da radyo linkleri) Ana istasyonda ve RTU ucunda haberleĢme aracına bağlanan telemetri ön-uç cihazı Sistemin güç kaynağı (kesintisiz güç kaynağı) Bölgedeki RTU‟lar

Münferit bileĢenleri farklı imalâtçılardan elde edilebilen endüstri standart cihazlarının belirlenmesi önemlidir. Bu, ortalama tamir süresinin (MTTR) SCADA sisteminin tüm ömrü boyunca tutarlı olmasını sağlayabilir.

v. Tüm Sistemin Test Edilmesi Son ve mutlak sonuç veren test, merkez telemetri cihazını haberleĢme cihazına bağlamak, RTU ucunda haberleĢme cihazını veri edinim cihazına bağlamak ve daha sonra sistemi „faal hale getirmektir‟. Genelde bir sistemin, sistem son olarak kabul edilmeden önce, tek bir kesinti olmaksızın ne kadar süre boyunca (örneğin, 2-4 hafta) çalıĢabildiği, sözleĢmede belirtilmelidir. Bu kriter sağlanana kadar sözleĢme değerinin küçük bir oranı tutulabilir.

vi. Güvenilirliğin Artırılması Güvenilirliğin artırılmasını sağlayan üç ana faktör mevcuttur, bunlar:  



Karmaşıklık: Daha az bileĢen parçası ve daha az malzeme tipi varsa, sistemin güvenilir olma ihtimali daha yüksektir. Duplikasyon/kopyalama: Tek bir arızanın tüm sistemin arızalanmasına neden olmasını önlemek için ilâve ve yedek parçaların kullanılması, güvenilirliğin sağlanması için sıkça kullanılan bir metottur. Bu faktör, sağlanabilen güvenilirlik derecesinin artırılması için kullanılabilen temel tasarım özelliğidir. Bununla birlikte, yedek cihazların kullanılması, toplam maliyet, ağırlık, bakım Ģartları ve güç harcaması bakımından sistem yükünü artırır. Fazlalık kuvvet: Beklenen zorlamadan daha fazla zorlamaya dayanacak Ģekilde tasarım yapılması arıza oranlarını azaltacaktır. Beklenen belirli bir zorlama miktarı için 236

Radyo Mühendisliği Notları

kuvvetteki küçük artıĢlar, büyük geliĢmeler sağlar. Bu, mekanik ve elektriksel birimlere eĢit olarak uygulanır. Örneğin, bir baz-istasyonu radyosunun beyan RF çıkıĢ gücünün sadece bir kısmının iletilecek Ģekilde konfigüre edilmesi, radyonun güvenilirliğini önemli ölçüde artırır. AĢağıdaki aĢamalarda yüksek güvenilirlik, elveriĢlilik, güvenlik ve bakım kolaylığı sağlanabilir:  Tasarım: KarmaĢıklıkta azalma Arıza toleransı sağlamak için duplikasyon Zorlama faktörlerinin beyan değerlerinin azaltılması Kalitelendirme testi ve tasarımın yeniden gözden geçirilmesi Güvenilirliğin artırılmasını sağlamak için arıza bilgisinin geri beslenmesi  Ġmalât: Malzemelerin, araçların, metotların, değiĢikliklerin, ortamın kontrol edilmesi ÇalıĢma metotlarının ve standartların kontrol edilmesi  Alan kullanımı: Yeterli çalıĢma ve bakım talimatları ve eğitim Alan arıza bilgisinin geri beslenmesi DeğiĢtirme ve yedek stratejileri (örneğin, bilinen bir yıpranma karakteristiğine sahip parçaların arıza meydana gelmeden önce değiĢtirilmesi)

vii. Güvenilirlik Hesaplamaları Arıza Oranı Güvenilirlik ölçüsü, bir cihaz parçasının belirli bir süre içindeki arızalanma sayısıdır. Bu, „arızalanma oranı‟ olarak bilinir. Arıza oranı, bir birimin ömrü boyunca meydana gelen arızaların sayısıdır. Buna rağmen, cihaz birimlerine iliĢkin arıza oranları normalde milyon saat baĢına ya da milyar saat baĢına olarak ifade edilir. Cihaz ömrü boyunca meydana gelen arıza oranını elde etmek için, arıza oranı, cihaz ömrü (saat sayısı) ile normalize edilir. Arıza oranı () = (Arıza sayısı)/(Beklenen cihaz ömrü)

237

Radyo Mühendisliği Notları

1 milyar saate göre arıza oranı değeri, genelde „FITS‟ (Arıza Aralıkları) olarak bilinir. Bu yüzden, 1390 FITS, milyar çalıĢma saati baĢına 1390 arızayı temsil eder. Arıza oranı () = (Arıza sayısı)/(Milyar saat) = FITS Burada: Arıza sayısı = FITS x E9 saat Birimi t-1 olan arıza oranı, 10‟un negatif gücü olan herhangi bir sayı ile arıza sayısının çarpımı olarak ifade edilebilir.

Arızalar arasındaki ortalama süre Birimin ömrü boyunca arızalanma oranının tersi, arızalar arasındaki ortalama süre (MTBF) olarak bilinir. Bu yüzden, MTBF‟ye iliĢkin temel formül aĢağıdaki gibidir: MTBF = 1/ Yıl cinsinden MTBF değerini elde etmek için, aĢağıdaki formül kullanılmalıdır: Y = [Arıza sayısı( x E9)/Yıl] = (Arıza sayısı/109 saat) x (8760 saat/yıl) MTBF (yıl) = 1/Y =

1 9

FITSxE x24x365

MTBF‟den FITS‟e dönmek için, aĢağıdaki formül kullanılacaktır: FITS 

1 9

MTBFxE x24x365

ElveriĢlilik ElveriĢlilik, aĢağıdaki Ģekilde ifade edilir: A = (ÇalıĢılan süre)/(Toplam süre)

238

Radyo Mühendisliği Notları

A=

MTBF MTBF  MDT

Burada MDT, alt-sistemin ya da birimin çalıĢmaz durumda olduğu ortalama süredir (ayrıca ortalama tamir süresi (MTTR) olarak da bilinir). Bu formülün doğru biçimde kullanılabilmesi için, MTBF değeri, yıldan saate çevrilmelidir. Bu yüzden, formül aĢağıdaki hale gelir: A=

MTBFx24x365 MTBFx24x365xMDT

ElveriĢliliği yeniden MTBF değerlerine dönüĢtürmek için, aĢağıdaki formül kullanılabilir: MTBF =

MTD ((1 / A )  1)x24x365

Hesaplamalar hakkında açıklamalar ÇeĢitli cihaz birimleri için yayınlanmıĢ arıza oranı özelliklerinin olmamasından dolayı kullanıma hazır ticari cihaz modüllerinden toplanmıĢ sistemlerin güvenilirliğinin öngörülmesi genelde mümkün değildir. Bu, birçok proje için sistem güvenilirliği hesaplanırken karĢılaĢılan bir problem olmuĢtur. Bu yüzden, kitaplarda ya da dergilerde genel değerler olarak yayınlanmıĢ olan değerler ya da benzer cihaz tiplerine ait değerler kullanılır. Arızanın analiz edilmesi ve güvenilirlik öngörüsünün sağlanması için karmaĢık ve pahalı yazılım paketleri kullanılmaktadır. Bunların çalıĢtırılması için önemli ölçüde zaman ve beceri gereklidir ancak bilgisayarın hızlı olması sayesinde, arıza ağacı analizinde daha büyük bir nispi parametre aralığının kullanılmasını sağlayabilirler (seçilen mutlak parametreler yerine) ve güvenilirliğin öngörülmesi için geliĢmiĢ bir güvenilirlik aralığı sağlayabilirler.

viii. Süreç Kalitesinin Artırılması Güvenilirlik hesaplamalarının sağlanmasında tuzaklar ve tehlikeler mevcuttur. AĢağıdaki nedenlerden dolayı güvenilirlik değerlerinin hesaplanması ve sağlanması sürecinde hatalar olabilir.

239

Radyo Mühendisliği Notları











Güvenilirlik Ģartlarının tanımında genelde bir belirsizlik vardır. Ġnsanlar genelde ne kadar güvenilirlik seviyesi istedikleri konusunda ve farklı güvenilirlik seviyeleri için ne kadar para ödeyecekleri konusunda emin değildir. Gizli istatistiksel riskler mevcuttur. Tedarikçiler tarafından sağlanan güvenilirlik verisi ne kadar doğrudur? Değerlerin hesaplanması için kullanılan teknikler ne kadar doğrudur? Güvenilirlik hesapları tamamen istatistiksel metotları kullanmaktadır ve genelde Ģöyle derler: „Yalanlar söylenir ve böylece yalanlardan istatistik oluĢur! ‟ Genelde Ģartların kapsamı yeterli değildir. Güvenilirlik değerlerinin hesaplanması için sınırsız süre ve para harcanabilir. Bu, gerçekçi olmadığı için, genelde kestirme yollar mevcuttur ve birçok varsayım yapılır. Genelde çok sayıda gerçekçi olmayan Ģartla karĢılaĢılır. Tedarikçinin/yüklenicinin kontrolünün dıĢında sistemin güvenilirliğini etkileyecek çok sayıda faktör mevcuttur. Bu, güvenilirliğin belirtilen seviyenin altına düĢmesine neden olur. Genelde ölçülemeyen birçok büyüklük vardır. Bu durumda, son değerlerin güvenilir olduğunu ifade eden birçok varsayımda bulunulur.

240

Radyo Mühendisliği Notları

5 ANA BÖLGELER ve RTU İÇİN ALTYAPI SİSTEMİ ŞARTLARI i. Bölge Seçimi Genelde, radyo terminal bölgeleri, mevcut direkler ve binalar tarafından ya da sistemin hizmet vereceği bölgenin yakınına yeni bir tesisat kurulacaksa, sisteme olan uzaklık tarafından belirlenecektir. Yeni bir bölge kurulacaksa, aĢağıdaki açıklamalar dikkate alınmalıdır. RTU terminaline sahip bir radyo için yaklaşık bölge çabucak belirlenecektir; çünkü bu bölge, hizmet vereceği tesisin ya da cihazın genel bölgesinde olacaktır. Bir link radyo sistemine iliĢkin tekrarlayıcı istasyon bölgesi, uzak terminal ya da tekrarlayıcı istasyon yönünde olacaktır. Bu aĢamada, sistem tasarımcısı, link için kullanılacak frekans bandına karar vermelidir. 140 MHz ilâ 4 GHz arasındaki alt link frekansları kullanılacaksa, yol uzunlukları, yolda hiçbir sapak olmaması Ģartıyla en fazla 50 km olacaktır ancak 35 GHz civarındaki üst frekanslar kullanılacaksa, yol uzunluğu muhtemelen 7 km‟yi geçmeyecektir. Bu aĢamada, sistem tasarımcısının bölgenin en iyi inceleme haritalarını dikkatli bir Ģekilde gözden geçirmesi gereklidir, böylece olası bölgeler belirlenebilir ve aĢağıda bulunan kontrol edilecek noktalar en iyi bölgenin seçilmesine yardımcı olacaktır.     

Bölge önerilen istasyonun yerleĢtirilmesine uygun olacak kadar düz müdür? Herhangi bir yoldan ulaĢım mevcut mudur, yoksa bölgeye giden yeni bir yol mu yapılmalıdır? Yakında bölgeye enerji sağlayabilecek bir enerji hattı mevcut mudur? (Bu bir yüksek gerilim hattıysa, alt istasyon kurma maliyeti değerlendirilmelidir). Yakın bölgede herhangi bir geliĢmeyi engeleyebilecek askeri bölgeler ya da güvenlik bölgeleri mevcut mudur? Yeni bir sistemde enterferansa neden olabilen ya da yeni bir sistem tarafından enterferansa maruz kalacak baĢka herhangi bir radyo bölgesi mevcut mudur? (Radar vericileri baĢka sistemlerde ciddi enterferansa neden olabilir). 241

Radyo Mühendisliği Notları

    

Bölge orman yangınlarına ya da sellere karĢı korunmasız mıdır ve ulaĢım yolu sele maruz kalabilir mi? Bölge bir hava alanına yakın olup yükseklik sınırlamaları mevcut mudur? Bölge orman koruma bölgesi midir ya da diğer yeĢil alan sınırlamalarına tâbi midir? Yerli halkın bölgeye iliĢkin bir hak talebi var mıdır? Radyo yolunu engelleyebilecek bina inĢaatlarına iliĢkin planlar var mıdır yoksa bina yapımı yasak mıdır?

Yukarıdaki noktaların tümü açıklığa kavuĢturulduktan ve uygun bir bölge seçildikten sonra, tekrarlayıcıya giden ya da tekrarlayıcıdan gelen yolların güvenilir olup olmadıklarını anlamak için yolla ilgili bir ön çalıĢma yapılmalıdır, bu çalıĢma, 3. Bölüm‟deki yol kaybı hesaplamalarını kapsayacaktır. Ġlgili radyo yolları yeterli ise ve bölgeyle ilgili diğer tüm faktörler açıklığa kavuĢturulduysa, sıradaki adım, gerekli bölge kullanım izinlerini ve yolun kullanım hakkını almaktır. Bu ayrıntılar halledildikten sonra, ayrıntılı bölge planlaması gerçekleĢtirilebilir.

ii. Bölge Çalışmaları ve Ulaşım Bölgenin seçilmesinde bölgeye ulaĢım önemli bir faktördür. Arazi Ģartları bazen çok iyi ve bazen de kötü olabilir. Her iki durumda da yol ulaĢımı pahalı, zor ya da hatta imkânsız olabilir. Bölge seçiminde radyo yolu çok önemli bir kriterdir ve kara yolu ulaĢımı mümkün değilse ya da çok zor ise, o zaman alternatif bir ulaĢım yolu düĢünülmelidir. Radyo cihazı küçükse ve büyük bir anten-destek yapısı gerektirmiyorsa ve güneĢ ya da rüzgar gücü kullanılabilirse, bölgenin bir helikopter vasıtasıyla kurulması ve bakımının yapılması pratik olabilir. Bölge pahalıya mal olsa da, bir kere kurulduktan sonra bölgeye çok sık gidilmesine gerek kalmaz ve bir helikopterin kullanılması yol açmaktan daha düĢük maliyetli bir seçenek olabilir. Ancak, bölgede kullanılabilir durumda helikopterin mevcut olmadığı bir anda problem çıkarsa, durum kötü olabilir. Yol, bölgenin çok yakınına kadar getirilebilir ancak son kalan dik yokuĢu çıkamazsa, o zaman demiryolunun kurulması iyi olabilir. Ancak, bu yine de pahalı bir iĢtir, çaba ve düzenli bakım gerektirecektir. Buna rağmen bu gibi sistemler geçmiĢte birçok kereler kullanılmıĢtı. 242

Radyo Mühendisliği Notları

Diğer durumlarda, cihazı bir bölgeye taĢımak için iĢçiler ya da taĢıyıcı hayvanlar kullanılabilir ve bakım ekibinin gelmesi için bir patika açılabilir. Genel olarak, bir yürüme yolu ve böylece dörttekerlekli araç için bir yol açılabilirse, o zaman bu durum bakım ekibi için çok daha iyi olacaktır. Yukarıdaki avantajların tümü hesaplanmalı ve avantajlar, bölgenin avantajlarına göre dikkatli bir Ģekilde değerlendirilmelidir. Bu aĢamada, tasarımcı, yolu yine inceleyecek ve iki ilâve seçeneği değerlendirecektir:  

UlaĢımın pahalı ya da zor olduğu iyi bir bölge kullanmaktan çok, ulaĢımı kolay olan bir bölgede uzun bir direğin ya da kulenin kullanılması çok daha iyi olabilir. Ġlâve bir tekrarlayıcı istasyonun kurulması ve zor bir bölge yerine kolayca ulaĢılabilen iki bölgenin kullanılması çok daha ekonomik olabilir.

iii. Anten Destek Yapıları Anten destek yapısının tipini etkileyen birçok faktör vardır ancak bazı durumlarda, ilâve bir yapının kullanılması gerekli olmayabilir, cihaz yeterince güçlü ise ve birkaç anten mevcutsa, bunların binanın tepesine konulması mümkündür. Tabi ki, sadece binanın yüksekliği yeterli ise bu durum mümkün olabilir. Binanın kullanılmasının çeĢitli avantajları vardır: ayrı bir destek yapısı kullanılmamıĢ olur, böylece masraf azalır, ayrıca kısa anten kablolarının kullanılması mümkündür. Bir direğin ya da kulenin gerekli olduğu varsayılarak, kendinden destekli bir kule ile gergi tellerine sahip bir direk arasında dikkatli bir tercih yapılmalıdır. Kendinden destekli bir kule genelde ağır bir yapıya sahip olacaktır ve bu nedenle, malzeme ve taĢıma maliyeti fazla olacaktır. Kule genelde antenlerin kurulumuna daha fazla yer sağlayacak ve daha az yer kaplayacaktır ve genelde, daha bükülmez bir yapı sağlayacaktır, bu konu, bu bölümde daha sonra açıklanacaktır. Gergi tellerine sahip bir direğin genelde fiyatı daha düĢüktür, taĢınması daha kolaydır, 30–40 m‟nin üstünde bir yapı gerekli ise, maliyet avantajı artacaktır. Gergi tellerine sahip direkler, üç ya da dört büyük gergi çapa bloğu gerektirir, bunlar direk yüksekliğinin 0,6‟sı civarındaki bir yarıçapa sahip olacaktır ve böylece geniĢ bir alan gerekli olacaktır. Gergi tellerine sahip direklerin bakımı daha pahalıya mal olur çünkü gergi telinin gerginliğinin her sene kontrol 243

Radyo Mühendisliği Notları

edilmesi gereklidir ve gergi tellerinin muhtemelen on sene sonra değiĢtirilmesi gerekecektir. Bir anten destek yapısının tasarımındaki baĢlangıç noktası yüksekliktir ve bu, yol hesaplamalarından elde edilecektir. Yükseklik arttıkça, bir kulenin ya da direğin maliyeti ciddi ölçüde artacaktır ve bu maliyet, bölge seçme sürecinde dikkate alınmıĢ olmalıdır. En üstteki antenin yüksekliği bir baĢlangıç noktası olacaktır. Direk ya da kule yüksekliği olarak bu yükseklik değeri seçilmeden önce, tasarımcı, sıradaki en yüksek antenin yüksekliğini ve iki anten arasında önemli bir ayrımın gerekli olup olmadığına karar vermeli, gerekirse üstteki anteni yükseltmelidir. Yolun gelecekte geniĢletilme ihtimali varsa, gelecekte kullanılabilecek olan antenlerin tasarıma dahil edilmesi iyi olabilir çünkü büyük bir yapının değiĢtirilmesi ya da yapıya eklemeler yapılması çok pahalıya mal olabilir. Son yükseklik bir kere ayarlandıktan sonra, diğer tüm antenler, aralarında yeterli ayrım olacak Ģekilde plana yerleĢtirilmelidir. Bir direğe ya da kuleye birkaç tane anten yerleĢtirildikten sonra, sayı ciddi ölçüde artırılabilir! Normalde artıĢın nedeni operatörün tesisini ya da hizmetlerini geniĢletmesidir ancak genellikle, bazı devlet kurumları kendi antenlerini kurmak için izin talep edecektir. Bazı ülkelerde, hükümet yetkilileri taleplerinin gerçekleĢtirilmesi için ciddi ölçüde baskı uygulayabilir. Değerlendirilmesi gereken baĢka bir nokta da Ģudur: Yapı, bir uçak rotasına yakınsa, özel boyama ve direk ıĢıklandırması gerekli olacaktır. Yerel havacılık kurumuna danıĢılırsa, gerekli bilgiler alınabilir ve ilgili tüm maddeler satıĢ sözleĢmesinde belirtilmelidir. Direğin ıĢıklandırılması için kullanılan lambaların değiĢtirilmesi pahalı bir iĢ olabilir. Kullanılan lambalar uzun-ömürlü tipte olmalıdır ve bazen fotoelektrik hücre izleme ve anahtarlama özelliklerine sahip iki-lambalı sistemler kullanılabilir, ayrıca her iki lambanın da arızalanması durumunda devreye girecek harici bir alarm özelliği mevcut olmalıdır. Direk ıĢıklandırması önemli bir özelliktir, lambalara bir UPS ya da temel bir kaynak ile enerji verilmelidir. Değerlendirilecek diğer faktörler, rüzgar ve buz yüküdür, bunlar lokal konulardır. Buzlanmaya maruz kalan bölgelerde, buzun ağırlığı yapı için ciddi bir yük olabilir ve kule ya da direk bu ilâve yükü taĢıyabilmelidir. Kule ve direk imalâtçıları uygun yapılar tasarlayabilecek tecrubeye sahip olmalıdır ancak tasarımcı bölgeyi tanımlayabilmelidir, böylece imalâtçı, buzlanma Ģartlarını hesaba 244

Radyo Mühendisliği Notları

katması gerektiğini bilmelidir. Benzer Ģekilde buz oluĢumu nedeniyle performans düĢebilir, antenler zarar görebilir. Gerekli olduğunda, imalâtçılar, buzu çözmek ve antenleri korumak için ısıtıcı birimler sağlayabilir. Doğal olarak, ısıtıcı elemanlar temel bir kaynaktan enerji almalıdır. Rüzgar yükü hemen hemen tüm bölgelerde hesaba katılmalıdır. Yine, kule ya da direk imalâtçısı, bölgedeki en kötü hava Ģartlarına bile dayanabilecek bir yapı tasarımlayabilmelidir. Gerekli bilgiler meteoroloji istasyonlarından edinilebilir ancak bölgenin yerel topoğrafisi de hesaba katılmalıdır çünkü vadiler, rüzgar tüneli gibi davranıp rüzgar kuvvetini iyice artırabilir. Birçok ülkede standartlar birliği, yapı tasarımına iliĢkin kuralları yayınlayacaktır ve bunlar, yerel arazinin varyasyonlarını da kapsamalıdır. Kasırgaya maruz kalan bölgelerdeki artan risk faktörüne iliĢkin bir örnek olarak, aĢağıda çeĢitli iklim kuĢakları için uygulanan rüzgar yükü çarpım faktörleri gösterilmektedir. Normal riskli bölgeler için

x 1,0

Orta riskli bölgeler için

x 1,5

Kasırga bölgeleri için

x 2,3

Ciddi kasırga bölgeleri için

x 3,3

Araziyi, bina yüksekliklerini ve diğer binalarla olan uzaklığı kapsayan baĢka çarpım faktörleri de mevcuttur. Kulelerdeki ve binalardaki rüzgar yükü konusu karmaĢık bir konudur. Uygun yapıların tasarımı, Avustralya Standardı AS 1170.2‟de kapsamlı olarak ele alınmaktadır. Bir kule ya da direk söz konusu olduğunda hesaba katılması gereken bir baĢka faktör, gerginlik kararlılığıyla ilgilidir. Bu, rüzgar Ģiddetli olduğunda yapının ne kadar eğilebileceğini tanımlar. Bu durumu göstermek için Ģöyle bir örnek verilebilir: 44 dB civarında kazanca sahip çapı büyük parabolik bir anten, 1‟lik huzme geniĢliğine sahip olacaktır ve ciddi rüzgar Ģartlarında, destek yapısı, antenin iki ya da üç derece sallanmasına izin verirse, ciddi bir sinyal kaybı oluĢacaktır. Uygun olmayan sönümleme Ģartlarında, yol kopacak ve trafikte kesintiye neden olacaktır. Ġkinci olarak, çok ciddi rüzgarların oluĢmasının beklendiği bölgelerde, kule ya da direk, rüzgar yüküne dayanacak bir yapıya

245

Radyo Mühendisliği Notları

sahip olmalıdır. Özellikle önemli olarak kabul edilmeyen hizmetler için düĢük rüzgar özelliğine sahip antenlerin kullanılması mantıklı olabilir. Çok Ģiddetli bir rüzgar varsa, antenlerin bazıları muhtemelen uçacaktır ve bu, destek yapısı üzerindeki rüzgar yükünü azaltacak, belki de böylece yapının zarar görmesini önleyecektir. Bölgede yedek antenler varsa, bu antenlerin takılması basit bir iĢtir ancak bir kulenin ya da direğin takılması haftalar ya da aylar sürebilir.

iv. Yıldırım Düşmesinden Korunma Dünyanın birçok bölgesi elektriksel fırtınalara maruz kalır ve ĢimĢeği çekmek için yüksek bir dağın tepesine metal bir yapı koymaktan baĢka yapılabilecek daha iyi birĢey yoktur! Bu yüzden, ĢimĢeğin bir problem oluĢturacağını varsaymak normaldir ancak birçok durumda, yıldırım, tesisata zarar vermeksizin güvenli bir Ģekilde topraklanabilir. Gerekli koruma gerçekleĢtirilmezse, birgün yıldırım düĢmesi nedeniyle büyük hasar oluĢacaktır. Yıldırım düĢmesinden korunmaya iliĢkin temel metotları anlamak için, yıldırımın ne Ģekilde zarar verdiğinin anlaĢılması gereklidir. Atmosferdeki bulutlarda büyük miktarda statik elektrik yükü oluĢumu nedeniyle ĢimĢek oluĢur. Sonuç olarak yüklenen bulutlarla toprak arasındaki potansiyel farkı o kadar yükselir ki, hava dielektriği kırılır ve hava boĢluğundan bir kıvılcım Ģıçrar ve iyonlaĢma meydana gelir. Bu gerçekleĢtikten sonra, hava, 40 000 C civarında sıcaklığa sahip bir plazma haline gelir ve çok büyük bir akım akacaktır. Akım, 2 mikrosaniye civarında bir yükselme süresine sahip olacaktır, akımın toplam süresi 40 mikrosaniyedir, akım değeri tipik olarak 15 000 amp‟dir ancak bu değer sık sık aĢılır. Kule ya da direk, uzun bir tel parçası gibidir, belli bir indüktansa sahiptir ve yıldırım düĢerse, indüktörde bir gerilim oluĢacaktır. 100 m‟lik bir yapı için, yapının en üstü ve en altı arasındaki gerilim kolaylıkla 250 kV‟a ulaĢabilir. Bu gerilim, direğin ıĢıklandırılması için kullanılan güç kablolarında ve eĢeksenli besleyici kablolarda da oluĢacaktır ve cihaza çok zarar verebilir. Yıldırımdan korunma geniĢ ve önemli bir baĢlıktır ve sistem tasarımcısı tarafından ihmal edilemez. Koruma cihazları imal eden ve genelde konuyla ilgili makaleler ve açıklayıcı bilgiler yayınlayan bazı uzmanlaĢmıĢ firmalar mevcuttur. Belirli bir tesisatın sorunlarıyla ilgili olarak bu firmalara danıĢılmalıdır. 246

Radyo Mühendisliği Notları

Bir koruma sisteminin elemanlarına iliĢkin liste aĢağıda verilmiĢtir.  



 



Paratoner kulenin ya da direğin en üst noktasının üstüne kadar uzanmalıdır. Bu, yapının üstünde en üst noktada 15 civarında bir arkta koruma konisi sağlayacaktır. Tüm antenler söz konusu koruyucu koni dahilinde kurulmalıdır. Bazen paratoner en üstte sivri radyal uçlara sahip olacaktır ve bazı tipler, koruyucu paratonerin en üstünü iyonlaĢtırmak için radyoaktif yükler kullanmıĢtır. Bu, ĢimĢeğin yapıdan ya da antenlerden paratonere doğru çekilmesini sağlar. Akımı doğrudan toprağa iletmek için, paratoner, bakır topraklama kablosuna ya da Ģeridine bağlanacaktır. Bazen kablo, akımı iç iletkenden ileten ve yapıyı ve diğer kabloları iç iletkenden gelen istenmeyen deĢarjlardan koruyan büyük eĢeksenli kablo tipinde olacaktır. Yıldırım iletkeni yapının tabanında topraklanmalıdır çünkü yük, bir engel etrafından dolanarak geçmek yerine engelin üzerinden atlayacaktır. Toprak bağlantısı, çevredeki toprakla düĢük dirençli bir bağ kurabilmelidir. Bu bağlantının, iletken topraklar ya da metal Ģeritlerden oluĢan radyal bir altlık vasıtasıyla geliĢtirilmesi gerekli olabilir. Topraklama sisteminin bağlantısı önemlidir. Nem giriĢini önlemek için farklı metallerin birleĢiminden kaçınılmalıdır (ya da mühürlenmelidir), nem giriĢi, farklı metaller arasında hızlı bir Ģekilde yüksek dirençli bir filmin oluĢmasına neden olacaktır. Gergi tellerine sahip bir direğin kurulduğu durumda, gergi teli çapaları iyi bir Ģekilde topraklanmalı ve gergi tellerini toprağa bağlamak için ağır iletkenler kullanılmalıdır. Bu gerçekleĢtirilmezse, yıldırım düĢmesi, çapa bloklarını kolayca bozabilir, bu da, kalan gergi tellerinin direği aĢağı doğru çekmesine neden olur. Taban toprak altlığının, gergi teli çap topraklama sistemiyle birleĢtirilmek üzere geniĢletilmesi çok iyi olabilir.

247

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 5.1 – Haberleşme bölgesi – tipik topraklama planı 



Bir bölge havai bir elektrik yolu vasıtasıyla enerjilendirildiğinde, kablo da yıldırım düĢmesine karĢı dayanıksız olacaktır. Yıldırımın enerjisinin haberleĢme cihazına zarar vermesini önlemek için, enerji hattı, binadan biraz uzakta yer alan indirici transformatöre ya da izolasyon transformatörüne bağlanmalıdır. Bu transformatör, ağır bir kablo ile bir toprak noktasına bağlanmalıdır. Transformatör ve enerji hattı, yerel elektriksel uygulamaya göre sigortalar ya da devre kesiciler ile korunmalıdır. Birçok uzmanlaĢmıĢ firma, yıldırım düĢmesi nedeniyle oluĢan ani darbelere karĢı ikincil koruma sağlamaktadır, bu koruma sistemleri, düĢük gerilimli elektrik Ģebekelerine bağlanacak Ģekilde tasarımlanmıĢtır ve bu sistemlerin, yüksek riskli durumlarda ilâve koruma sağlamak için kullanılması iyidir. 110 ya da 240 voltluk ac dağıtım kartı, ana koruyucu elektriksel toprak elektroduna bağlanır. Binaya giren telefon kabloları varsa, bu kablolar, atlama kablosu ile bağlanmıĢ MDF ile sonlandırılmalıdır, MDF‟ye de ani darbe koruma cihazları takılmalıdır. MDF‟nin telekomünikasyon toprak çubuğu, ana elektriksel toprak noktasına bağlanmalıdır.

248

Radyo Mühendisliği Notları





Binanın çevresine toprak kablosu çekilmelidir ve mümkün olduğunda, binanın tüm çelik destek elemanları ve çatı, bu kabloya bağlanmalıdır. Bu toprak, ana elektriksel toprak noktasına bağlanır. Binaya ortak bir batarya çubuğu takılabilir ve bu da, ayrı bir kablo aracılığıyla MDF toprak çubuğuna bağlanmalıdır. Bu toprak çubuğuna, dağıtım toprakları ve ana batarya sisteminin toprak kısmı gibi tüm dahili toprak noktaları bağlanmalıdır.

Bu kapsamlı tesisatın ilkesi, yıldırım düĢmesini önleyemememiz ve gerilimleri ve akımları yok edemememizdir. Ancak yıldırım düĢtüğünde tesisatın tüm metalik elemanları güvenli bir Ģekilde birbirine bağlanırsa, tüm sistemin potansiyeli belki de toprak potansiyelinin yüz binlerce volt üstüne yükselecek ve sonra tekrar düĢecektir. Bu, toprakla etkin bir bağlantıya sahip düĢük dirençli kabloların kullanımına tâbidir ve enerji hattına, anten destek yapısına ya da tüm binaya yıldırım düĢebilir. Ancak kritik nokta Ģudur ki, güç kaynağı, vericiler, antenler ve binada bulunan insanlar arasında potansiyel açısından sadece küçük farklar mevcut olacaktır ve ciddi hasar oluĢma riski en düĢük seviyeye indirilecektir.

Yıldırım düĢmesinden korunma seviyeleri Yıldırım düĢmesine karĢı mükemmel koruma sağlanamaz. Koruma, güvenlik anlamına gelir ve güvenlik de mükemmel olamaz. Sadece güvenlik seviyeleri mevcuttur ve aynı Ģekilde, sadece yıldırım düĢmesinden korunma seviyeleri mevcuttur. Birgün bir yönetici elektrik mühendisine sormuĢ: „Niçin cihazınızı birazcık yıldırımdan koruyamıyorsunuz?‟ Bu, Ģunu sormaya benzer: „Niçin cihazınızı “birazcık” atomik bombadan koruyamıyorsunuz?‟ Tanrı aĢağı bakar ve cihazınızı sevmediğine karar verirse, o zaman cihazınız yeryüzünden silinir! En kötü ihtimalli senaryo, eskiden cihazınızın olduğu yerde bundan sonra büyük bir çukurun var olacağıdır. Cihazların yıldırım düĢmesinden tamamen korunması mümkün değildir. Sadece koruma seviyeleri mevcuttur.

249

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 5.2 – Avustralya örneğinde yıllık yıldırım düşen gün sayısı

Cihazla yıldırımın ayrılması Sayısal cihazlar, dıĢ kaynaklardan gelen yüksek gerilimlere ve akımlara karĢı çok hassastır. Yıldırım düĢmesinden korunma seviyeleri, bu yüksek gerilimlerin ve akımların cihazdan uzak tutulmasına dayandırılmıĢtır. Her türlü koruma için optimum çözüm, problemi uzak tutmaktır. Bu, basit gibi görünebilir ancak tüm koruma teorisi, uzaklığa dayanır. Yangından korunmada bile uzaklık en iyi korumadır. Cihazın yıldırımdan uzak tutulması, iki Ģekilden birinde gerçekleĢtirilebilir. 1. ġimĢeğin baĢka bir yerde yok edilmesini destekleyen sistemler tasarımlayarak. 2. Cihaza gelen yüksek gerilimleri ya da akımları, cihaza zarar vermelerine izin vermeden toprağa aktararak.

250

Radyo Mühendisliği Notları

Yıldırımın baĢka bir yerde yok edilmesi Benjamin Franklin‟in zamanından beri, paratonerin mi yıldırımı çektiği yoksa zaten düĢecek olan yıldırımı mı yok ettiği tartıĢılmaktadır. Cihazdan belli bir uzaklığa bir paratoner yerleĢtirilerek yıldırımın enerjisinin baĢka bir yerde harcanması sağlanır. Bu paratonerler, genelde çok uzundur, 20 ilâ 30 m arasında uzunluğa sahip olabilir. Kılavuz teller kullanılarak paratoner yerinde tutulur ve tüm sistem, yıldırım çeken bir cihaz gibidir. Paratoner iyi topraklanmıĢtır ve genelde, bir bölgede 20 ilâ 50 metre aralığa sahip birçok paratoner kullanılacaktır.

ġekil 5.3 – Tipik topraklama sistemi

Yüksek gerilimlerin ve akımların dağıtılması Cihaza gelen yüksek gerilimlerin ve akımların toprağa dağıtılması, en düĢük seviyede koruma sağlar. Gerilim ve akım yeterince yüksekse, o zaman hiçbir koruma iĢe yaramayacaktır. Sayısal sistemlerin tasarımında, cihazları yıldırımdan korumak için cihazlara yıldırım koruma sistemlerinin bağlanması yaygın bir uygulamadır.

251

Radyo Mühendisliği Notları

Yüksek akım koruması Yüksek akım koruması en kolay koruma biçimidir. Bu, bir sigorta kullanılarak gerçekleĢtirilir. Yıldırım yapı olarak hızlı olduğu için, sigorta yeterince hızlı bir Ģekilde atamayabilir ve cihaz zarar görebilir. Bununla birlikte, yine de bir miktar koruma sağlar. Hızlı atan bir sigortanın ya da devre kesicinin kullanılması en iyisidir. Yüksek gerilim koruması Cihaza gelen yüksek gerilimi toprağa kısa devre yapan cihazlar giriĢe yerleĢtirilerek yüksek gerilim koruması sağlanır. Yüksek gerilimleri toprağa kısa devre yapabilen üç temel cihaz tipi mevcuttur: 1. Gaz deĢarj tüpleri ya da GDT‟ler 2. Metal oksit varistörler ya da MOV‟lar 3. Transorblar (geçici gerilimi bastırma cihazı)

ġekil 5.4 – Yıldırım koruma devresi örneği Bu cihazlar üç temel büyüklüğe sahiptir: cihazı faal hale getirecek gerilim seviyesi, akım ve hız. Bu cihazların tümü normal Ģartlar altında açık bir devre gibi davranır. Ancak, korunacak olan cihazda yüksek gerilimler mevcutsa, koruyucu cihazlar faal hale gelir ve istenmeyen gerilimi toprağa kısa devre yapar. Bu koruyucu cihazların yerleĢim biçimi çok önemlidir. Genelde yüksek gerilimli cihazlar, bölgenin en yakınına ve düĢük gerilimli cihazlar, korunacak cihazın en yakınına yerleĢtirilir.

Sonuç Cihazların yıldırımdan korunması için bir sistem tasarımlanırken kullanılacak en iyi metot, yıldırım koruması için mevcut olan tüm farklı cihaz tiplerinin kullanılmasıdır. Bir dövüĢçünün, 252

Radyo Mühendisliği Notları

toplayabileceği tüm araçları ve becerileri dövüĢ alanına getirmesi gibi, yıldırıma karĢı korunma sistemi, cihazın hasardan korunması için mümkün olan tüm araçları içermelidir. Yıldırımı cihazdan uzaklaĢtırmak için belli bir metot kullanılmalıdır ve yıldırım düĢerse, o zaman gerilimi ve akımı toprakta harcamak için koruyucu cihazlar kullanılmalıdır.

v. Cihaz Korunakları ve Sıcaklık Yönetimi HaberleĢme cihazının içine konacağı yapı ya da bina tipi, güneĢ enerjili basit bir telemetri sistemini barındıran metal bir mahfazadan, tehlikeli ya da fırtınalara maruz kalan bir bölgedeki büyük bir haberleĢme sistemini barındıracak rüzgar-geçirmeyen büyük bir yapıya kadar değiĢen çeĢitlerde olabilir. Açık bir Ģekilde görüldüğü gibi, barındırılacak olan cihaz ve bölge, yapının tipini belirleyecektir. AĢağıdaki açıklamalar, değerlendirilmesi gereken diğer önemli noktaların bazılarını içermektedir.

Sıcaklık yönetimi Dünyanın birçok bölgesinde, yaz mevsiminde çevre sıcaklığının yüksek olması, tasarım gerçekleĢtirilirken sıcaklık konusuna önem verilmesini gerektirecektir. Genel olarak, modern cihazlar, en fazla 45–55 arasında çalıĢacak Ģekilde tasarımlanmıĢtır. Çok soğuk bölgeler hariç olmak üzere, bu aralığın altında çalıĢan cihazlar pek kullanılmamalıdır. Ac gücün kullanıldığı durumlarda, bina genelde havalandırmalı olacaktır ve sistem güvenilir ise, bu kesinlikle çok yeterli bir çözümdür. Yedeği olmayan bir klima arızalanırsa ve hiçbir ilâve havalandırma mevcut değilse, odadaki sıcaklık hızlı bir Ģekilde çok yüksek değerlere çıkabilir ve bazen nemli bölgelerde ciddi seviyede yoğunlaĢma (sıvılaĢma) olabilir. Uzak bölgelerde klimaların çalınma riski vardır çünkü klimalar kolayca yerinden çıkarılabilir. GeçmiĢte meydana gelen bir olayda, bir birim defalarca çalınmıĢtı. Bu nedenle, birim yerinden çıkarıldığında sinyal veren bir mikro-anahtar yerleĢtirildi. Bu, yerel telefon santraline rapor veren bir denetim sistemine bağlandı. Böylece polisler alarma geçip hırsızları, tek ulaĢım yolunun sonunda yakaladılar. Yeterli ac kaynaklarına sahip olmayan bir bölgede, bina tasarımı, sıcaklık kontrol edilebilecek Ģekilde gerçekleĢtirilmelidir.

253

Radyo Mühendisliği Notları

Cihaz odası, doğrudan güneĢ ıĢığından yeterli bir Ģekilde korunmadığında ve ısı-üreten cihaz içeride çalıĢtırıldığında, çevre sıcaklığının üstüne yükselen bir ısı yüküne sahip olacaktır. Bu faktörler kontrol edilmelidir. Etkin gölgeleme sağlamak nispeten kolaydır, gölge genelde metal bir gölgelik ile sağlanır, ısının gölgeliğin kendisinden yenidenyayılmasını önlemek için gölgeliğin altı yalıtılmıĢtır. Binanın duvarları, kıvrımlı levhalardan ya da tuğlalardan yapılmıĢ gölgelik duvarlarla benzer Ģekilde korunabilir. Daha küçük bazı cihazlar, dünyanın ısısının düĢük olmasından faydalanmak için yer altına gömülen çimentodan yapılmıĢ büyük boruların içine yerleĢtirilmiĢtir, arazi uygun olduğunda bu sistem birçok avantaja sahiptir. Kötü niyetli kimselere karĢı büyük ölçüde güvenlik sağlar ancak tesisata su girme riski varsa problem çıkabilir ve bazen yılanlar ve diğer hayvanlar girebilir. Bakım ekibi geldiğinde yeterli havalandırmanın sağlanması gereklidir çünkü odada kötü hava birikebilir. Dikkate alınması gereken baĢka bir sorun, cihazın kendisi tarafından üretilen ısıdır. Neyse ki, modern cihazlar çok verimlidir ve çok az güç harcar ancak daha büyük tesisatlarda, bazı havalandırma delikleri bulunmalıdır. Bazen cihazdan yükselen sıcak hava bir delikten geçer ve dıĢarıya çıkar, böylece bir termosifon oluĢur, bu, alttaki binadan soğuk hava çekmek için kullanılabilir. Genelde, bir binadaki sıcak havanın emilmesinde rüzgar gücüyle çalıĢan dönen türbinler çok etkin olabilir ancak bu türbinler rüzgarın var olmasına bağlıdır ve çok sıcak günlerde genelde hiç rüzgar olmaz. GüneĢ enerjili bölgelerde, sıcak günler genelde gökyüzünün açık olduğu günlerdir ve batarya sisteminin ihtiyacından fazla güneĢ enerjisi mevcuttur. Bu, hava dolaĢımını geliĢtirmek için çıkıĢ fanlarını çalıĢtırmak amacıyla kullanılabilir. Sıcaklık yönetimi hususunun önemli ancak ihmal edilen bir yönü bataryanın Ģarj edilmesidir. Bataryaların güneĢ ya da rüzgar gücüyle ya da sürekli-olmayan dizel gücüyle Ģarj edildiği bölgelerde, bataryanın sıcaklığı dikkatli bir Ģekilde değerlendirilmelidir. Birçok modern kurĢun-asitli hücre, en fazla 55‟de çalıĢacağını beyan etmektedir. Çevre sıcaklığı zaten yüksekken hücreler ağır bir Ģekilde Ģarj edilirse, bu sınır değeri kolayca aĢılabilir. Genel olarak güneĢle ilgili güç kaynakları, batarya büyüklüğüne göre yüksek akımlarla Ģarj olmayacak ve problem önemli olmayacaktır. Ancak, dizel güçle, tesisi, kısa bir süre boyunca yüksek Ģarj hızlarında çalıĢtırma

254

Radyo Mühendisliği Notları

yönünde bir eğilim vardır. Böyle durumlarda, sıcak yaz aylarında tesisin sadece geceleri çalıĢmasına izin verilir. Uzak bölgede bir bina satın alınacağı zaman, sistem tasarımcısı, cihazlarının üretmesi beklenen en yüksek ısı yükü değerini ve çevre sıcaklığının üstündeki en yüksek sıcaklık artıĢını belirtmelidir. Örneğin, bir sisteme iliĢkin en yüksek çalıĢma sıcaklığı 48C ise ve yaz ortasında bölgedeki sıcaklık 43C‟ye çıkarsa, o zaman ısı yükü sıcaklık artıĢı, 5C‟yi aĢmamalıdır. Genel olarak, iyi tasarım metotları kullanılarak ve basınçlı havalandırma ya da soğutma kullanılmaksızın yaklaĢık 10C‟lik ısı yükü sıcaklık yükselmesi elde edilir. Ancak birçok kuru ve sıcak bölgede, çevre sıcaklığı genelde 46C civarındadır ve bu Ģartlar altında 10C‟lik ısı yükselmesiyle birlikte cihazın çalıĢma sıcaklığı 55C olursa, bu kabul edilebilir bir durumdur. Diğer bölgelerde, çok düĢük sıcaklıklar problem yaratabilir ve yine bataryaların dikkatli bir Ģekilde değerlendirilmeleri gereklidir, birçok elektronik cihaz –20C‟de ya da altında çalıĢacaktır, kurĢunasitli hücreler oldukça arterit hale gelecek ve düĢük deĢarj hızlarında beyan kapasitelerinin sadece % 61‟ini, yüksek deĢarj hızlarında ise % 38‟ini sağlayacaktır. Makineleri çalıĢtırmaya baĢlatan bataryalar için bu oldukça önemli bir husustur.

Bina tasarımına iliĢkin diğer hususlar Bir haberleĢme binası tasarımlanırken birçok faktör dikkate alınmalıdır. Bu faktörler, yapı tipi, güvenlik, termit ve kemirgenlere karĢı koruma gibi hususlar olup bu hususlar yerel Ģartlar tarafından belirlenecektir. AĢağıda faydalı kontrol noktaları mevcuttur.      

Koridorların ve kapı aralıklarının büyük cihazların geçmesine izin verecek kadar büyük olduğundan emin olun. Otomatik ve/veya manüel yangından koruma sistemleri tedarik edin. Gerekli olmadığı sürece pencere yapmayın. (Pencereler güvenlik riski oluĢturur ve binanın termal verimini düĢürür). Binaya giriĢlerin gözlenebilmesi için tüm kapıları uzak bir denetim sistemine bağlayın. Temiz su deposu bulundurun. Özellikle batarya sistemlerinin kurulmuĢ olduğu durumda yeterli ilk yardım hizmetini sağlayın. 255

Radyo Mühendisliği Notları

 



Ekibin bölgede sabahlamasının gerekli olduğu durumlar için konaklama ve yemek imkânları sağlayın. Yeterli acil durum ıĢıklandırması sağlayın. (Elektrik Ģebekesinde ve dizel enerjili bölgelerde, tüm ac gücünün kesilmesi durumunda, bataryadan çalıĢan dc ıĢıklandırma sağlayın). Bazı bölgelerde, binanın dıĢındaki sistem kontrolöre bağlanan bir telefonun yer alması çok iyi olabilir. (Telefon konulması, yardıma ihtiyacı olan birisinin binaya girmeye çalıĢmasını önlemek ve ona yardım etmek için iyi bir araçtır).

vi. Güç Kaynakları Özellikle uzak bölgelerdeki elektronik cihazlar için kullanılan güç kaynakları, güvenilir bir haberleĢme sisteminin oluĢturulmasındaki temel yapı taĢlarıdır. Genelde güç kaynağı tasarım ve bakım konusunda eksikliklere sahiptir çünkü güç kaynaklarıyla ilgili sorunlar anlaĢılamamaktadır ve teknik açıdan daha ilginç olan cihazlarla daha çok ilgilenilmekte olduğu için güç kaynaklarıyla ilgilenilmemektedir. Bunun sonucunda genelde güvenilir olmayan bir sistem ortaya çıkar ve bölge uzaktaysa, birçok pahalı tamirat gerekli olabilir. Birincil güç kaynağı tipinin seçilmesi, birçok faktöre bağlı olacaktır ve aĢağıdaki açıklamalar, sistem tasarımcısının doğru seçimi yapmasını sağlayacaktır.

dc kaynağı ve bataryalar Birçok haberleĢme cihazı, 24 ya da 48 V‟luk kaynakları kullanırken, bazıları + 12 voltluk kaynakları kullanır. Doğrudan güç kaynağı olarak batarya kaynağının kullanılması ve bu bataryanın birincil güç kaynağından Ģarj edilmesi yaygın bir uygulamadır. Bunun yapılmasında birçok avantaj mevcuttur. Bataryalar kesinlikle en az karmaĢık olan güç kaynaklarıdır ve düzgün bir Ģekilde kurulup bakımları yapılırsa, neredeyse hiçbir kesinti riski kalmaz. Akümülatör hücre tipleri Nikel kadmiyum: Bu hücreler, genelde 10 ilâ 15 yıl arasında çok uzun ömre ve çok yüksek baĢlangıç maliyetine sahiptir. Normal hücre gerilimi, 1,5 volttur ve hücre deĢarj oldukça, bu 1,1 volt civarına kadar düĢer. Bu, Ģarj/deĢarj çevriminde daha geniĢ bir 256

Radyo Mühendisliği Notları

gerilim bandına neden olur ancak modern cihazlar genelde bundan rahatsız olmaz. Nikel kadmiyum hücreler çok sağlamdır ve yüksek titreĢim seviyelerinin mevcut olduğu uygulamalara çok uygundur ancak kurĢun-asitli hücrelere göre daha çok rastgele arıza çıkarırlar. Kadmiyum, tehlikeli bir ağır metaldir ve birçok ülkede, yıpranmıĢ ya da fazlalık bataryaların yok edilmesiyle ilgili ciddi düzenlemeler mevcuttur. Birçok imalâtçı tesisatları hakkında bilgiye ihtiyaç duyacaktır ve bataryanın baĢlangıç maliyetine dahil olan bir yeniden-iĢleme [:recycle] hizmeti sunacaktır. Nikel kadmiyum bataryalar yüksek ısıdan kolayca zarar görebilir ve özellikle Ģarj olurken düĢük çevre sıcaklıklarında tutulmalıdır çünkü bataryanın iç sıcaklığı hızlı bir Ģekilde yükselebilir. 55C‟nin üstündeki iç sıcaklık bataryaya kalıcı olarak zarar verebilir. Hızlı Ģarj olan bataryaların tam Ģarj durumuna geldiği halde Ģarj edilmeye devam edilmemesine dikkat edilmelidir. Çevre sıcaklığının 20C civarında kalması Ģartıyla, hızı, kapasite/10 olan uzun-dönemli Ģarj kabul edilebilir. Kurşunlu-asit batarya: Eskiden araba bataryaları olarak kullanılan kurĢunlu-asit bataryaların imalâtında büyük geliĢmeler meydana gelmiĢtir. Spesifik uygulamalar için farklı tipler üretilmiĢtir ve bunların birçoğu haberleĢme bölgeleriyle ilgilidir. Hücrelerin anma gerilimi 2,0 volttur ve Ģarj/deĢarj çevriminde bu gerilim sabit kalır. Hücreler ağırdır ve sıvı asit elektrolite sahip eski tipler, kaba bir Ģekilde tutulduklarında kolayca zarar görebilir. Bazen mahfazalar çatlardı ve asit akardı. KurĢunlu-asit hücreleri haberleĢme için ilk defa telefon santrallerinde kullanıldı. Bu bataryaların ömürleri, birincil kaynağın arızalanması durumunda kısa süreli acil güç sağlayan ve akım tepelerini absorbe eden değiĢken Ģarj durumunda geçer. Bu bataryalar bu Ģartlar altında çok bakım gerektirir ve bazen sadece bir ya da iki yıl hizmet ömrüne sahiptir. Doğal olarak, uzak bölgelerdeki bataryaların değiĢtirme maliyeti genelde çok yüksektir. GüneĢ gücünün ve düĢük güç harcamasına sahip elektronik cihazların geliĢtirilmesiyle birlikte, yapılan araĢtırmalar, birçok uygulamaya uygun yeni hücrelerin geliĢtirilmesini sağladı. Bu modern hücreler tamamen mühürlüdür. Bu, bu hücrelerin güvenli bir Ģekilde taĢınabildiği ve yerden kazanmak için bir kübün yanlarına monte edilebildiği anlamına gelir. Elektrolit, sulu bir hücrede eski seperatörün yerine geçen doymuĢ bir fiberglas altlığında yer alır ve

257

Radyo Mühendisliği Notları

hücrenin Ģarj edilmesinin sonucu olarak hidrojen üretildiğinde, kaybolan elektrolitin yerine geçmek için hücre içinde yeniden birleĢtirilir. Yeniden birleĢim hücresi olarak adlandırılan bu hücreler, çok az bakım gerektirir. Bir taraftan, gerekli olursa, eski tip sulu hücreler yeniden birleĢim tipi hücrelerle birleĢtirilerek mevcut bir batarya odasının amper saat kapasitesi dört katına çıkarılabilir ya da alternatif olarak sadece küçük bir batarya odası gerekli olacaktır, bu, uzak bölgede maliyeti büyük ölçüde düĢürür. Bazen ayrı bir bir batarya odası gerekli olmayacaktır. Yeniden birleĢim hücrelerinin birçok avantaja sahip olmasına rağmen, bu hücreler, uzun bir güvenli çalıĢma geçmiĢine sahip değildir ve sistem tasarımcısı, bu hücrelerin sistem ihtiyaçlarını karĢılayacağından emin olmalıdır. Bazı imalâtçılar, bakım gerektirmeyen bataryalar üretmektedir ve özellikle otomotiv alanında bu bataryaların bazıları çok baĢarısız olmuĢtur. Diğer taraftan, lider bir Alman imalâtçı yıllardır yeniden birleĢim hücreleri üretmektedir ve baĢarılı olmuĢtur, ürettiği hücreler, Frankfurt Havalimanındaki kontrol kulesi gibi bölgelerde kullanılmıĢtır. Geleneksel sulu hücre muhtemelen gelecekte kullanılmayacaktır. Bununla birlikte, bu, çok yakın gelecekte meydana gelmeyecek, daha sonra meydana gelecektir çünkü sulu hücreler halâ çok güvenilir bir tercih olarak kullanılmaktadır. GüneĢ enerjili bölgelerde de durum böyledir, yeniden birleĢim hücreleri, bu bölgelerde henüz kullanılmamaktadır. Batarya sistemlerinin kurulması ve çalıştırılması Birçok ülkede, standartlar kurumu batarya kurulumuyla ilgili uygulama açıklamaları yapmaktadır ve bunlar genelde zorunludur. Kurulumlara iliĢkin daha önemli hususlar, aĢağıda açıklanmaktadır.    

Batarya odaları ya da kabinleri her zaman dıĢarıdan hava almalarını sağlayan deliklere sahip olmalı, klima sistemi kullanılmamalıdır. Bataryalar güçlü dayanaklar üzerine monte edilmelidir ve sulu hücrelerin kullanıldığı durumda, hücrenin sızdırması ihtimaline karĢı damlama-tepsileri bulundurulmalıdır. Sulu hücrelerin kullanıldığı durumda, bazı ilk yardım olanakları sağlanmalıdır (en azından göz banyosu gereci bulunmalıdır. Bazen duĢların bulunması gereklidir.) Batarya depoları, batarya deposunda her zaman bir ana batarya sigortasına sahip olmalıdır (bu sigortanın bataryadan 258

Radyo Mühendisliği Notları







çıkan bir kablonun ucuna yerleĢtirilmesi oldukça anlamsızdır çünkü kablo korunmasız olacaktır ve kablonun zarar görmesi kolayca bir patlamaya neden olabilir). Mümkün olduğunda, hücre terminalleri ve ara bağlantı çubukları yalıtılmalıdır. (Bazen bataryanın üstüne metal nesneler düĢebilir ve bu da, patlamaya neden olabilir. Birçok UPS sistemi, 110 ya da 220 voltta çalıĢan batarya depolarını kullanmaktadır ve tecrubeli olmayan kiĢiler, tüm bataryaların 12 voltluk tipte olmadığının genelde farkında değildir. Bu yüksek gerilim depolarına dokunulması ciddi yaralanmalara neden olabilir. Bu batarya depolarının üzerinde uyarı yazıları olmalı ve eriĢim sınırlı olmalıdır). Sulu batarya sistemleri düzenli bakım gerektirir. Elektrolit seviyeleri kontrol edilmeli, düzenli olarak yeniden doldurulmalı ve tüm hücrelerin eĢit Ģarj durumunda olmasını sağlamak için spesifik kontroller yapılmalıdır. Bazı hücreler yeterince Ģarj olmamıĢsa, dengeleyici Ģarj uygulanmadığı sürece, ardıĢık Ģarj/deĢarj çevrimlerinde bu dengesizlik artacaktır. Bunun nedeni, asit hücrenin tabanına doğru yerleĢmeye baĢladığında, elektrolitin katmanlaĢmasıdır. Bu, en alttaki elektrolitin çok güçlü olduğu, en üstteki elektrolitin yetersiz-güçte olduğu ve bu nedenle hücrenin plakâlarının eĢit çalıĢmadığı bir duruma neden olur. Hidrojen kabarcıkları oluĢmaya baĢlayacak Ģekilde normal kesme noktasının üstünde Ģarj çevrimine devam eden dengeleyici Ģarj tarafından katmanlaĢmanın üstesinden gelinir. Kabarcıklar elektrolit boyunca yükseldikçe, elektroliti etkin bir Ģekilde karıĢtırırlar ve böylece yeniden dengeli bir asit-su karıĢımı oluĢur. Batarya Ģarj sistemi, tam normal cihaz yükünü besleyebilmeli, bir deĢarj çevriminden sonra bataryayı deĢarj edebilmelidir. Ayrıca değiĢken batarya gerilimlerini doğru bir Ģekilde sağlayabilmelidir çünkü yetersiz-Ģarj, batarya kapasitesini önemli ölçüde azaltacak ve aĢırı-Ģarj, bataryanın ömrünü kısaltacaktır. DeğiĢken ve dengeleyici gerilimlerle ilgili olarak batarya imalâtçılarının tavsiyelerine sıkı sıkıya uyulmalıdır.

259

Radyo Mühendisliği Notları

Ana güç kaynakları HaberleĢme bölgesi bir kasabada, Ģehirde ya da endüstriyel bir tesiste ise, tabi ki elektrik Ģebekesi tercih edilecektir, bu durumda temel konu elektrik Ģebekesinin ne kadar güvenilir olduğudur. Bölgenin uzakta yer aldığı diğer durumlarda, bir güç hattının uzatılması mümkündür ve bu durumda, hattın maliyeti belirleyici faktör olacaktır. Bölgenin yakınından geçen bir yüksek gerilim enerji hattı, birincil güç kaynağı için iyi bir tercih olabilir. Ancak bir trafonun ve ilgili koruma cihazlarının kurulmasının maliyeti yüksek olabilir. Gerçekte, hat operatörü, birkaç kilovat için yeni bir bağlantı noktası eklemek ve karmaĢıklığı artırmak istemeyebilir. Bu gibi durumlarda, baĢka güç kaynaklarının kullanılması daha iyi olabilir.

Temel-olmayan, temel ve kesintisiz kaynaklar Enerji hatlarından elde edilen güç kaynakları ve yedeği olmayan jeneratörler, çok güvenilir olarak kabul edilmez çünkü bu kaynaklar, cihaz problemlerinden ya da bakım gereksiniminden dolayı kesintiye uğrayabilir. Bu gibi kaynaklar genelde sadece temelolmayan cihazlara enerji vermek için uygundur. Oda ısıtıcıları ve elektrikli su ısıtıcıları gibi cihazlar, temel-olmayan cihazlar olarak kabul edilebilir çünkü bu cihazlar çok enerji tüketmektedir. Bazı tesisatlarda, beklenen elektrik Ģebekesi kesinti süresini aĢan bir süre boyunca istasyonu çalıĢtırmaya yetecek kapasitede bir batarya deposunun kurulması iyi olacaktır ancak genelde, bu, daha küçük tesisatlarla sınırlı olacaktır. Temel bir kaynak genelde durağan bir dizel ya da diğer üretim sistemi tarafından desteklenen bir elektrik Ģebekesi enerji hattıdır. Enerji hattı arızalanırsa, bölge enerjisiz kalacaktır ve dizel makine çalıĢmaya baĢlayacaktır. Bu tip bir kaynak, batarya kaynaklarından beslenen haberleĢme cihazları için oldukça yeterlidir. Batarya kaynağı, cihaza uzun bir süre boyunca güç sağlamaya yetecek kadar büyük olmalıdır, böylece jeneratörün çalıĢmaya baĢlayamadığı durumda, problemi çözmek için bölgeye bir teknisyen çağırmak için yeterli süre kalacaktır.

Elektrik Ģebekesi istasyonu Bazı durumlarda haberleĢme cihazları, bir ac güç kaynağına ihtiyaç duyar. Birçok bilgisayar sistemi ve birçok büyük radyo vericisi ac ile çalıĢtırılır. Bu gibi durumlarda, genelde bir batarya deposundan,

260

Radyo Mühendisliği Notları

invertörden ve bir batarya Ģarj cihazından oluĢan kesintisiz bir güç kaynağının (UPS) kurulması gerekli olabilir. UPS sistemleri, 3 kVA civarına kadar olan beyan değerlere sahip yarı-taĢınabilir kompakt birimlerden 200 kVA civarına kadar güç sağlayabilen büyük tesisatlara kadar değiĢen bir aralıktadır ve tipik olarak, bu büyük sistemler, 400 voltluk batarya gerilimleri kullanır. Bu sistemler, tek fazlı ya da üç fazlı olabilir. Ġki temel UPS tipi vardır:  

Senkron ya da çevrim-içi Çevrim-dıĢı

ġekil 5.5 – Çevrim-dışı UPS Çevrim-dıĢı tipler, giriĢ elektrik Ģebekesini gerilim seviyelerindeki ve kesintideki varyasyonlar açısından sürekli olarak kontrol eden bir izleme devresine sahiptir. Batarya Ģarj cihazı, bataryayı değiĢken Ģarj durumunda tutar ve invertör çalıĢmamaktadır. Elektrik Ģebekesi, belirtilen sınır değerin dıĢına çıkarsa, invertör çalıĢtırılır ve röle ya da katı-hal anahtarı, yükü elektrik Ģebekesi yerine invertöre bağlar. Anahtarlama oldukça hızlı gerçekleĢtirilebilir ve modern sistemler, yarım çevrimde çevrim-içi hale getirilebilir, bu, birçok durumda kabul edilebilecek kadar hızlı gerçekleĢir. Bu tip UPS‟ler, çevrim-içi tiplerle karĢılaĢtırıldığında nispeten basit ve ucuzdur. Çevrim-içi invertörler, çevrim-dıĢı tiplere genelde benzerdir ancak invertör sürekli çalıĢmaktadır ve giriĢ elektrik Ģebekesine faz kilitlemelidir, böylece elektrik beslemesinde herhangi bir değiĢme 261

Radyo Mühendisliği Notları

olduğunda UPS müdahalesi gerçekleĢecektir. Elektrik Ģebekesi arızalanırsa, bu, yük tarafından fark edilmeyecektir. Elektrik Ģebekesini doğrudan yüke bağlayan bir yan-geçit (baypas) devresi mevcuttur ve bu devre, UPS faz kilitleme için ve hizmet için ayrıldığında, baĢlangıç aĢamasında ve UPS‟in arızalanması durumunda çalıĢır. Çevrim-içi sistemler, çevrim-dıĢı tiplerden daha karmaĢıktır ve bu nedenle daha pahalıdır.

ġekil 5.6 – Çevrim-içi UPS Çevrim-içi UPS‟le ilgili olarak değerlendirilmesi gereken bazı noktalar aĢağıda açıklanmıĢtır. 





Elektrik Ģebekesinin arızalanması durumunda UPS‟in ne kadar süreyle çalıĢtırılmasının gerekli olacağını dikkatli bir Ģekilde değerlendirin. Uzun bir çalıĢma süresi gerekli ise, gerekli batarya deposu çok büyük olabilir. Genel olarak, yedek bir dizel sistemi çalıĢmaya baĢlarken yükü taĢımak için UPS sistemleri kullanılmalıdır, bu, genelde elektrik Ģebekesi arızasından yaklaĢık beĢ dakika sonra meydana gelecektir. Bir UPS dahilindeki normal yan-geçit anahtarına ilâve olarak, UPS‟in dıĢına manuel olarak çalıĢtırılan bir anahtar takmak iyi bir fikirdir, böylece UPS, hizmet ve tamir için tamamen ayrılabilir. Elektrik Ģebekesi arızasının nedeni yıldırım düĢmesi olabilir, bu nedenle, UPS‟in enerji giriĢ hattındaki ani darbelere karĢı yeterli bir Ģekilde korunduğundan emin olun.

262

Radyo Mühendisliği Notları





UPS‟in beslediği cihaza gerekli baĢlangıç akımını sağlayıp sağlamadığından emin olun. Bazı cihazlar, ilk faal hale getirildiğinde normalde çektikleri akımın iki ya da üç katını çekebilir. Yük cihazının güç faktörünün sınır değerleri dahilinde olup olmadığından emin olun çünkü UPS invertörü, elektrik Ģebekesinin sahip olabildiği zayıf güç faktörünü kullanamayabilir. Benzer Ģekilde UPS‟in kabul edilebilir bir güç faktörü sağladığından da emin olunmalıdır.

GüneĢle ilgili güç kaynakları Son yıllarda, güneĢ paneli imalât teknolojisinde hızlı geliĢmeler meydana gelmiĢtir, bu da verimde büyük bir artıĢ ve watt baĢına maliyette azalma sağlamıĢtır. Tipik paneller, sertleĢtirilmiĢ camdan yapılmıĢtır ve yağmura, doluya, rüzgardan kaynaklanan yıpranmaya ve çarpmaya karĢı dayanıklıdır. Kısaca, güneĢ enerjisi, günümüzde küçük ve izole radyo bölgelerine enerji sağlama sorununa iyi bir çözüm getirmiĢtir. Bazı sorunlar halâ mevcuttur ve bir güneĢ enerjisi tesisatının tasarımlanmasında aĢağıdaki faktörler değerlendirilmelidir.  GüneĢ enerjisi panelleri, güneĢ engellenmeyecek Ģekilde yerleĢtirilmelidir. Hücrelere gölge gelirse, çıkıĢ gücü ciddi ölçüde azalacaktır.  Paneller hırsızlar tarafından çalınabilir, bu yüzden iyi korunmalıdır.  Çok az yağmurun yağdığı bölgelerde toz oluĢumu nedeniyle panellerin çıkıĢ gücü azalabilir. Bazen kuĢ pislikleri çıkıĢ gücünü ciddi ölçüde azaltabilir, düzenli temizlik gerekli olabilir.  Tesisat, paneller belirli bir enlem için uygun eğime hedeflenecek Ģekilde dikkatli bir biçimde tasarımlanmalıdır. Bu bilgi, imalâtçılardan her zaman alınabilir.  Sistem tasarımcısı, bazı bölgelerde günler boyunca havanın kapalı olabileceğini hesaba katmalıdır. Yine, imalâtçılar, bölge ile ilgili istatistiksel bilgileri edinmelidir. GüneĢ panelleri genelde 12 voltluk modüller halinde üretilir ve bu, modüllerin, 24 ve 48 voltluk sistemleri beslemek için seri olarak ve gerekli akımı sağlamak ve bataryaları yeniden Ģarj etmek için paralel olarak bağlanmasına imkân verir. ÇıkıĢ gerilim regülasyonu oldukça 263

Radyo Mühendisliği Notları

zayıftır ve 12 voltluk bir modül tipik olarak açık devrede en az 21 volt ölçecek ve bu, tam yük durumunda 17 volt civarına kadar düĢecektir. Bu, gerilim regülatörünün kullanılması için yeterli bir nedendir, gerilim regülatörü kullanıldığında, gerilim çıkıĢı, 13,4 ilâ 13,8 volt arasında (KurĢunlu-asit bataryalar için gerilim aralığı 13,4 ilâ 13,8 volttur) bir değere ayarlanacaktır. Tipik bir modern güneĢ panelinin ebatları 1200 mm x 550 mm civarında olacak, çıkıĢ gerilimi 12 volt civarında olacak ve yaklaĢık 4 amp civarında akım sağlayacaktır.

Rüzgar jeneratörleri Eski yıllarda, rüzgar jeneratörleri, güvenilirlik açısından bakıldığında kötü bir üne sahipti. Bu jeneratörler, düzenli bakıma ihtiyaç duymaktaydı ve bu genelde pahalıydı çünkü bazen çeĢitli aletler ve vinç kullanılması gerekliydi. Rüzgar jeneratörleri, rüzgar ve toz fırtınalarına karĢı çok hassastı ve doğru bir Ģekilde yerleĢtirilmezlerse, çıkıĢ düĢük seviyedeydi ve değiĢkendi. ÇeĢitli sorunların olmasına rağmen, bazı tesisatlar yıllardır baĢarılı bir Ģekilde çalıĢtırılmaktadır. GüneĢ enerjisi gibi, rüzgar enerjisi konusunda da yapılan araĢtırmalarda ve jeneratör imalâtında geliĢmeler meydana gelmiĢtir ve belli uygulamalarda rüzgar enerjisi dikkate alınmalıdır. En önemli husus rüzgar ve rüzgarın güvenilirliğidir. Genel olarak, ciddi rüzgarlar jeneratöre zarar verecek kadar çok meydana geliyorsa, fırtınalara karĢı hassas olan bölgeler, dikkatli bir Ģekilde incelenmelidir. Açık bir Ģekilde görüldüğü gibi, orta ilâ güçlü Ģiddetteki rüzgarlar ve düzenli rüzgarlar ideal olacaktır. Belirli bir bölgenin uygun olduğuna karar verdikten sonra, sistem tasarımcısı bölgeyi dikkatli bir Ģekilde incelemeli ve uygun olup olmadığını belirlemelidir. Genelde, düzlük bölgeler idealdir çünkü rüzgar düzenli bir Ģekilde esmektedir. Tepe üstleri bazen uygun değildir çünkü rüzgar karıĢık ve düzensiz olabilir çünkü tepenin kenarından yukarı gelen akım tepenin üstündeki doğrudan akıntıyla karĢılaĢır. Benzer Ģekilde küçük vadilerden de kaçınılmalıdır. Bazen rüzgarı jeneratör için iyi olacak Ģekilde yöneltirler ancak rüzgar ters bir yönde eserse, ciddi türbülans meydana gelecektir. Rüzgar jeneratörü imalâtçısının karĢılaĢtığı en büyük problemlerden biri, rüzgarın çok olduğu durumda, türbin pervanelerinin etkin alanının azaltılmasının gerekli olmasıdır. Bu, genelde uçak

264

Radyo Mühendisliği Notları

pervanesinde kullanılan mekanizmaya benzer bir mekanizma kullanılarak gerçekleĢtirilir. Bu çözüm, pahalı ve mekanik açıdan esnek bir çözümdür. Soruna iliĢkin yeni bir çözüm, kuyruk düzlemine sahip sabit bir pervane kullanmaktır. Rüzgar hızı, beyan çıkıĢ gücünü üretmek için gerekli olan hızın üstüne çıkarsa, kuyruk düzlemi, pervaneyi, rüzgara göre 90 derece eğmeye baĢlar. Bu, pervanenin verimini ve böylece üzerindeki rüzgar gücünü azaltır. Rüzgar çok yüksek hızlara ulaĢırsa, kuyruk sistemi, pervaneyi, sonunda yatay hale gelene kadar eğecektir. Çizelge 5.1‟de, yukarıda açıklanan tipteki jeneratörler için bazı tipik özellikler gösterilmektedir. BEYAN GÜÇ 6,5 m/s‟de km/saat

=

23,4 300 W

500 W

2000 W

35 W

170 W

8 m/s‟deki maksimum 540 W güç

800 W

2800 W

Rotor çapı

2,7 m

3,5 m

5,8 m

RPM

60–350

60–350

60–150

Ağırlık

165 kg

205 kg

376 kg

Fırtına beyan edildi mi?

Evet

Evet

Evet

ÇıkıĢ gerilimi (volt)

24/48

24/48

48

Nispi maliyetler

6 K dolar

10 K dolar

20 K dolar

3 m/s‟deki güç

35 W

Çizelge 5.1 – Rüzgar jeneratörleri için bazı performans değerleri

Dizel jeneratörleri Yıllardır, dizel jeneratörleri izole radyo bölgeleri için kullanılan ana güç kaynağı olmuĢtur. Bu özellikle elektron tüp cihazlarının kullanıldığı günlerde doğruydu ve günümüzde gerekenden daha fazla güce ihtiyaç duyulmaktaydı. Birçok durumda, izole bir bölgenin güç talebi nispeten çok az olacak ve güneĢ ve rüzgar enerjisi üretimindeki büyük geliĢmeler, bu kaynakların birçok durumda yeterli enerjiyi sağlayabildiği anlamına gelecektir. Doğa koĢulları çok ağır olabilir ve bazen rüzgarsız ve yağmurlu uzun bir 265

Radyo Mühendisliği Notları

sürenin sonunda yeterince enerji kalmayabilir, bu gibi durumlarda, yedek bir dizel sistem gerekli olacaktır. Dizel sistemler çok güvenilir olabilir ancak diğer mekanizmalar gibi, düzgün çalıĢmalarını garanti etmek için iyi bakım ve düzenli muayene gereklidir. Sistemin tasarımı da önemlidir ve bazı önemli noktalar aĢağıda açıklanmaktadır. 







  

Daha eski tesisatlarda, bir dc jeneratörün bataryayı doğrudan Ģarj etmesi yaygın bir uygulamaydı. Bu sistemler, genelde zayıf gerilim regülasyonuna sahipti ve ac çıkıĢı yoktu. Modern tasarımlar, geleneksel elektrik Ģebekesi regülasyonlu batarya Ģarj sistemlerini ve diğer yardımcı cihazların tümünü enerjilendirmek için bir ac çıkıĢı kullanmaktadır. Sistemin büyüklüğü doğal olarak yük tarafından belirlenir ve bir dizel makinenin hafif bir yükle çalıĢtırılmaması önemlidir çünkü bu, enjektör sisteminin karbonla kaplanmasına, silindir duvarlarının sırlanmasına neden olacak ve sorun yaratacaktır. Makine yaklaĢık % 70 kapasiteyle çalıĢacaktır, böylece yük 3 kW ise, sistem beyan değeri 5 kW olacaktır. Çevre sıcaklığının yüksek olduğu bölgelerde, sistemin düzgün bir Ģekilde soğutulması önemlidir. Hava giriĢleri, hava çıkıĢlarının yakınında yer almamalıdır ve bu hava yollarının açık olması için gerekli önlemler alınmalıdır. Sıcaklıklar çok yüksek olduğunda, kontrol devresine genelde bir termostat yerleĢtirilir, böylece makine sadece akĢam hava serinken çalıĢtırılır ancak tabi ki, batarya kapasitesi, yükü uzun bir süre boyunca taĢıyabilmelidir. Bu sistem, zaten çok sıcak olan gündüz saatlerinde bataryaların Ģarj edilmemesi gibi bir avantaja sahiptir. Diğer bölgelerde, sıcaklığın çok düĢük olması sorun yaratabilir. Bu durumda, yedek sistemin çalıĢtırılması zor olabilir çünkü soğuk yağ zor hareket eder ve yağı sıcak tutmak için karter ısıtıcılarının kullanılması gerekli olabilir. Kum ve toz fırtınalarının olduğu bölgelerde, makinenin zarar görmesini önlemek için güçlü hava temizleyicilerinin kullanılması gerekli olacaktır. Makineler, düzenli bakım hizmetinin verilemediği uzak bölgelerde yer alıyorsa, doğru yağ seviyesini otomatik olarak sağlayacak bir sistemin kullanılması iyidir. Özellikle tek silindirli makineler olmak üzere tüm makineler titreĢime maruz kalır. Bu, yakıt hattının çatlaması ve cihazın 266

Radyo Mühendisliği Notları



çok fazla titreĢip düĢmesi gibi sorunlara neden olabilir. Makineler, büyük bir tabana sıkı bir Ģekilde monte edildiğinde, çatlamalar meydana gelecektir, makineler esnek Ģekilde monte edilirse, o zaman da aĢırı titreme sorun olacaktır. Makine, kalın tahta kalasların üzerine monte edilirse, makinenin biraz hareket etme Ģansı olacak ve biraz önce bahsedilen sorunlar ortaya çıkmayacaktır. Makineler, sıcaklığı ve yağ basıncını izleyen algılayıcılarla donatılmalı ve herhangi birinin durumu kritikleĢirse otomatik olarak durdurulmalıdır. Yakıt seviyesi alarmları ve çalıĢmanın baĢlatılamadığını bildiren alarmlarla birlikte bu alarmlar, bölge denetim sisteminde yer almalı ve kontrol merkezinde izlenmelidir.

Yedek sistem Bir bölge elektrik Ģebekesi, güneĢ enerjisi ya da rüzgar enerjisi ile enerjilendiriliyorsa, tek bir yedek dizel sistemi kullanılır. Dizel sistem, temel yükü de çalıĢtırabilmeli, bataryaları yeniden Ģarj edebilmelidir. Dizel sistem, elekrik Ģebekesi gücü kesildikten hemen sonra çalıĢmaya baĢlayacaktır ya da güneĢ ya da rüzgar enerjili bir bölge söz konusu olduğunda, batarya gerilimi belirli bir seviyeye düĢtüğünde, dizel sistem çalıĢmaya baĢlayacaktır. Kısa çalıĢtırma sürelerini önlemek için makine baĢlama ve durma gerilimleri arasında mümkün olduğunca büyük bir fark olmalıdır ve birçok durumda, makineyi yaklaĢık bir saatlik minimum bir periyot boyunca çalıĢmaya zorlamak için bir gecikme zamanlayıcısı kullanılacaktır. Dizel enerjili tesisatlar Bazı bölgelerde elektrik Ģebekesi kurmak mümkün değildir ve ne güneĢ enerjisini ne de rüzgar enerjisini kullanmak güvenli değildir. Bu durumlarda, dizel üretimi ile gerekli tüm enerji sağlanabilir. Kural olarak, iki dizel jeneratör grubu kullanılacak, biri diğerinin yedeği olacaktır ancak bazen üç tane jeneratör grubu kullanılır, iki tanesi ana sistem olarak, üçüncüsü yedek olarak kullanılır.

dc kaynakların filtrelenmesi Bataryalar çok büyük olduğu için, beslenen cihaza dc kaynağı vasıtasıyla herhangi bir enterferansın girmesini önleyebilecekleri düĢünülür – bataryalar büyük birer kapasitör gibidir. Gerçekte,

267

Radyo Mühendisliği Notları

birçok batarya bir miktar dahili empedansa sahiptir ve daha yüksek frekanslarda, bataryalar, çok iyi kapasitörler değildirler. Genel olarak, birçok modern cihaz etkin bir giriĢ filtresine sahip olduğu için bu durum sorun yaratmayacaktır ancak dc kaynağı diğer cihazları enerjilendirmek için kullanıldığında, sistem tasarımcısı sorun çıkabileceğinin, batarya kaynağında elektriksel gürültü oluĢabileceğinin farkında olmalıdır. Ġki ilginç gerçek problem örneği mevcuttur.

ġekil 5.7 – Durum 1 ġekil 5.7‟de gösterildiği gibi, aralıklı olarak çalıĢtırılan büyük bir motor, bir tesis elektrik santralinden beslenmektedir. Motor, elektrik santrali yükünün belki de % 10‟ununu oluĢturmaktadır. Bir haberleĢme çalıĢma bölgesini de barındıran genel bir çalıĢma bölgesi, bir trafo vasıtasıyla beslenir ve bu kaynak, bir doğrultucuyu sürmek ve tamir edilmekte olan mobil radyoları enerjilendirmek için kullanılan büyük bir bataryayı Ģarj etmek için kullanılır. Radyolardaki tantal kapasitörlerin radyo tamir edilirken zarar gördüğü fark edildi ve problemin kaynağının, motor çalıĢmaya baĢladığında, motor tarafından üretilen yüksek-seviyeli ani gerilim darbeleri [:spayk] olduğu fark edildi. Bu ani darbeler, doğrultucu ya da batarya tarafından tamamen sönümlenemiyordu. HaberleĢme çalıĢma bölgesindeki cihazı enerjilendirmek için küçük bir ac motor/jeneratör grubu kullanıldı ve motor ile jeneratör arasındaki mekanik kuplaj sayesinde sorun çözüldü. Bu çözüm, çalıĢma bölgesi için yeni bir enerji kaynağının kullanılmasından daha ucuza mal oldu.

268

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 5.8 – Durum 2 ġekil 5.8‟de görüldüğü gibi, bir radyo tekrarlayıcı istasyonunu enerjilendirmek için, dizel jeneratör grubunun yedek olarak kullanıldığı bir rüzgar jeneratörü mevcuttur. Radyo linki tarafından taĢınan telefon kanallarının bazılarında genelde değiĢken-frekanslı bir ton duyulmaktaydı. Sonunda sorun rüzgar hızlarıyla iliĢkilendirildi ve rüzgar jeneratörünün dc çıkıĢındaki ac dalgacığının harmonik frekanslarından kaynaklandığı anlaĢıldı. Batarya sistemi, dalgacığı tamamen absorbe etmemekteydi ve çoğullama cihazının giriĢ filtrelemesi zayıftı. Ac gürültü, taban bantta modüle edildi, radyo linkine beslendi ve böylece bazı telefon kanallarına girdi. Çoğullama cihazını ayırmak için etkin bir filtre kullanılarak bu sorun çözüldü. Modern cihazlar ve iyi tasarım uygulamaları, genelde bu tip sorunların ortaya çıkmasını önleyecektir.

vii. Dağıtım (dc) Sistem tasarımcısı, ac dağıtım sistemlerine verdiği önemi dc dağıtım sistemlerine de vermelidir. Zayıf bir tesisatın neden olabileceği tehlikeler benzerdir ve kötü tasarımlanmıĢ bir sistem güvenilir bir sistem değildir. Bir dc dağıtım sisteminin baĢlangıç noktası, bir ya da daha fazla batarya deposu kullanmak olacaktır. Tipik olarak 12, 24, 48 ve 120 voltluk sistemler dahil olmak üzere birçok farklı sistem mevcut olabilir. Bazen kapasiteyi ya da güvenilirliği artırmak için benzer batarya depoları paralel bağlanabilir ve bu gibi durumlarda, belirli bir deponun bakım için izole edilmesi için gerekli hazırlıklar yapılmalıdır.

269

Radyo Mühendisliği Notları

Not: Doğrultucu gerilim algılama devrelerinin bataryalara nasıl doğrudan bağlandığına dikkat edin. Yeniden birleşim hücrelerine ilişkin şarj sistemi, muhtemelen güçlendirme şarjına sahip olmayacaktır. ġekil 5.9 – Tipik bir dc kontrol şeması ġekil 5.9‟da tipik bir dc kontrol sistem Ģeması gösterilmektedir ve bazı önemli özellikler aĢağıda yer almaktadır. Sistem, sulu bir batarya tesisatı için tasarımlanmıĢtır.   

Her bir batarya deposu bir doğrultucuya sahiptir ve üç-yollu bir anahtar, her bir doğrultucunun bataryayı Ģarj etmesini ya da tamir sırasında izole etmesini sağlar. Her bir batarya, ana batarya besleme kablosunu korumak ve deponun tam izolasyonunu sağlamak için bir ana sigorta kullanmaktadır. Bataryalarla ve doğrultucularla olan ortak bağlantı (ya da toprak bağlantısı) tüm ortak cihaz hatlarının bağlandığı ortak batarya çubuğunda birleĢtirilir. Bu, toprak potansiyeli sorunlarını önlemek için yapılır.

270

Radyo Mühendisliği Notları

  



Ġzlemeyi sağlamak için her bir bataryadan çıkan besleme hattı ölçülür. Besleme hatları ana barada birleĢtirilir, ana bara ise ana dc dağıtım sistemine bağlanır. Bu, dc devre kesicileri ya da sigortaları kullanabilir. Batarya kablolarının büyüklüğü önemlidir, yeterli akım kapasitesine sahip olmanın dıĢında, gerilim düĢüĢünün en düĢük seviyeye indirilmesi için de kabloların büyüklüğü önemlidir. Bazı 12 voltluk cihazlar, 20 ya da 30 amp çekebilir ve bu seviyelerde, çok küçük bir direnç kolayca birkaç voltluk bir düĢüĢe neden olabilir. Bazen büyük dc akımlarının anahtarlanması için rölelerin kullanılması gereklidir. dc hizmeti için kullanılan geleneksel röleler büyük ve pahalıdır ve ark oluĢturabilir, ark, bazı durumlarda tehlikeli olabilir. Cıva röleleri yaygın bir Ģekilde tercih edilmemektedir ancak bu rölelerin çok güvenli kullanıma sahip oldukları kanıtlanmıĢtır. Bir cıva rölesi, tamamen tehlikeli cıvayı içeren mühürlü bir silindirden oluĢur. Silindirle iki kontak kurulur, bir tanesi cıva seviyesinin üstünde ve diğeri tabandadır. Cıva üzerinde demir bir makaron yüzmektedir. Hareketlendirici bobine bir akım uygulandığında, demir makaron cıvanın içine doğru çekilir, böylece seviye yükselir ve üst kontak cıva içine dalmıĢ olur ve anahtarlanan devre tamamlanır. Cıva röleleri, 100 amp mertebesindeki akımları anahtarlayabilir ve bu röleler, hemen hemen hiç bakım gerektirmez.

viii. Bölge Alarmlarının İzlenmesi Son yıllarda, imalâtçılar, sistemlerinin çalıĢmasını ve bakımını basitleĢtirmek için modern denetim sistemleri geliĢtirmiĢtir. Bu, güvenilirliğin artırılmasını hedefleyen kalite güvence programları aracılığıyla ve cihaz için etkin uzak teĢhis ve kontroller sağlanarak elde edilmiĢtir. Günümüzde, neredeyse tüm radyo link ve çoğullama cihazları, radyo trafiğinin bir parçası olarak taĢınan bir hizmet yoluna bağlanabilir. Terminal istasyonlarında ve kontrol merkezlerinde, imalâtçı tarafından sağlanan ve PC‟de çalıĢan bir yazılım kullanılır ve bu yazılım kullanılarak, geniĢ bir sistem denetim ve yönetim aralığı elde edilebilir. ġekil 5.10‟da, tipik bir sistemin blok diyagramı gösterilmektedir.

271

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 5.10 – Bir radyo sisteminin denetimi Terminal bölgelerinde, radyonun ve çoğullama cihazının izlenmesi için bir denetim modülü kullanılır. Modül, yangın alarmı ve bina giriĢ alarmı gibi harici alarmlara ve güç kaynağına bağlanır. A terminalinde kalıcı bir PC bağlantısı mevcutken, B terminalinde modüle, taĢınabilir bir eriĢim birimi takılmıĢtır, bu eriĢim birimi sayesinde teknisyenler sistemi kontrol edebilir. Bakım ekibinin kullanabileceği fonksiyonlar ve kontrol özellikleri, satıcıdan satıcıya değiĢecektir. Tipik bir sistemin fonksiyonları aĢağıda açıklanmaktadır. Sisteme giriş: Kullanıcı, PC‟yi kullanarak giriĢ kodunu girecek ve böylece sahip olduğu yetki seviyesine göre bilgiyi taĢıyacaktır. Bazı kullanıcılar sadece sistem performansını kontrol edebilirken, diğerleri, sistem-çalıĢma Ģartlarını değiĢtirme hakkına sahip olacaktır. Bir kere sisteme kabul edildikten sonra, kullanıcı, bir istasyon kimlik kodunu ve gerekli gösterge ya da kontrol fonksiyonuna iliĢkin kodları girebilir. Performans: Bu seviye, bölgedeki BER performansını raporlar. Uzun bir sistemde sorunlar var olduğunda, sorunun nerede olduğu bulunana kadar ardıĢık bölgelerdeki BER değerleri kontrol edilebilir. BER, genelde aĢağıdaki biçimde raporlanacaktır: 272

Radyo Mühendisliği Notları

SEVĠYE 1 ElveriĢsiz saniye ve toplam saniye Örneğin, 11/2314 SEVĠYE 2 Ciddi ölçüde hatalı ve elveriĢli saniyeler Örneğin, 2/2303 SEVĠYE 3 Hatalı ve elveriĢli saniyeler Örneğin, 13/2303 SEVĠYE 4 Kalitesi düĢük ve elveriĢli dakikalar Örneğin, 4/38 ElveriĢlilikle ilgili daha fazla bilgi için 4. Bölüm‟e bakılmalıdır. Alarm: Bu seviye, istasyondaki alarmları raporlar. Yardımcı istasyon cihazlarından, klimanın durumu, yangın, direk ıĢıklandırması, güç ve güvenlik sistemleri gibi alamların alınması kolaydır. Alarmlar bir sayı ile gösterilebilir ya da yazılım, alarm durumunu düzgün bir biçimde tanımlayacak Ģekilde programlanabilir. Sistem üzerinden her zaman alarm raporlanabilir, böylece acil alarmlar, terminal istasyonundaki ekibi uyarabilir. AGC Seviyesi: AGC ya da otomatik kazanç kontrolü, alınan sinyalin gücünün bir ölçüsüdür ve linkin verimsiz çalıĢtığı zamanlarda bakım mühendisini ilgilendiren bir ölçüdür. Tipik olarak her beĢ saniyede bir AGC değeri hesaplanacak ve bir gerilim seviyesi olarak, örneğin, –83 dBm gibi, raporlanacaktır. Bazen sistem yazılımı, seçilen bir bölgedeki AGC‟nin sürekli olarak kaydedilmesini sağlayabilir. Kontrol: Kontrol fonksiyonları genelde Ģifre korumalıdır çünkü dikkatsiz bir Ģekilde kullanılması sistemin kapanmasına neden olabilir. Yine, diğer cihazları çalıĢtırmak için kontrol fonksiyonları kullanılabilir ve tipik olarak, bu, dizel makinenin çalıĢtırılmasını ve durdurulmasını ya da belki de harici lambaların yakılmasını kapsayacaktır, böylece gece bölgeye gelecek olan ekibin kapıların kilidini açmaları vb. iĢler için gerekli ıĢık sağlanmıĢ olur. Radyo ve çoğullama cihazını test etmek ya da yeniden konfigüre etmek için gerçekleĢtirilebilecek olan birçok fonksiyon mevcuttur, bu fonksiyonların bazıları Ģunlardır.

273

Radyo Mühendisliği Notları



Geri döngü testleri Bir linkle ilgili sorunlar varsa ve link hizmet dıĢı bırakılmıĢsa, A => B yönündeki alıcı taban bant çıkıĢının, B => A yönündeki verici giriĢine geri beslenmesini sağlamak mümkündür. Bu test kullanılarak, sorunun nerede olduğu bulunana kadar yol boyunca ardıĢık bölgelerde geri döngü uygulanarak, sistem, A terminalinden test edilebilir. Test aralığını münferit veri ya da ses devrelerine geniĢletmek için çoğullama cihazında geri döngülerin kullanılması da mümkün olabilir.  Konfigürasyonun değiĢtirilmesi Çıkma bağlantı ve yerleĢtirme olanaklarının bulunduğu bölgelerde, genelde konfigürasyonun değiĢtirilmesi mümkündür. Lokal bir pompa istasyonuna hizmet vermek üzere, A terminalindeki PABX‟e bağlamak için ġekil 5.6‟daki tekrarlayıcıya belki de iki telefon devresi bağlanabilir. ġimdi, yeni pompaların kurulacağını ve B terminalinde bir kasabadaki yüklenicinin tekrarlayıcının yanında bir bölge ofisi kuracağını varsayalım. A terminalindeki denetimcinin, tekrarlayıcı bölgeden B terminaline ve böylece ana ofisteki yüklenicilere gitmek için bir veri devresi ve iki tane ilâve telefon devresi yerleĢtirmesi mümkün olabilir. Modern çoğullama cihazları, fiziksel telefon hattı Ģartlarını dengelemek için uzaktan ayarlanabilen „iletme‟ ve „alma‟ telefon seviyelerine imkân veren elektronik zayıflatıcılardır. Modern denetim sisteminin bazı özellikleri açıklanmıĢtır ve geniĢ bir kontrol ve izleme aralığının mevcut olduğu açıktır. Bu, belirli bir sisteme uygun olacak Ģekilde ayarlanabilir ve uzak bölgelere rutin bakım ziyaretlerinin yapılması ihtiyacını büyük ölçüde azaltacaktır.

ix. Ses ve Veri Kablajı – Dağıtım Sistemleri Bir sistem tasarımcısının yapabileceği en büyük hatalardan biri, belirli bir sistem konfigürasyonunun son konfigürasyon olduğuna karar vermek ve gelecekte değiĢiklik yapılmasına imkân vermeyen bir kablo Ģebekesi kurmaktır. Bir telefon hattı ya da veri devresi grubunun doğrudan çoğullayıcıya bağlanması engellenmelidir çünkü gelecekte değiĢiklik gerekli olursa, bu, mutlaka kablaj değiĢiklikleri

274

Radyo Mühendisliği Notları

gerektirecektir ve muhtemelen diğer çalıĢma devrelerinin kesintiye uğramasına neden olacaktır. ġekil 5.6‟da, genel-amaçlı bir dağıtım sistemi gösterilmektedir ve bu, diğer büyük ya da küçük sistemler için bir model olarak hizmet edebilir. Sistemin bileĢenleri aĢağıda açıklanmaktadır. Dağıtım çatıları – Krone Sistemi: Kabloları sonlandırmak için lehimli fiĢler kullanan eski tip dağıtım çatısı artık pek kullanılmamaktadır. Bu dağıtım çatısı çok yer kaplamaktadır, sonlandırma yavaĢtır ve bazı iĢçilerin lehimleme becerisi yeterli olmadığından, bu sistem güvenilir değildir. Bir Alman firması olan Krone, verimli, basit ve güvenilir bir sonlandırma sistemi geliĢtirdi, bu sistem, diğer imalâtçılardan elde edilen türevlerle birlikte günümüzde kablolama sistemlerinde geniĢ çapta kullanılmaktadır. Bu sistem, kablonun makas-benzeri kontak çifti arasına, yalıtımı kesip kabloyu Z Ģeklinde büken özel bir araç kullanarak yerleĢtirildiği bir yalıtım ayırma tekniği kullanır. Düzgün bir Ģekilde yerleĢtirildiğinde, kablolardaki sonlandırma problemi oranı iyice azalır. Halihazırda çeĢitli sonlandırma bloğu tipleri mevcuttur ve genelde, her bir blok, on tane gelen ve on tane giden çifti sonlandıracaktır. En basiti, herhangi bir izleme ya da test olanağı olmaksızın iki kabloyu birleĢtirmek için tasarımlanmıĢtır. BaĢka bir tip, teste ve kesilmeye imkân verir, böylece her iki yönde de izlemeye ve teste imkân veren bir kesme fiĢi bloğa takılabilir. Bir devre bloklanacağı zaman, devreyi kesmek için renkli plastik bir fiĢ takılabilir ve kesintinin sebebini gösterecek Ģekilde renkler kullanılabilir. Devreyi kesmeyen baĢka renkli plastik fiĢler de takılabilir. Bu, özel devrelerin yanlıĢlıkla kesilmesini önlemeye yarar ve yine, devre durumunu göstermek için renkler kullanılabilir. Daha yaygın olarak kullanılan blok tipleri, aĢağıda açıklanmaktadır.  Bağlantı kesme blokları Yukarıda açıklandığı gibidir.  Bağlantı blokları Devrenin bağlantısını kesmeyen bir izleme kablosunun bağlanmasını sağlar. Bu bloklar, ayrıca yüksek gerilim koruma modülünün kurulmasına imkân verir, binaya giren kablolarda yıldırım düĢmesinden korunmak için geniĢ çapta kullanılır.  Ortak bloklar 275

Radyo Mühendisliği Notları





  

Gelen bir çiftin giden 19 çifte paralel olarak bağlanmasını sağlar. Enstrümentasyon bağlantı kesme blokları HaberleĢme kabloları için yaygın olarak kullanılan kablolardan daha büyük kabloların bağlanmasına imkân verir. Ġzoleli kablo blokları Kalıcı bağlantısı olmayan bir kablonun basit bir Ģekilde sonlandırılmasını sağlar. Test fiĢleri, kablo çiftlerine bağlanabilir. Toprak bağlantı blokları Ekran tellerinin ya da ortak toprak tellerinin sistem toprak noktasına bağlanmasını sağlar. EkranlanmıĢ blok çiftleri Her bir çift için bir ekran telinin sonlandırılmasını sağlar. EIA-568 bağlantı blokları EIA-568 Özellik Standardına göre ses ve veri sinyallerini taĢıyan dört devre çiftinin bağlanmasını sağlar.

Yukarıdaki blokların tümü, bir montaj çatısı serisine birleĢik olarak yerleĢtirilebilir, kapasite 100 çiftten daha az da olabilir ya da uygun olan yere sığdığı kadar çift yerleĢtirilebilir. Ana dağıtım çatısı (MDF): Genel olarak, bir tesiste ya da bölgede sadece tek bir MDF bulunacaktır ancak bazen telefon, veri ve enstrümentasyon sistemleri için ayrı MDF‟ler sağlanabilir. Birçok durumda, bölgeye iliĢkin tüm ana kablolar, MDF üzerinde sonlandırılacak ve çizimde de gösterdiği gibi, bu, diğer binalara, IDF‟lere ve dıĢ dünyaya giden kabloları da kapsar. Bu kabloların tümü, gösterilen blokların bir tarafında sonlandırılacaktır ve tüm çiftler, gerekli olduğunda atlama kablolarıyla bağlanacak ve yol gösterici kılavuzlar kullanılacaktır. Doğru MDF kayıt sisteminin oluĢturulması ve dikkatli bir Ģekilde korunması çok önemlidir. Sistemin doğruluğu bir kere bozulduğunda, yeniden oluĢturulması çok zordur ve hatalı bağlantılardan kaynaklanan arızalar hızlı bir Ģekilde artacaktır. MDF kayıtlarının korunması için birçok sistem kullanılmaktadır, bu sistemler, orijinal kayıt kitabından kullanılması ve yönetilmesi kolay olan modern yazılım sistemlerine kadar değiĢen çeĢitlerde olabilir.

276

Radyo Mühendisliği Notları

Yazılım sistemlerinde, kayıtlar birçok kiĢi tarafından incelenebilir ancak değiĢtirme yetkisine sahip olan kiĢilerin sayısı sınırlıdır.

ġekil 5.11 – Tipik bir ses ve veri kablaj dağıtım sistemi örneği Ara seviye dağıtım çatıları (IDF): ġekil 5.10‟da, IDF‟lerin MDF‟den sonraki dağıtım aĢaması olarak nasıl kullanıldığı gösterilmektedir. Genelde, IDF‟ler, ana MDF‟den daha küçüktür ve sadece MDF‟ye geri dönen devreleri değil tüm dahili dağıtımı bağlamak için kullanılacaklardır.

277

Radyo Mühendisliği Notları

Son dağıtım çatıları (FDF): Daha küçük binalarda, genelde FDF‟ler kullanılmaz ve tüm dağıtım, IDF ile gerçekleĢtirilecektir. Cihazların yerinin çok sık olarak değiĢtirildiği ofis bölgelerinde ve diğer bölgelerde, FDF uygulamada büyük kolaylık sağlayabilir çünkü bina IDF‟sine geri dönen daha uzun kabloların kullanılmasına gerek kalmaksızın lokal bir bölgede çalıĢılabilir. MDF durumunda olduğu gibi, çatıların kayıtlarının korunması çok önemlidir.

x. Cihaz Rafları GeçmiĢte, endüstri standardındaki mahfaza büyüklüklerine uygun birçok radyo ve çoğullama cihazı üretilmiĢti ve bunlar, genelde 19” Ġngiliz raf sistemini kullanırdı. Bu, 1¾” katlarında ya da 44,45 mm yüksekliğinde ve 19¼” geniĢliğinde panel büyüklükleri kullanır. Her bir artıĢ, raf birimi ya da 1 RU olarak adlandırılır. Bu yüzden, 2 RU‟luk bir panel 88,9 mm yüksekliğinde ve 6 RU‟luk bir panel, 266,7 mm yüksekliğindedir. 19” sistemi, yıllarca çok iyi bir Ģekilde çalıĢmıĢtır ve halâ geniĢ çapta kullanılmaktadır, ancak elektronik cihazların boyutlarının çok küçülmüĢ olması, birçok imalâtçının cihazları için alternatif Ģekiller ve boyutlar benimsemesini gerektirmiĢtir. Bu eğilim, cihaz için yüksek paketleme yoğunluğu elde etme isteği ile güçlenir ve bu tip cihazlar, genelde büyük ofis binalarına yerleĢtirilir, bu binalarda her metre karelik alan baĢına düĢen cihaz sayısı çok yüksektir, haberleĢme cihazlarının fiziksel olarak kapladığı alanın yıllık maliyeti önemli hale gelir. Günümüzde bir rafa kalıcı olarak monte edilmeyen cihazlara doğru artan bir eğilim vardır, modem, buna iliĢkin tipik bir örnektir. Bu, birimlerin tamir edilecekleri zaman hızlı bir Ģekilde yerinden çıkarılmalarını ya da belki de raf-boĢluğunun olmadığı baĢka bir yere monte edilmelerini sağlar. Bu, uygulamada kolaydır çünkü iki tane cihaz versiyonuna sahip olmak gerekli değildir ancak bu durum, mükemmel tesisatların kurulmasından uzaklaĢan eğilimi göstermektedir, oysa birkaç yıl önce bu tesisatlar operatörler için sergilenecek olan birĢeydi. GeçmiĢteki AM yayın istasyonları, teknoloji sergisi gibiydi, yüksek güçlü RF aĢamalarını, parlak RF hatlarını ve yumuĢak yer döĢemelerini barındıran cam barınaklar vardı. Cihazlar daha kompakt hale geldikçe ve cihazların fazla yer kaplamaması istendikçe, bu gibi tesisatların sayısı azalmaktadır.

278

Radyo Mühendisliği Notları

Cihazların masalara ya da kabinlere tamamen dağınık bir Ģekilde yerleĢtirildiği ve spagettiye benzeyen büyük bir kablo grubunun cihazları birbirine bağladığı birçok bilgisayar cihaz odasında bunun tersi görülür. Kablolar sürekli karıĢacağı için bu gibi bir sistemin ara ara arıza yapması muhtemeldir ve ortalık çok karıĢık olduğunda, bakım ekibinin arızayı düzgün bir Ģekilde çözme isteği azalır.

xi. Mikrodalga ve Radyo Sistemlerindeki Enterferans Mikrodalga ve radyo sistemlerindeki enterferans, trafik taban bandına enjekte edilen her türlü istenmeyen sinyal olarak tanımlanır ve bu gibi geniĢ bir tanımla, enterferans kaynakları çok çeĢitli olacaktır. Birçok durumda, enterferans sinyalleri, yayılan bir sinyal biçiminde radyo sistemine girecektir. Bazen bileĢen arızası nedeniyle enterferans oluĢur. Örneğin, bir güç kaynağı filtre kapasitörü arızalanabilir ve anahtarlayıcı bir regülatörden gelen yüksek frekanslı gürültü, taban bant sinyaline girer. Bunun gibi sorunlar arıza durumudur ve izole edilmelerinin zor olabilmesine rağmen, yayılan enterferansla aynı Ģekilde değerlendirilmemelidir. Bazı daha yaygın enterferans tipleri aĢağıda açıklanmıĢtır.

Yüksek gerilimli enerji hatları Bunlar, bazen yalıtkanlar kirli olduğunda ve bir deĢarj meydana geldiğinde elektriksel gürültü üretebilir. GeniĢ bantlı bir enterferans sinyali üretilir ve bu sinyal, özellikle geniĢ bantlı sistemlerde kolayca sorunlara neden olabilir. Gürültü aralıklı olduğu için, yerinin tespit edilmesi zor olabilir.

Elektromanyetik enterferans Transformatörler ve indüktörler, elektromanyetik alan yayar ve bunlar, cihaz içinde düzgün bir Ģekilde ekranlanmazsa, yakındaki cihazlarda alanın ya da akımın oluĢmasına neden olur ve bu da enterferansa neden olabilir. Genel olarak, bir ülkedeki standartlar enstitüsü, tüm elektriksel cihazların mahfazalarının dıĢında var olabilen izin verilebilir elektromanyetik yayılma seviyelerini belirleyecektir ve bu seviyeler, genelde diğer cihazlarda sorunlara neden olmayacak kadar düĢüktür.

279

Radyo Mühendisliği Notları

Radar enterferansı Bir radar vericisi, yüksek kazançlı bir antene yüksek-enerjili darbeli bir sinyal yayar ve anten dönmekte olduğu için, sinyal, çok geniĢ bir bölge üzerindeki haberleĢme linklerine enjekte edilebilir. Uçak radar sistemleri, savaĢılması en zor olan sistemlerden biridir ve genelde, iyi bir kapsama alanı sağlayabilmek için yüksek dağların üstüne yerleĢtirilirler. Bazen alıcı antenler ekranlanabilir ancak sistem tasarımcısı, haberleĢme linki için önerilen bir bölgenin yakınında herhangi bir radar sisteminin alan Ģiddetini ve çalıĢma frekansını çok dikkatli bir Ģekilde kontrol etmelidir.

Yabancı sistem enterferansı Genel olarak, herhangi bir ülkedeki radyo lisans yetkilisi, çalıĢma frekanslarının tahsis edilmesinden sorumlu olacaktır ancak bazen hükümet kurumlarına, büyük operatörlere ya da askeriyeye frekans grupları tahsis edilebilir. Yine, sistem tasarımcısı, yakındaki vericilerin frekansının ve alan Ģiddetinin herhangi bir enterferansa neden olmayacağından emin olmalıdır.

Harmonik ve ara modülasyon enterferansı Bu enterferans tipleri, 1. Bölüm‟de açıklanmıĢtır. Sorunlar, radyo link mühendisliğinde de eĢit derecede önemlidir ve sistem tasarımcısı tarafından dikkate alınmalıdır.

xii. Hizmet Kanalı Sadece düĢük kapasiteli sistemler hariç olmak üzere birçok radyo sisteminde, imalâtçı, bakım mühendisi için telefon hizmeti sunar. Tabi ki, birçok durumda, bölgede yeterli telefon imkânı mevcut olacaktır ve bu gibi bir hizmet pek kullanılmayabilir. Bazen radyo sistemleri, tekrarlayıcı bir istasyondan demodüle edilmeksizin geçer. Taban bantta hiç trafik bağlantısı olmaz çünkü hiçbir lokal bir tesisat yoktur. Ekip için bir telefon hizmeti gerekli olsaydı ve taban bandın yeniden demodüle ya da modüle edilmesi gerekseydi, bunun, ciddi bir maliyeti olurdu ve analog linkler söz konusu olduğunda, trafik kötüleĢirdi. Bu sorunların üstesinden gelmek için, birçok radyo terminali ve tekrarlayıcı, ana taban bantta karıĢıklığa neden olmaksızın bir ya da iki ses kanalının birleĢtirilmesine imkân veren küçük bir alt-taban bant modülatör ve demodülatör kullanır.

280

Radyo Mühendisliği Notları

Sayısal sistemlerin kullanılması durumunda, hizmet kanalı sayısal bir devre olacak ve istasyon alarmlarını raporlayan küçük denetim sisteminin birleĢtirilmesine ve bazı komutların istasyona yönlendirilmesine imkân verecektir.

281

Radyo Mühendisliği Notları

6 TELEMETRİ SİSTEMLERİNİN MEVCUT RADYO SİSTEMLERİNE ENTEGRASYONU i. Genel Bir telemetri uygulaması için gerekli olan haberleĢme tipinin değerlendirilmesi için, telemetri sistemlerinin spesifik kategorilerde değerlendirilmesi önemlidir, baĢka bir deyiĢle: 1. Yüksek tümleĢiklik (entegrasyon) Yüksek veri çıkıĢı Sürekli haberleĢme 2. Yüksek tümleĢiklik DüĢük veri çıkıĢı Sürekli haberleĢme 3. Yüksek tümleĢiklik DüĢük veri çıkıĢı Aralıklı haberleĢme 4. DüĢük tümleĢiklik Yüksek veri çıkıĢı Sürekli haberleĢme 5. DüĢük tümleĢiklik DüĢük veri çıkıĢı Sürekli haberleĢme 6. DüĢük tümleĢiklik DüĢük veri çıkıĢı Aralıklı haberleĢme Bu kategorilerden birine bir telemetri uygulaması koyarak, en uygun ve en ucuz haberleĢme linki çözümünü belirlemek mümkündür. Kategori 1, kaliteli bir mikrodalga linki, fiber optik kablo ya da adanmıĢ sayısal bir santrallararası hat hizmeti gerektirebilir. Kategori 2, kaliteli bir radyo linki, veri kaliteli bir bakır kablo ya da tahsisli analog bir veri santrallararası hattı gerektirebilir. Kategori 4, bir LAN ya da ISDN bağlantısıyla bağlantı kurulmasını gerektirebilir. Kategori 5, bir radyo-linkiyle, telefon kablajıyla ya da analog santrallararası hatla bağlantı kurulmasını gerektirebilir. 282

Radyo Mühendisliği Notları

Kategori 3 ve Kategori 6 ile, uygulama, bir ana bölgenin 10 dakikadan daha uzun düzenli aralıklarda ya da on dakikadan birkaç güne kadar değiĢen düzenli olmayan aralıklarda RTU‟ya eriĢmesini gerektirebilir. Çok uzak RTU‟lar için, normal anahtarlamalı telefon hattı yoluyla eriĢim yeterlidir. Mevcut bir radyo sisteminde telemetri sistemi için bu kategorinin implement edilmesi genelde daha uygundur. Mevcut radyo sistemi daha çok araçlardaki mobil radyolarda kullanılmak içindir. Telemetri haberleĢme cihazları, mevcut radyo cihazlarıyla ara yüz kuracak ve mobil radyo uygulaması tarafından kullanılmadığı zamanlarda ses kanalına eriĢecektir. Bu gibi bir uygulamanın temel avantajı, maliyet açısından önemli ölçüde tasarruf sağlamasıdır çünkü bu uygulamada yeni bir ana bölge radyo cihazı tasarımlamak ve kurmak gerekli değildir. AĢağıdaki bölümlerde, mevcut radyo sistemlerine telemetri sistemlerinin implement edilmesiyle ilgili bilgiler verilecektir.

ii. Uygun Radyo Sistemleri Uygun bir çözümün elde edilmesindeki ilk adım, önerilen tüm RTU bölgelerine RF kapsama alanı sağlayan bir radyo sisteminin kullanılmakta olup olmadığının kontrol edilmesidir. Bunu yapmak için, mevcut ana istasyonda kapsamlı bir teknik denetim gerçekleĢtirilmelidir. Denetim, en azından aĢağıdaki bilgileri sağlamalıdır:             

Cihazın yaĢı Cihazın durumu Vericinin çıkıĢ gücü Ġstenmeyen çıkıĢ seviyeleri Anten ve kablo tipi Alıcının 12 dB SINAD duyarlılığı Direkteki antenin yüksekliği Anten yayılma örüntüsünün yönü Bölgenin enlemi ve boylamı KonuĢmanın baĢından sonuna kadar ortalama sesli arama süresi Bir gündeki maksimum sesli arama sayısı (en kötü durumdaki) Yedek güç kaynağı ve batarya kapasitesi Yedek raf boĢluğu 283

Radyo Mühendisliği Notları

Bu bilgi kullanılarak, bir ana bölgeden RTU‟ların her birine tam bir yol profili gerçekleĢtirilmelidir. Bir radyo linkine iliĢkin minimum sönümleme sınırı, 12 dB SINAD seviyesinin yaklaĢık 30 dB üstündedir. Telemetrinin mevcut bir radyo sistemine implement edilmesiyle, tüm RTU‟ların bu seviyeye kadar kapsanması zor olabilir. Mevcut cihazların kullanılmasıyla ilgili kısıtlamalar ve bunun düĢük tümleĢikliğe sahip bir sistem olduğu dikkate alındığında, tasarım hedefi, sönümleme sınırının 12 dB SINAD seviyesi artı 10 dB‟nin altına düĢürülmemesi olmalıdır. DüĢük alma sinyal seviyeleri bunu gerektirirse, RTU‟lara çok yüksek kazançlı YAGI anteninin takılması gereklidir. Mevcut RTU linki ile eriĢilemeyen RTU‟lar mevcutsa, o zaman RF tekrarlayıcıların (aktif ya da pasif) kullanımı, kara hattı ile eriĢim ve uydu istasyonunun kullanımı değerlendirilmelidir. Mevcut bölge tarafından önemli sayıda RTU‟ya eriĢilemezse, o zaman tam kapsama alanına sahip yeni bir ana radyo bölgesinin oluĢturulması çok daha uygunsa, maliyet analizi gerçekleĢtirilmelidir. Mevcut altyapı sisteminin uygun olup olmadığının değerlendirilmesinde, baĢka önemli bir değerlendirme radyo cihazının yaĢı ve iĢlevsel durumudur. Genel bir kural olarak, radyo cihazının her 10 yılda bir değiĢtirilmesine önem verilmelidir. Birçok baz istasyonu radyo cihazının ömrü 10–15 yıldır. Yeni telemetri cihazlarının eski radyo cihazlarına bağlanması tavsiye edilmez. Bazı eski radyo cihazları, önemli derecede bozulmaya ve gürültüye, azalmıĢ güç seviyelerine, yüksek alıcı duyarlılığına, büyük ölçüde lineer olmayan frekansa, genliğe, faz tepkilerine ve istenmeyen RF çıkıĢ yayınlarına sahiptir. Bu, radyo üzerinden maksimum telemetri veri iletim hızlarını 300 ya da 600 bauda indirebilir. 10–15 yıllık bazı baz istasyonu cihazları, ilk bakıĢta mükemmel çalıĢıyor gibi görünebilir ancak genelde durum böyle değildir. Doğru bir Ģekilde bakımı yapılmamıĢ olan radyo cihazı, önceden açıklanmıĢ olan bazı sorunlara neden olabilir. Cihaza ne kadar yanlıĢ muamele yapıldığına bağlı olarak cihazın eski haline getirilip getirilemediği belirlenecektir.

284

Radyo Mühendisliği Notları

iii. Trafik Yükü Belirlenmesi gereken diğer faktör, telemetri verisi için mevcut ses kanalında serbest kanal süresinin elveriĢliliğinin belirlenmesidir. Bir haberleĢme kanalında gerçekleĢen haberleĢme trafik olarak adlandırılır. Bir kanaldaki trafiğin ölçüsü, kanal yükü ya da kanal doluluğu olarak bilinir. Bir kanalın taĢıyabileceği maksimum trafik miktarı, kanal kapasitesi olarak adlandırılır. Radyo söz konusu olduğunda, bir trafik çağrısı tam bir konuĢma olarak kabul edilmelidir. Bu, konuĢma tamamlanmadan önce iki ya da üç kere faal ya da faal olmayan hale gelerek birbiriyle konuĢan iki tarafı da kapsayabilir. Tüm konuĢma bir ya da iki dakika sürebilir ancak vericiler, bu sürenin sadece dörtte üçünde faal haldedir (her bir taraf diğer tarafa iletim yaptığı için sessiz periyot). Hedef, yeni telemetri verisi için mevcut ses radyo linkinde serbest kapasite olup olmadığının belirlenmesidir. Bunu gerçekleĢtirilmesindeki ilk adım, örnek sayıda ses çağrısının süresinin kaydedilmesi ve ortalama çağrı süresinin hesaplanmasıdır. Yirmi ilâ otuz arasında çağrının süresi kaydedilmeli ve ortalama çağrı süresi elde edilmelidir. Sonuç, baz istasyonunun uygulamasına bağlı olacaktır. Örneğin, meĢgul bir endüstriyel bölge, radyo kanalını yoğun bir Ģekilde kullanabilir. Sıradaki adım, radyo haberleĢmesi için en meĢgul günün en meĢgul saatinde meydana gelen çağrı sayısını saymaktır. Lokal kullanıcılar, kanalı izlemek için en iyi zamanı bilmeli ve bunu gerçekleĢtirmelidir. ġimdi, toplanan bu bilgi kullanılarak en kötü ihtimalli kanal iĢgali hesaplanır. NOT: Trafiğin, her zaman en kötü ihtimal için hesaplanması en iyisidir böylece kanalın üstünden bir telemetri sistemi ara yüz kurarsa, ortalama kullanıcı için ses hizmetinin seviyesi kötüleşmez.

Kanal iĢgalini hesaplamak için aĢağıdaki formül kullanılır. Kanal işgali (%) = [(1 saatteki çağrı sayısı) x (her bir çağrının dakika cinsinden ortalama uzunluğu)] / 60 dakika

285

Radyo Mühendisliği Notları

Örneğin, ortalama çağrı-süresi bir-buçuk dakika olarak hesaplanırsa ve en meĢgul saatte 22 çağrı yapılırsa, o zaman: Kanal doluluğu = [22 x 1,5] / 60 = 33 / 60 = % 55 Sıradaki adım, telemetri sisteminin en kötü ihtimalli kanal süresi Ģartlarını belirlemektir. Yukarıda açıklanan prosedür kullanılır. Açık bir Ģekilde görüldüğü gibi, gereken kanal doluluğu % 45‟ten daha büyükse, o zaman sistem baĢarısız olacaktır (kilitlenecektir). Bu yüzden, soru, iyi (kabul edilebilir) bir kanal yük seviyesinin ne olduğudur. Bir radyo sistemine yapılan çağrılar istatistiksel bir yapıdadır, baĢka bir deyiĢle, çağrılar, herhangi bir zamanda gerçekleĢebilir. Bu yüzden, iki tarafın da radyo sistemine aynı zamanda eriĢmeye çalıĢtığı zamanlar olacaktır. Bu durumda, çarpıĢma meydana gelecek ve sadece tek bir kullanıcı kanala eriĢecektir. Diğer durum, bir taraf kanalı kullanırken, diğerlerinin kanala eriĢmek için beklemesidir. Hizmet kalitesi (GOS) terimi, kullanıcının bakıĢ açısından haberleĢme kanallarının eriĢilebilme kalitesini tanımlamak için kullanılır. GOS değeri, en meĢgul saatte radyo kanalına eriĢmede baĢarısız olan çağrı sayısına iliĢkin istatistiksel bir gösterge sağlayacaktır. Hizmet kalitesi = (Başarısız çağrı sayısı) / (Toplam çağrı girişimi sayısı) Hizmet kalitesi basit bir Ģekilde aĢağıdaki formülden hesaplanabilir. GOS = T / [100 + T] Burada T = % cinsinden kanal doluluğu Önceki örnek kullanılırsa, hizmet kalitesi hesaplanabilir: GOS = 55 / (100 + 55)

286

Radyo Mühendisliği Notları

= 0,35  1/3 Bu, her üç çağrıdan birinin baĢarısız olacağı anlamına gelir. Bu sistem, ciddi ölçüde bozulmuĢ bir sistemdir ve bu GOS değerine sahip bir radyo sistemi geniĢleme için geç kalmıĢtır. Bu, uç bir örnektir. Bir sistem için yeterli hizmet kalitesinin ne olduğunu belirlemek bazen zordur. Bu, uygulamaya ve kullanıcıların sisteme eriĢmek için ne kadar beklemeye razı olduğuna bağlıdır. Genel olarak, hizmet kalitesinin 0,2‟den büyük olmaması tavsiye edilir. BaĢka bir deyiĢle, her beĢ çağrı giriĢiminden bir tanesi, herhangi bir günün en meĢgul saatinde kanala eriĢemeyecektir. Bu yüzden, maksimum kanal iĢgalini hesaplamak için formülü ters yönde kullanırsak: 0,2 = T / (100 + T) T = % 25 Toplam ses trafiği artı toplam telemetri trafiği, % 25 kanal iĢgalini geçmemelidir. Önemli sistemler için, 0,1 ya da 0,05‟lik GOS değeri yaygın değerlerdir. Yukarıdaki trafik analizi sadece temel kavramları kapsamaktadır (trafik analizi tek baĢına bir bilimdir). Bununla birlikte, bir telemetri linkinin, çağrıların gecikmesine neden olmadan ve mevcut kullanıcıları telaĢlandırmadan mevcut bir radyo sistemi üzerinden yeterli bir Ģekilde çalıĢıp çalıĢmayacağını belirlemek için yeterli bilgi sağlanmıĢtır.

iv. Bir Sistemin Tatbik Edilmesi Daha yaygın mobil radyo sistemlerinde, aldığını tekrarlayan (talk through) tipli bir tekrarlayıcı (TTR) baz istasyonu kurulur. Burada, mobil radyolardan alınan tüm çağrılar, otomatik olarak geri gönderilir ve söz konusu kanaldaki diğer tüm mobiller tarafından duyulur (doğru CTCSS frekansında çalıĢtıkları varsayılır – Bölüm 1.21‟e bakılmalıdır). Bu yüzden, bir telemetri sistemi kurulduğunda, her kullanıcı, RTU‟lardan ve baz istasyonuna ara yüz kuran bir 287

Radyo Mühendisliği Notları

modemden gelen telemetri ses sinyallerini duyacaktır. Bu, sesli mobil kullanıcılarına büyük sıkıntı veren cıvıltılı bir ton serisi olarak duyulacaktır.

ġekil 6.1 – Kara hattı erişimine sahip TTR baz istasyonu Bu sorunun üstesinden gelmek için, iki olası çözüm mevcuttur. Ġlki ve uygulaması en kolay olanı, mobil radyo kullanıcılarına bir tane CTCSS frekansı ve telemetri cihazına ayrı bir CTCSS frekansı sağlamaktır. Telemetri radyoları çalıĢırken, mobil alıcılar açılmayacak ve hiçbir telemetri sinyali duyulmayacaktır. Ġkinci metot, her mobil radyoya ve RTU‟ya ayrı bir Selcal numarası vermektir (Bölüm 1.xxi‟e bakılmalıdır). Bu, ana telemetri biriminin her bir RTU‟yu bireysel olarak aramasını ve aynı sistemdeki diğer mobil radyoları rahatsız etmeden gerekli bilgiyi toplamasını olanaklı kılar. CTCSS çözümüne tercih edilmesine rağmen bu çözüm, çok daha pahalı olabilir çünkü mevcut mobil radyolar Selcal seçeneğine sahip olmayabilir ve bu özelliği sağlamak için her bir mobile özel kartlar takılmalıdır.

288

Radyo Mühendisliği Notları

Telemetri biriminin radyoya ara yüz kurma noktası da önemli bir husustur. Birçok modern baz istasyonu, kanala kara hattı eriĢimi için en az bir tane 4 telli ara bağlantı noktasına sahip olacaktır (bu normalde bir masada oturan yakındaki bir kullanıcının sisteme eriĢmesine imkân verir). Kullanılmamaktaysa, bu noktada telemetri ara yüzü kurulabilir. Baz istasyonunun kontrol edilmesi için E ve M sinyalleĢme uçları sağlanmaktadır. E ucu aktif olduğunda, baz istasyonu kullanılmaktadır, bu da, telemetri birimine, eriĢim sağlamada baĢarısız olduğunu gösterir. Telemetri birimi iletmek istediğinde, vericiyi faal hale getiren M ucunu etkin hale getirir (E ucunun aktif olmadığı varsayılır). M ucu, genelde baĢ-konuĢ (PTT) ucu olarak bilinir. Telemetri sistemi için farklı bir CTCSS tonu gerekli olursa, o zaman telemetri radyo grubuna iliĢkin CTCSS tonunu etkin hale getirmek için baz istasyonuyla ayrı bir bağlantı kurulması gerekli olacaktır ve bazı durumlarda, baz istasyonu için yeni bir CTCSS kartı gerekli olabilir. Selcal tonları kullanılacaksa, bunların genelde telemetri birimi tarafından üretilmesi gerekecektir. Bu, telemetri biriminde ekstra donanımın ve yazılımın olmasını gerektirecektir. Gerekli Selcal tonlarını üretmek için Selcal devre kartları satın alınabilir ve programlanabilir. Bazı modern baz istasyonları Selcal ve CTCSS tonlarının kontrol edilmesini ve otomatik olarak ayarlanmasını sağlayan RS-232/422/485 sayısal ara yüzlerine sahiptir. Baz istasyonu radyolarındaki kara hattı ara yüzleri, iki telli ya da dört telli bağlantı seçeneklerine sahip olup normalde empedansı 600 ohm‟dur. Gerekli giriĢ seviyesi, imalâtçıdan imalâtçıya çok değiĢecektir. Hiçbir kara hattı ara yüzüne sahip olmayan daha eski radyo cihazlarında, bağlantı, mikrofon giriĢi ile kurulabilir (empedansları ve iletme ve alma seviyelerini uyumlaĢtırmaya dikkat edilmelidir). Son olarak, doğru Selcal ve CTCSS olanakları kapsanacak Ģekilde RTU radyoları da dikkatlice seçilmelidir.

v. Trank Radyo Trank radyo sistemi, iki ya da daha fazla radyo kanalının sistemdeki daha çok sayıda kullanıcı grubu tarafından zaman paylaĢımlı olarak kullanıldığı sistemdir.

289

Radyo Mühendisliği Notları

Trank radyo sistemi, sayısal kontrol bilgisini iletmek için, bir kullanıcı grubunun mevcut kanal havuzundan birine eriĢebildiği bir kontrol kanalını kullanır. Sistem, kavram olarak anahtarlamalı telefon Ģebekesine çok benzerdir. Bir kullanıcı grubuna tek bir kanal tahsis etmekten çok, kanal kaynağı çok sayıda kullanıcı arasında kullanılmak üzere dağıtılır. Örneğin, genelde birbiriyle haberleĢmesi gerekmeyen dört ayrı mobil radyo kullanıcı grubu ve tümü tek bölgeli üç-kanallı trank radyo sisteminden çalıĢacak olan ve birbiriyle bağlantısı olmayan iki ayrı telemetri sistemi mevcut olabilir. HaberleĢmeye gerek duyduklarında, üç kanaldan birini bir kullanıcı grubuna tahsis etmek için sayısal kontrol kanalı kullanılır. Her bir kullanıcı grubu, sadece kendilerine hedeflenen çağrıları duyacaktır çünkü sistemde otomatik seçimli çağrı özelliği mevcuttur. Trank radyo sistemleri çok geliĢmiĢ sistemlerdir ve birçok ilâve olanak ve seçenek sunarlar. Telemetri sistemlerinin mevcut trank radyo sistemleriyle ara yüzünün kurulması, kanallarda yeterli kapasitenin mevcut olması Ģartıyla mükemmel bir çözüm olabilir. Bölüm 6.iii‟te açıklanan trafik hesaplamalarıyla aynı trafik hesaplamaları yapılmalıdır ancak bu durumda bu hesaplamalar, çoklu kanallar için gerçekleĢtirilmelidir.

290

Radyo Mühendisliği Notları

7 ÇEŞİTLİ TELEMETRİ SİSTEMLERİ i. Giriş Bu bölümde, standart telemetri sistemlerinden farklı olan üç ayrı telemetri sistemi açıklanmaktadır. HaberleĢme ortamı, akustikten kızılötesine indüktif kuplajdan modüleli geri saçılmaya kadar değiĢir. Telemetri sistemlerinin ana konusunun dıĢında olmalarına rağmen, geleneksel yaklaĢımların yeterli olmadığı durumlarda çözüm sağladıkları için önemlidirler. Telemetri uygulamasının uygulamadaki yapısını vurgulamak için bu teknikler, gerçek durumlara referans olarak açıklanacaktır. Açıklanacak olan telemetri uygulamaları Ģunlardır:   

Okyanus veri telemetrisi (iletim mekanizması olarak kablo/akustik metotlar/indüktif kuplaj kullanılır) Fizyolojik telemetri (radyo ve kızılötesi ortamla) Araç ID bilgisi (modüleli UHF geri saçılma kullanılarak)

ii. Okyanus Veri Telemetri Uygulaması Okyanus verisi söz konusu olduğunda telemetri sistemlerinin ana avantajı, iĢlevsel amaçlar ve hava tahmini için veriye gerçek zamanlı olarak eriĢebilmeleridir. Halen düĢük güçlü radyo vericileriyle kullanılmakta olan birkaç tane düĢük baud hızlı uydu telemetri sistemi mevcuttur, bu sistemler, okyanus Ģamandıralarının üstüne yerleĢtirilen tüm yönlü antenleri kullanır. Bu sistemler, yüzeydenkıyıya veri iletmek ve tatmin edici sonuçlar elde etmek için çok uygundur. Burada iyi-bilinen iki uydu sistemi Argos Veri Toplama Sistemi ve Yerdurağan ĠĢlevsel Çevresel Uydu Veri Toplama Sistemi‟dir (GOES). Okyanusun derinliklerinden yüzeye veri iletmek için çok fazla yeterli metot yoktur, çünkü çevre Ģartları ağırdır ve deniz suyu etkin olarak derin bölgeler ile yüzey arasında engelleyici bir ortam oluĢturmaktadır. Transdüserler tarafından yüzeye iletilen tipik parametreler akım (akım ölçer vasıtasıyla) ve sıcaklıktır. Verinin okyanusun derinliklerinden yüzeye iletilmesi için kullanılan üç metot, bu bölümde açıklanmaktadır. Bunlar, Amerika‟daki

291

Radyo Mühendisliği Notları

Woods Hole Okyanusbilim Enstitüsü tarafından yapılan çalıĢmalara dayanmaktadır.

Elektromekanik kablo Ġlk sistem, elektromekanik kabloların hem dayanıklı bir eleman hem de haberleĢme aracı olarak kullanıldığı sistemdir. ġekil 7.1‟de, elektromekanik kabloya iliĢkin bir diyagram gösterilmektedir.

ġekil 7.1 – Elektromekanik kablo 292

Radyo Mühendisliği Notları

Özel olarak güçlendirilmiĢ elektromekanik kablo bu tasarım için bir temel oluĢturmaktadır, kablonun iç kısmı, olukların içine yerleĢtirilmiĢ üç tane bakır halat içermektedir. Deniz suyunun aĢındırıcı etkisinin yanında, kabloları ısıran balıklara karĢı önlem alınmalıdır. Birbirine bağlanmıĢ paralel kabloların (bir tanesi dayanıklılık ve destek için, diğeri elektriksel iletkenler için kullanılır) kullanıldığı diğer seçenek tercih edilmemektedir çünkü kablo yapısı hantaldır. Tüm sistem ġekil 7.1‟de gösterilmektedir. ġamandıraya bir kontrolör yerleĢtirilir ve kontrolör, çeĢitli aralıklarda cihazların her birinden veri talep eder. Eskiden her bir akım ölçerlerle haberleĢmek için FSK haberleĢmesi kullanılırdı. Bu sistemin kullanımında karĢılaĢılmıĢ olan tipik sorunlar Ģunlardır:  

Kablo üzerinde kablo uçlarındaki bağlantı hataları Kablo üzerinde kontak kuran farklı metallerden kaynaklanan aĢınma Su altı cihazlarından birindeki FSK modemin arızalanması ve yazılım sorunları



Akustik modem Ġkinci yaklaĢım yüzeyin altındaki cihazlarla yüzey Ģamandırası arasında veri iletimi için akustik kullanmaktır. Akustik transdüserler kullanılarak bilgi iletilir ve alınır. Ġki tip modem kullanılmıĢtır: 1200 bps FSK‟da verici olarak çalıĢan düĢük güçlü bir birim (Motorola 68 HC-11 mikroiĢlemciye dayandırılır). Alma hızı 100 bps FSK‟dır. Çizelge 7.1‟de, iki modem tipinin özellikleri listelenmektedir: PARAMETRE

DÜġÜK GÜÇLÜ MODEM

YÜKSEK BAUD HIZLI MODEM

Frekans aralığı

15 ilâ 20 kHz (veri) 12,7 kHz (komut)

15 ilâ 35 kHz (veri) 13 ilâ 14 kHz (komut)

Modülasyon tekniği

16-tonlu MFSK (veri) FSK (komut)

256-tonlu MFSK (veri) FSK (komut)

Veri hızı

1200 bps (veri) 100 bps (komut)

4800 bps (veri) 100 bps (komut)

Aralık

5000 metre

5000 metre

293

Radyo Mühendisliği Notları

Akustik güç

186 dB

186 dB

Elektrik gücü

10 watt (iletme) 0,3 watt (alma) 0,01 watt (yedek)

10 watt (iletme) 3 watt (alma) 0,01 watt (yedek)

Çizelge 7.1 – İki akustik modem tipinin özellikleri

ġekil 7.2 – Çoklu frekans kaydırmalı modülasyonun kullanımı 294

Radyo Mühendisliği Notları

Birçok düĢük güçlü modemle haberleĢmek için yüksek-hızlı bir modemin kullanıldığı durumda oylama tekniği kullanılır. Alternatif bir yaklaĢım, birçok uzak modemin önceden belirlenmiĢ bir zaman programına göre haberleĢmesidir. Her bir modeme farklı birer adres tahsis edilmiĢtir.

ġekil 7.3 – Akustik modemler kullanan telemetri sistemi

295

Radyo Mühendisliği Notları

DüĢük güçlü modemler, yüzey modeminden ilgili adrese bir komut iletilene kadar bekleme modunda (bekleme modunda güç harcaması 0,01 watt‟tır) kalır, komut geldiğinde modem etkin hale gelir. Standart FSK modülasyon tekniği belli sayıda farklı frekansta iletim yapılacak Ģekilde modifiye edilir, bant geniĢliği normal bir telefon sisteminden çok daha büyüktür. MFSK (ya da çoklu frekans kaydırmalı modülasyon) birçok veri bitinin aynı zamanda iletilmesine imkân verir, böylece veri hızı çok daha yüksektir. MFSK‟nın çalıĢma tekniği, ġekil 7.2‟de gösterilmektedir, frekans aralıklarının kodunu çözmek için sayısal sinyal iĢleme (DSP) tekniğinin kullanılması gereklidir. KodlanmamıĢ iletimler kullanıldığında (herhangi bir hata düzeltmesi yapılmamıĢ), 10-3 ilâ 10-4 mertebesinde BER değerlerinin elde edilmesi normaldir. Hata düzeltmesi yapıldığında, BER değeri, 10-4 ilâ 10-5‟e düĢer (neredeyse 10 kat iyileĢir). Sığ su en zor haberleĢme ortamıdır çünkü yüzeyde ve okyanus dibinde çok yollu yansımalar meydana gelir. Yüzeyden ve yüzeydeki yansımalardan kaynaklanan dıĢ gürültü kaynakları, alıcı modemde ses engelleyici [:sound baffle] kullanılarak en düĢük seviyeye indirilebilir.

Ġndüktif modem Üçüncü yaklaĢım, uzak cihazlardan veri iletmek için indüktif modem kullanmaktır. Enerji veriminin çok düĢük olmasına rağmen, bu, akustik ya da kablo sistemlerine göre daha ucuzdur. HaberleĢme mesafeleri, birkaç bin metre mertebesindedir. Esasen kabloda frekans kaydırmalı bir modülasyon sinyali oluĢur ve bu sinyal kablo tarafından alıcı modeme iletilir. ġekil 7.4‟te indüktif modemin nasıl bir yapıya sahip olduğu gösterilmektedir. Telekomünikasyon ortamı için kullanılan tek çipli modemler, indüktif uygulamalar için uygundur çünkü tuzlu suyun içindeki yalıtımlı çelik bağlama kablosunun zayıflama-frekans tepkisi, bükmeli çift telefon kablosunun zayıflama-frekans tepkisine benzerdir. Toplam sistem, her bir uzak modeme farklı bir adres tahsis edilerek oluĢturulur. Link, uzak modemden ana modeme 1200 bps hızında ve ana modemden uzak modeme 300 bps hızında veri iletir.

296

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 7.4 – İndüktif modemin çalışma sistemi PARAMETRE Frekans

TANIM 1200/2200 Hz yer-uydu bağı 2025/2225 uydu-yer bağı

Modülasyon Baud hızı

FSK 1200 Yer-uydu bağı

297

300

Radyo Mühendisliği Notları

Uydu-yer bağı Güç gereksinimi

350 mW aktif mW dinlenme modu

Öngörülen çalıĢma aralığı

5

10000 metre

Çizelge 7.2 – İndüktif modemin özellikleri Ġndüktif modemin transdüseri, toroid (halka) transdüser noktasında kabloyu kelepçe ile tutar. Ġndüktif modemin tipik özellikleri Ģunlardır:

biçimindedir,

iii. Fizyolojik Telemetri Uygulaması Genelde telemetri sistemleri kullanarak fizyolojik verinin uzaktan ölçülmesi gerekli olur. Bu telemetri sistemi, insan-olmayan primatlardan (köpek maymunları) gelen veriyi kaydeder ve bu primatların davranıĢ örüntülerini çalıĢmak için kullanılır. Bu bölümde, atardamarla ilgili kan akıĢının, kan basıncının ve kalp atıĢ hızının merkez istasyona iletilmesi için bir radyo sistemine dayandırılan telemetri sisteminin kullanımı açıklanmaktadır. Hayvanın radyo vericisini ve her bir hayvana iliĢkin ilaç kaynaklarını kontrol etmek için komut bilgisini geri iletmek (hayvanlara) üzere kızılötesi bir link kullanılır. ġekil 7.5‟te, genel sisteme iliĢkin bir diyagram gösterilmektedir.

ġekil 7.5 – Genel fizyolojik telemetri sistemi

298

Radyo Mühendisliği Notları

Gerekli özellikler, Çizelge 7.3‟te açıklanmaktadır. ÖZELLĠKLER

TANIM Analog kanal sayısı

4

Kanal baĢına bant geniĢliği

0 ilâ 50 Hz

RF sisteminin taĢıyıcı frekansı

210 ilâ 220 MHz

RF sisteminin aralığı

20 metre

Kızılötesi sistemin taĢıyıcı frekansı

35,5 kHz

Kızılötesi sistemin aralığı

10 metre

Nem

0 ilâ % 90

Çevre sıcaklığı

0 ilâ 40C

Çizelge 7.3 – Fizyolojik sistemin özellikleri Her bir maymun, bir telemetri vericisi, kızılötesi alıcısı ve ilgili transdüserleri içeren bir sırt çantası taĢır. Maymunlar çok büyük bir kafeste bulunmaktadır ve davranıĢsal örüntüleri incelenmektedir. Veri edinim telemetrisi (radyo frekansı) ve komut sistemleri (kızıl ötesi) aĢağıda ayrıca açıklanacaktır. Radyo frekans sistemi, kan akıĢının ve kan basıncının ölçülmesi için dört transdüser kullanır. Telemetri linki, sabit frekanslı bir FM verici ve seri bir veri dizgisi tarafından doğrudan modüle edilen bir alıcıyı kullanır. Daha önce açıklanmıĢ olduğu gibi, seri veri dizgisinde dört analog kanal çoğullanır. Verici modülü, 210 MHz ilâ 220 MHz aralığında çalıĢır. Verici anten, altın kaplamalı bakır baskılı yarım-dalgalı spiral bir döngüdür. Ġkinci bir karta sahip bakır bir dengeleyici ağırlığın iki anten kartı arasındaki ayırma mesafesi verici frekans ayarlanacak (210 MHz ilâ 220 MHz arasında) Ģekilde değiĢtirilebilir. Antenin merkezinden dengeleyici ağırlığa bağlanan ayarlamalı tek bir kapasitör (7 ilâ 40 pF) anten 50 W‟lık iletim hattına uyumlaĢtırılacak Ģekilde ayarlanır. 2 MHz‟lik frekans aralığında, duran dalga oranı, 1,2/1‟den daha küçük olmalıdır. Alıcı anten dizisi, dört tane döngülü antenden oluĢur. Döngü, alüminyum bir dengeleyici ağırlık üzerinde oluĢturulur ve 10 dB‟lik bir sıra yükselteçle donatılır. Komut modülü, kızılötesine dayandırılır ve sistem vericilerinin faal ya da faal olmayan hale getirilmesi ya da ilaç veren bir Ģırınganın

299

Radyo Mühendisliği Notları

kontrol edilmesi için maymunun sırt çantasına talimat göndermek üzere kullanılır. 35,5 kHz‟lik alt taĢıyıcı frekansı kullanılarak sekiz sayısal sinyal kontrol edilir. Alt taĢıyıcı, güç harcamasını en düĢük seviyeye indirecek Ģekilde seçilir ve dokuz bitlik seri bir kod ile kodlanır. Radyo frekansı sönümlemesinin [:drop-out] dıĢında sistem iyi bir Ģekilde çalıĢır. Bu, verici ve kafes tarafından üretilen duran dalga örüntüsündeki sıfırlardan kaynaklanır. Bu sıfırlar, hayvanların kafesin neresinde bulunduğuna bağlı olarak değiĢir. Kafes duvarları mükemmel yansıtıcılar olmadıkları için, en küçük değerler gerçek sıfırlar değildir. HaberleĢme sönümlemelerinin sayısı, vericinin gücü ya da alıcının kazancı artırılarak ya da veri edinim telemetri linkinde birçok frekansla diversiteli alma kavramı kullanılarak azaltılabilir.

iv. Modüleli UHF Geri Saçılma Kullanan Etiket Tanımlama Sistemi Modüleli geri saçılma özelliğini kullanan pasif transponderlere sahip ilginç bir telemetri uygulaması aĢağıda açıklanmaktadır. Etiket tanımlama sistemlerine iliĢkin standart yaklaĢım, veriyi kodlamak için barkodlu optik etiketler kullanmaktır. Ancak, bir engel mevcut olduğunda ya da barkod etiketi ve okuyucu düzgün bir Ģekilde hizalanamadığında (özellikle, barkod ve ilgili okuyucu birbirine göre hareket ediyorsa) bu sistemler çok verimli ve etkin değildir. Alternatif olarak radyo frekans etiket sistemi kullanılabilir. Bu, özellikle araç etiketi ile etiketi okuyan cihaz arasındaki hareketin oldukça hızlı olduğu araç tanımlama sistemleri için faydalıdır. Etikette yer alan benzersiz veriyi iletmek için bir radyo sistemini kullanan çeĢitli yaklaĢımlar mevcuttur. Bu, etikete gömülü, aktif olarak radyo alıcısına iletim yapan bir radyo vericisi olabilir. Bu tip aktif etikete iliĢkin bir örnek uçak farıdır. Bunlar, genel endüstriyel uygulamalarda pek kullanılmamaktadır, çünkü maliyetleri yüksektir ve bakım iĢlemi karmaĢıktır. Genel uygulamalarda kullanılan elektronik etiket, okuyucudan gönderilen bir taĢıyıcı sinyal ile enerjilendirilen ve enerjilendirici sinyalden elde edilen sinyali geri döndüren bir etikettir. Ġki tip radyo frekans etiket sistemi mevcuttur: 

Ġndüktif ya da yakın alan sistemleri (60 kHz ilâ 300 kHz) okuma döngüsünün en uzun boyutunun yarısı kadar çalıĢma aralığına sahip döngülü antenler kullanır. 300

Radyo Mühendisliği Notları



Yüksek frekans ya da uzak alan sistemleri (örneğin, 100 MHz ilâ 5 GHz) anten boyutundan çok daha büyük çalıĢma aralıklarına sahip dipol, dipol dizileri ya da horn anten gibi antenleri kullanır.

Ġncelenecek olan sistem, demiryolu vagon tanımlama amaçları için etkin olarak kullanılan sistemdir. ABD‟de bu uygulama için seçilen frekanslar, 915 MHz ve 2450 MHz‟dir (ancak dünya genelinde birçok bölgeye uygulanabilir).

ġekil 7.6 – Etiket sisteminin pratikteki uygulaması Okuyucu, etikete sürekli bir taĢıyıcı dalgası iletir. O zaman etiket bu sinyalin bir kısmını, genlik modülasyonlu bir biçimde etiket verisine karĢılık gelecek Ģekilde okuyucuya geri yansıtır (ya da geri saçar). Okuyucu, homodin Doppler radar alıcısında (tek bir frekans kullanır) olduğu gibi geri döndürülen sinyalin kodunu çözer ve etiket mesajını elde eder. Etiket üç elemandan oluĢur:  TaĢıyıcı frekansında rezonant olan bir anten  Geri saçılmayı modüle eden kontrol edilebilir bir empedans  Etiket verisine karĢılık gelen mesaj sinyalini üretecek bir devre

301

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 7.7 – Geri saçılma çalışma ilkesi Sistemin genlik modülasyonlu bir dalga üretecek Ģekilde çalıĢması oldukça basittir. Sisteme bağlanan yarım dalgalı dipol antenin iki yarısı rezonant olduğunda, bu yarılar, sinyalin tüm yönlerde maksimum sinyal yoğunluğunda saçılmasına neden olurlar. Dipol terminalleri açılırsa, ayrı çeyrek dalga kısımları artık rezonant değildir, çok daha küçük bir RF akımı akmaktadır, bu da çok daha düĢük yoğunlukta bir sinyalin yayılmasına neden olur. Böylece, sinyal yoğunluğunun genlik modülasyonunu gerçekleĢtirecek devrenin tek yapması gereken Ģey ilgili etiket bilgisini RF taĢıyıcıya kodlamaktır. Anten gücünü üretmesi ya da taĢıyıcı frekansı modifiye etmesi gerekli değildir. Böylece, güç harcaması en düĢük seviyededir. Ancak iki tip anten sistemi mevcuttur: batarya 302

Radyo Mühendisliği Notları

tarafından enerjilendirilen etiket anten sistemi ya da taĢıyıcı tarafından enerjilendirilen anten sistemi. Ġki sistemin çalıĢma aralıkları değiĢmektedir. 915 MHz‟de 2 watt‟lık yayılan RF gücü ve 10 dB‟lik anten kazancı için, batarya tarafından enerjilendirilen sistemin çalıĢma aralığı 23 m iken, diğer sistemin çalıĢma aralığı 9 m civarındadır. Batarya tarafından enerjilendirilen etiketler, huzme ile enerjilendirilen anten sistemlerinden muhtemelen daha iyidir, bir bataryanın ömrü, lityum hücreler için beĢ ilâ sekiz yıl arasındadır. Bu değer, tasarım iyileĢtirilerek ve daha iyi lityum hücreler kullanılarak ikiye katlanabilir. Uzaklığın kritik bir parametre olduğu bir uygulamada, batarya tarafından enerjilendirilen sistemlerin kullanılması tercih edilir çünkü uzaklığın iki katına çıkması için gücün dört katına çıkması gerekebilir (uzaklığın iki katına çıkması için gücün dört katına çıkması gerektiğini belirten kurala göre). Kodlanan etiket mesajına iliĢkin protokol yapısı, 128 bitlik bir mesaja dayandırılır, iki bit, ġekil 7.8‟deki gibi 20 kHz‟lik ve 40 kHz‟lik kare dalgalarla gösterilir.

ġekil 7.8 – Kodlanan etiket sinyali Okuma hızı, tam bir kod çerçevesinin alınması için geçen süreye bağlıdır. Tipik teorik hızlar, 185 km/saat civarındadır, Fransız TGV treninin etiketleri, 280 km/saat hızında okunabilmektedir. Alıcı devrelerinde dikkat gerektiren bir husus, etiketle detektör sistemi arasındaki uzaklık değiĢtiği için geri dönen sinyalin fazının referans sinyale göre değiĢmesidir. Alıcı detektör çıkıĢı, iki RF 303

Radyo Mühendisliği Notları

sinyali arasındaki nispi fazın kosinüsüyle orantılıdır, nispi faz değiĢimleri, gidiĢ-geliĢ uzaklığındaki dalga boyu sayısına bağlıdır. Faz farkı 90 ya da 270 derece olduğunda, detektör çıkıĢı sıfırdır. 90 ya da 270 derecelik bir faz farkı problem oluĢturur çünkü detektör çıkıĢı sıfır olacaktır, böylece etiketin durumu hakkında hiç bilgi vermeyecektir. Bu problemin çözülmesine iliĢkin bir çözüm, ġekil 7.9‟da verilmiĢtir:

ġekil 7.9 – Faz kayması düzeltme devresi Bu detektör devresi, geri dönüĢ sinyal fazına göre 90 farkla çalıĢan iki tane çift dengeli karıĢtırıcıya sahiptir. Bu yaklaĢım, RF sinyalinin geri dönüĢ fazından bağımsız olarak her zaman en azından bir tane iyi sinyalin üretileceğini garanti eder. Geri saçılmalı etiket yaklaĢımına iliĢkin çeĢitli uygulamalar mevcuttur. Bu uygulamalar, bireysel demiryolu araçlarının etiketlenmesinden otobanda seyahat eden araçların etiketlenmesine kadar değiĢen bir aralığa sahiptir. Operatör müdahalesi olmaksızın araç bilgisinin otomatik olarak okunmasına imkân verirler.

304

Radyo Mühendisliği Notları

Etiket sisteminin evrensel olarak kullanılmasını sağlamak için, RF frekansı, mesaj uzunluğu, mesaj içeriği, sinyal Ģiddetleri ve çalıĢma hızları için bir standart geliĢtirilmelidir.

305

Radyo Mühendisliği Notları

8

ÖRNEK UYGULAMA

i. Sıvılaştırılmış Doğal Gaz Tankerleri için Liman Haberleşme Sistemi SıvılaĢtırılmıĢ Doğal Gaz (LNG), özel olarak tasarımlanmıĢ ürün tankerlerinde taĢınır, bu tankerler, geminin güvertesinde yer alan karakteristik kubbeli depolara sahip olmalarıyla tanınır. Gaz, sıvı durumda olup yaklaĢık –140C‟dedir. Bu, taĢınması aĢırı derecede tehlikeli bir üründür ve ilgili güvenlik prosedürlerine uyulmalıdır. Bir LNG tankeri yüklendiğinde, tanker ile yük dalgakıranı arasına büyük birleĢik borular bağlanır ve LNG akıĢı, tanker kontrol sistemine bağlanan kıyıdaki süreç kontrol sistemi tarafından kontrol edilir. Anormal bir durum meydana gelirse, bu, kontrol sistemleri tarafından tespit edilecektir ve acil bir durum meydana gelirse, otomatik kapanma (ESD) sistemi, yükleme sürecini yarıda bırakacaktır. 

Problem Problem, kıyıdaki süreç kontrol sistemiyle LNG tankerleri arasında yüksek güvenilirlikli bir link sağlamaktır. Geleneksel çözüm, tanker kontrol sistemine takılabilen bir elektrik kablosu kullanmaktır. GeçmiĢte, boĢaltma limanları fiber kablo bağlantısı kullanmaktaydı. ÇeĢitli nedenlerden dolayı, bir kablo sisteminin kullanılması kabul edilemez hale geldi.  Çözüm Tek atlamalı bir radyo linkinin A terminali gibi yükleme dalgakıranının yakınına 2 Mb‟lık bir radyo terminali kuruldu. Yedi LNG tankerinin her birine B terminali gibi benzer bir radyo kuruldu ve kıyıdaki baĢka bir bölgeye, link izleme istasyonu ve yedek çalıĢan (arızalı bir tanker terminalinin hızlı bir Ģekilde yerine geçecek Ģekilde tasarımlanmıĢ) bir cihaz gibi davranacak olan sekizinci bir özdeĢ B terminali kuruldu. Her bir tankerdeki verici, diğer limanlarla enterferansa neden olmayacak Ģekilde faal olmayan hale getirilir, böylece her iki tanker de aynı zamanda limandaysa, bekleyen tanker, 306

Radyo Mühendisliği Notları

yükleme dalgakıranındaki tankerde enterferansa neden olamaz. Limana bir tanker yaklaĢtığında, kıyıdaki yükleme kontrolörü bir tanker seçme düğmesine basar böylece tanker alıcısına kodlu bir sinyal gönderir ve kod uyumlu ise, tanker vericisi faal hale gelir. 2 Mb‟lik link trafik için kullanılabilir ve tankerdeki çeĢitli telefon hatları, geminin iĢleri ve mürettebatın arkadaĢlarını ve akrabalarını çağırmak için kullanılabilir. Bu, sistemin faydalı bir özelliğidir çünkü geminin güvenli bir Ģekilde limana sokulması ve geleneksel bir kablo linkinin kurulması bir saat civarında sürebilir. Süreç kontrol ve acil kapanma linkleri de kullanılabilir ve yükleme kolları bağlanır bağlanmaz yükleme devam edecek Ģekilde test edilebilir. Tankerlerle olan radyo bağlantısı, önemli baĢka bir avantaja daha sahiptir. Yükleme dalgakıranında ciddi bir problem meydana gelirse ya da bir fırtına koparsa, tankerlerin dalgakıranı derhal terk etmesi gereklidir. Bu durumda, kopmasından korkulacak kablo bağlantısı yoktur ve ayrılma sırasında önemli telefon ve veri linkleri bozulmaz. Bir tanker limanı terk ettiğinde, kontrol operatörü tanker seçimini iptal eder ve sistem, kıyıdaki B terminaline ön tanımlı olarak ayarlanır, B terminali doğru kontrol kodunu aldıktan sonra, iletmeye baĢlar ve sistemi devamlı izleyen bazı veri geri döngüleri oluĢturur. A terminalindeki radyo cihazının yedeği vardır ve soğuk yedek modunda çalıĢır. Pahalı olduğu için, tanker radyo cihazının yedeği yoktur. Geminin-yüklemesinden önce ve geminin yüklemesi sırasında B tanker terminalinde büyük bir arıza meydana gelirse, yüklemenin devam etmesini sağlamak için kıyıdaki yedek B terminali hızlı bir Ģekilde tankere yerleĢtirilebilir.

307

Radyo Mühendisliği Notları

ġekil 8.1 – LNG tankerleri için liman haberleşme sistemi

ii. Uzak Okyanusbilimsel Algılayıcı Sistemi Problem Problem, uzak bir okyanusbilimsel algılayıcı sisteminden bilgi alabilmektir, örneğin, karadan 150–200 km uzaktaki Avustralya Kıta Kayalarının kenarında Hint Okyanusundaki zincirli bir Ģamandıradan bilgi elde edebilmek gibi. Bilgi, sayısal bir biçimde olmalıdır. ġamandıranın boyutu, 2–3 m çapındadır. ġu bilgiler alınmalıdır:  Okyanus akımları  Denizlerin sıcaklığı  Nem  Rüzgar hızı ve yönü  Dalga yönü  Dalga yüksekliği  Dalga periyodu  Gelgit bilgisi

308

Radyo Mühendisliği Notları

Bunlar, okyanusbilimsel bir cihazın ya da bir hava durumu cihazının normal çalıĢma sırasında sağlaması gereken bilgilerden bazılarıdır. Çözüm Yukarıdaki probleme iliĢkin çeĢitli çözümler mevcuttur. Uygun çözümler aĢağıda kısaca açıklanacaktır. a. Saklanan veri ġamandıra üzerindeki algılayıcılar tarafından toplanan bilgiler, bir veri toplama sisteminde saklanabilir, baĢka bir deyiĢle, manyetik bir teypte saklanabilir. ġamandıradaki teyp periyodik olarak değiĢtirilerek (yılda 3–4 kere) saklanan bilgi toplanabilir, bu sırada Ģamandıranın bakımı da gerçekleĢtirilebilir, böylece iki iĢ birden yapılmıĢ olur ve ucuza mal olur. Bu veri toplama ve saklama metodu, verinin uzun-dönemli çalıĢma için gerekli olduğu (kasırga ya da fırtına gibi belirli bir olay sırasında ya da olaydan hemen sonra gerekli olmadığı) durumda baĢarılı bir Ģekilde kullanılır. Veriye sürekli olarak ihtiyaç duyulursa (sürekli olarak Ģamandıraya gidip gelmek yerine) daha ucuz bir metodun kullanılması gereklidir. b. Ġletilen veri Daha baĢarılı bir çözüm, bilginin Ģamandıradan kıyıdaki bir istasyona iletilmesidir, bilgi, kıyıdaki istasyonda gerçek zamanlı olarak alınır, saklanır ve iĢlenir, böylece son kullanıcı, olay sırasında bile bilgiye anında eriĢebilir. ġamandıra ile kıyıdaki istasyon arasında bilgi iletiminin ve/veya haberleĢmenin HF, VHF–UHF, mikrodalga ya da uydu iletimi gibi birçok olası yolu vardır. 

VHF-UHF mikrodalga iletimi Problemde belirtilen uzaklık (kıyıdan 150–200 km), VHFUHF‟nin ve mikrodalganın kullanımını ortadan kaldırır çünkü bu mesafeden, güvenli haberleĢme sağlamak için görüĢ çizgisi gereklidir ve kıyıda çok uzun bir kule ya da yüksek bir dağ yoksa, bunun sağlanması mümkün değildir. Uzun kuleler çok pahalıdır ve Batı Avustralya kıyı Ģeridinde uzun dağlar pek bulunmadığından dolayı, geriye kalan iki metot, HF ve uydu iletimidir.

309

Radyo Mühendisliği Notları



HF iletimi HF iletimi etkin bir haberleĢme metodudur ancak güvenilir haberleĢme sağlamak için etkin antenlerin kullanılmasını gerektirir. Problemde verilen uzaklıkta, güvenli haberleĢme sağlamak için 2–3 MHz mertebesinde frekanslar gereklidir. Bu frekanslarda, antenlerin oldukça büyük olması (8–10 m uzunluğunda) gereklidir. ġamandıranın büyüklüğü sınırlı olduğu için, bu boyutta etkin bir antenin kurulması neredeyse mümkün değildir. HF‟yi kullanan okyanusbilimsel Ģamandıralar mevcuttur ancak genelde bu Ģamandıralar, 10– 14 MHz aralığında çalıĢır, Ģamandıralar çok büyüktür (çapı 5–6 m‟dir) ve etkin antenlerin gemi üzerine kurulmasına imkân verir. Antenin verimsizliğinin üstesinden gelmek için, verici gücü yükseltilebilir ancak daha çok güç, bataryaların daha çabuk tükeneceği anlamına gelir, bu da daha büyük bataryaların kullanılmasını gerektirir. Batarya probleminin üstesinden gelmek için, veri sıkıĢtırılabilir ya da azaltılabilir, ancak bu genelde tercih edilmeyen birĢeydir çünkü son kullanıcı, mümkün olduğunca çok veriye sahip olmayı tercih eder. HF iletimi, diğer HF kullanıcılarından kaynaklanan enterferansa karĢı dayanıksızlık (verinin bozulması), endüstriyel gürültü (elektrik motorları, kaynakçılar, anahtarlama tertibatı, vb.) ve elektrik fırtınalarına karĢı dayanıksızlık gibi problemlere neden olur. Bu problemlerden dolayı, veri kaybedilmeden (bozulmadan) bilginin aktarılması için özel bir veri kodlaması gereklidir. Verinin HF üzerinden aktarılma hızı, mevcut bant geniĢliğiyle sınırlıdır ve normalde 300–600 bauddur, modern ve daha pahalı modemlerle daha yüksek hızların (2400 baud) elde edilmesi mümkündür. Veri ne kadar hızlı aktarılırsa, bozulmaya karĢı o kadar dayanıksız hale gelir. Bu nedenle, modern yüksek-hızlı modemlerin maliyeti daha yüksektir. Veri hızı ne kadar düĢükse, verici o kadar uzun süre faal halde kalmalıdır ve bu yüzden, Ģamandıranın batarya sisteminden çekilen güç o kadar çok olacaktır. Ne kadar çok güç gerekirse, bataryaların o kadar büyük olması gereklidir ve bu nedenle ağırlık o kadar çok olacaktır, bu durum, Ģamandıra kararsızlığına ve baĢka sorunlara neden olur.

310

Radyo Mühendisliği Notları



Uydu iletimi Bir Ģamandırayla haberleĢmek için, yerleĢik algılayıcılara giden ya da gemideki algılayıcılardan gelen bilgilerin kodlanması ya da kodunun çözülmesi için bir modemin kullanılması gerekli olacaktır. ġamandıradan kıyıdaki istasyona giden haberleĢme yolu, çeĢitli uydu sistemleri vasıtasıyla gerçekleĢebilir.

Yörünge uyduları ġamandıradan gelen bilgi, düĢük yörünge uydularını kullanan Argos sistemi gibi birçok sistemden herhangi birine aktarılabilir. Bu sistemle ilgili bir zorluk, Ģamandıranın üstünde her zaman uyduların olmamasıdır. Bu, Ģamandıradan hiçbir bilginin alınamadığı ya da Ģamandıraya hiçbir bilginin gönderilemediği durumlara neden olur. Bilginin aktarılamadığı bu durumda, Ģamandıranın bilgiyi saklaması ve daha sonra bir uydu müsait olduğunda göndermesi gereklidir. Uyduya gönderilen bilgi, daha sonra bir yer istasyonuna geri döndürülür, oradan da kiralık telefon ya da veri hatları vasıtasıyla bilginin toplanabildiği bir yere aktarılır. Bu sistem daha pahalıdır çünkü Ģamandıra üzerinde bilginin kaydedilmesi gereklidir ve Ģamandıra üzerindeki uydu haberleĢme alıcı-vericisinin daha geliĢmiĢ bir alıcı-verici olması gereklidir. Yerdurağan(jeostatik) uydu ġamandıradan gelen bilgi, yerdurağan bir uyduya aktarılır, bu da, bilgiyi son kullanıcıya taĢınmak üzere bir yer istasyonuna iletir. Yerdurağan bir uydu kullanılarak, Ģamandıra, her zaman bilgiyi aktarabilir ve alabilir çünkü uydu, Ģamandıra tarafından her zaman görülebilir. Inmarsat Hizmeti tarafından bu gibi bir sistem sağlanabilir. Bu sistem, dünyayı dört kuĢağa ayırır:  Batı Atlantik Okyanusu  Doğu Atlantik Okyanusu  Hint Okyanusu  Pasifik Okyanusu Batı Avustralya‟da, her iki uydu da (hem Hint hem de Pasifik) tıkanıklık meydana geldiğinde, trafiği herhangi birine aktarabilme

311

Radyo Mühendisliği Notları

avantajına sahiptir. Inmarsat sistemi, Perth‟in 30 km kuzeyinde Gnangara‟daki OTC Telstra Yer Ġstasyonu vasıtasıyla çalıĢabilir, bu, sistemin, kamuya ait veri anahtarlamalı Ģebekeye ve telefon Ģebekesine doğrudan eriĢmesini sağlar. Avustralya‟da yer istasyonu olduğu gibi, Güney-Doğu Asya‟da da, örneğin, Singapur‟da, Japonya‟da, Çin‟de ve Hindistan‟da birçok yer istasyonu mevcuttur. Dünya genelinde eriĢilebilen baĢka istasyonlar da vardır. Yerdurağan sistemin kısa açıklaması

ġekil 8.2 – Uzak okyanusbilimsel algılayıcı sistemi Hint Okyanusunda zincirli bir Ģamandıra olan uzak okyanusbilimsel bir izleme sistemi, algılayıcılarından bilgi toplar ve bu bilgiyi bir bilgisayarda saklar. Önceden tanımlanmıĢ bir sürede, uydu alıcısı bilgisayar tarafından harekete geçirilir. Alıcı-verici, uydu vasıtasıyla Ģamandıradan Gnangara yer istasyonuna bir haberleĢme linki kurar. Link bir kere kurulduktan sonra, Ģamandıra, toplanan veriyi yer istasyonuna aktarır. ġamandıra iletimini tamamladıktan sonra, bilgisayar, alıcı-vericiyi dinlenme moduna getirir, böylece enerji tasarrufu sağlanır. Yer istasyonunda, alınan bilgi, istasyonun bilgisayarında saklanır. ġamandıradan iletilen önek kodlarından, bilgisayar, kamuya ait anahtarlamalı Ģebeke ya da özel hatlar vasıtasıyla son kullanıcıya

312

Radyo Mühendisliği Notları

bilgi aktarır. Bilginin ulaĢmasıyla son kullanıcıya iletilmesi arasında geçen süre yaklaĢık olarak 2–3 dakikadır.

313

Radyo Mühendisliği Notları

NOT: Sistem, sakla ve ilet tipi bir veri sistemidir: başka bir deyişle, bilgi, şamandıradan ya da son kullanıcıdan başka bir yere iletilmek üzere yer istasyonuna aktarılır. Her iki taraf arasında hiçbir zaman doğrudan kontak yoktur. Bu yüzden, sistem, gerçek zamanlı bir sistem değildir. Bilgi son kullanıcının bölgesine ulaştığında, bir bilgisayar şebekesinde saklanır, işlenir ve daha sonra gerektiğinde görüntülenir. Herhangi bir zamanda son kullanıcı şamandıranın algılayıcı toplama sürecini yeniden düzenlemek isterse, bu, ana istasyon vasıtasıyla şamandıraya bir komut sinyali gönderilerek gerçekleştirilebilir. Bu, son kullanıcıya gerekli bilgiyi toplama konusunda, ne zaman toplanacağı, geri döndürüleceği ve yeniden iletileceği hususunda esneklik sağlar. Inmarsat şebekesinden aktarılan sinyallerin iyi bir şekilde kodlanmasından ve kodunun çözülmesinden dolayı, verinin % 100 güvenilir olduğu garanti edilir. Veri hızı 600 bauddur ve havadan iletimlerde zamandan tasarruf sağlamak için veri sıkıştırılır. Sistem, her zaman ve tüm hava şartlarında kullanılabilen bir sistemdir. Bu özellik, fırtınalı havalarda ve yüksek denizlerde veri toplanırken bulunması istenen bir özelliktir.

314

Radyo Mühendisliği Notları

EK 1 - YOL KAYBI HESAPLAMA FORMÜLLERİ AĢağıdaki bölümde, iki çizelge ve radyo ve mikrodalga linkleri için yol kaybı ve elveriĢlilik değerlerinin hesaplanması için ilgili formüller verilmiĢtir. Formüller, çizelge hücre numaralarına doğrudan atıf yapar. Kullanıcı ilgili verileri çizelgeye girebilir ve daha sonra formülleri kullanarak, linkin nispi elveriĢliliğini hesaplar. Bu süreci önemli ölçüde kolaylaĢtıracak radyo yol analizini gerçekleĢtirmek için bazı yazılım paketleri kullanılabilir. Radyo Çizelgesi PARAMETRE 1

Enlem

2

Boylam

3

Deniz seviyesine göre hesaplanan yükseklik (km)

4

Deniz seviyesine göre yükseklik (m)

5

Anten yüksekliği (m)

6

Yol uzunluğu

7

Frekanslar (MHz)

8

Serbest uzay zayıflaması (dB)

9

Anten tipi

10 Anten kazancı 11 dBd 12 dBi 13 Besleyici tipi 14 Besleyici uzunluğu (m)

315

BÖLGE 1

BÖLGE 2

TX

TX

RX

RX

Radyo Mühendisliği Notları

PARAMETRE 15

Besleyici zayıflaması (dB/100 m)

16 Besleyici kayıpları (dB) 17 Bağlayıcı kayıpları (dB) 18 Diplekser kaybı (dB) 19

TX çok katlı kuplör kaybı (dB)

20 Ġzolatör kaybı (dB) 21 Alıcı filtre kaybı (dB) 22

Alıcı ön-yükselteç kazancı (dB)

23 Kırınım kayıpları (dB) 24 Diğer kayıplar (dB) 25 Toplam kayıplar • Bölge 1 TX‟ten Bölge 2 RX‟e • Bölge 2 TX‟ten Bölge 1 RX‟e 26 Ġletilen güç 27 • Watt 28 • dBm 29 Alıcı duyarlılığı 30 • dBm 31 • V 32 12 dB SINAD duyarlılığı 33 • dBm 34 • V 35

Gürültü kesmeye iliĢkin sönümleme sınırı

36 • Bölge 1‟den Bölge 2‟ye 316

BÖLGE 1

BÖLGE 2

TX

TX

RX

RX

Radyo Mühendisliği Notları

37 • Bölge 2‟den Bölge 1‟e 38

12 dB SINAD için sönümleme sınırı (dB)

39 • Bölge 1‟den Bölge 2‟ye 40 • Bölge 2‟den Bölge 1‟e 41 Genel arazi tipi

Ortalama Kara  

42 Genel hava durumu tipi

Sıcaklık 

PARAMETRE 43

Gürültü kesmenin ne kadar sağlanabildiği (%)

44 • Bölge 1‟den Bölge 2‟ye 45 • Bölge 2‟den Bölge 1‟e 46

12 dB SINAD‟ın ne kadar sağlanabildiği (%)

47 • Bölge 1‟den Bölge 2‟ye 48 • Bölge 2‟den Bölge 1‟e Radyo Çizelge Hesaplamaları (7) ĠÇĠN Serbest uzay zayıflaması AdB = 32,4 + 20 Log10 F(MHz) + 20 Log10 D(kms) (9) ĠÇĠN dBd = 2,15 x dBi

317

BÖLGE 1

BÖLGE 2

TX

TX

RX

RX

Radyo Mühendisliği Notları

(22) ĠÇĠN Toplam Kayıplar = Bölge 1 TX‟ten Bölge 2 TX‟e = –

Serbest uzay zayıflaması

+ Bölge 1 TX için dBi cinsinden anten kazancı + Bölge 2 RX için dBi cinsinden anten kazancı –

Bölge 1 TX‟teki besleyici kaybı

–

Bölge 2 RX‟teki besleyici kaybı

–

Bölge 1 TX‟teki bağlayıcı kayıpları

–

Bölge 2 RX‟teki bağlayıcı kayıpları

–

Bölge 1 TX‟teki diplekser kaybı

–

Bölge 2 RX‟teki diplekser kaybı

–

Bölge 1 TX‟teki çok katlı kuplör kaybı

–

Bölge 1 TX‟teki izolatör kaybı

–

Bölge 2 RX‟teki alıcı filtre kayıpları

+ Bölge 2 RX‟teki alıcı ön-yükselteç kazancı –

Kırınım kayıpları

–

Yansıma kayıpları

Bölge 2 TX’ten Bölge 1 RX’e toplam Kayıplar = –

Serbest uzay zayıflaması

+ Bölge 2 TX için dBi cinsinden anten kazancı

318

Radyo Mühendisliği Notları

+ Bölge 1 RX için dBi cinsinden anten kazancı –

Bölge 2 TX‟teki besleyici kaybı

–

Bölge 1 RX‟teki besleyici kaybı

–

Bölge 2 TX‟teki bağlayıcı kayıpları

–

Bölge 1 RX‟teki bağlayıcı kayıpları

–

Bölge 2 TX‟teki diplekser kaybı

–

Bölge 1 RX‟teki diplekser kaybı

–

Bölge 2 TX‟teki çok katlı kuplör kaybı

–

Bölge 2 TX‟teki izolatör kaybı

–

Bölge 1 RX‟teki alıcı filtre kayıpları

+ Bölge 1 RX‟teki alıcı ön-yükselteç kazancı –

Kırınım kayıpları

–

Yansıma kayıpları

(23) ĠÇĠN Verici gücü dBm = 10 Log10  Pwatt   10 3 

 Pwatt = 10

TxPdBm 10

(24) VE (25) ĠÇĠN Alıcı duyarlılığı ve SINAD Güç dBm = 10

V2 Log10 50 10 3

319

x 10-3

Radyo Mühendisliği Notları

V =

10

PdBm 10 x50

10 3

50 ‟luk karakteristik empedans varsayılırsa (26) ĠÇĠN Bölge 1’den Bölge 2’ye sönümleme sınırı = +

Ġletilen güç Bölge 1 TX (dBm cinsinden)

+ Toplam kayıplar Bölge 1 TX‟ten Bölge 2 RX‟e –

Alıcı hassasiyeti Bölge 2

Bölge 2’den Bölge 1’e sönümleme sınırı = +

Ġletilen güç Bölge 2 TX

+ Toplam kayıplar Bölge 2 TX‟ten Bölge 1 RX‟e –

Alıcı hassasiyeti Bölge 1

(27) ĠÇĠN 12 dB SINAD duyarlılığı hariç, (26) için olduğu gibidir. (28) VE (29) ĠÇĠN Çok yollu bir ortam için Rayleigh elveriĢliliği.

Elverişlilik = 100 x e

  Ft    10      10  

Ft = Sönümleme sınırı Yansıma Analizi Her zaman en kötü durumu varsayın, baĢka bir deyiĢle, sinyalin tamamen yansıyacağını varsayın. Kuru, düz çimenli bir toprak, yağmur yağdığında bir ayna gölcüğü haline gelir. 320

Radyo Mühendisliği Notları

NOT:

 Yansıma noktasında, dalga 180 faz değiştirir.  İlk Fresnel kuşağı, alıcı antendeki faz toplamıdır.  İkinci Fresnel kuşağı, alıcı antendeki faz farkıdır (ilgili diyagrama bakılmalıdır).  Formüle göre beklenen yansıma bölgeleri hesaplanmalıdır.

0,6 F1‟in altında, sıyırma lineer bir Ģekilde azalmaktadır, bu yüzden sıyırmaya iliĢkin aĢağıdaki formül elde edilir: y = 33,33x – 20 Burada x = Fresnel kuĢağının oranı y = dB zayıflama Kırınım Kayıpları Birçoğu, bıçak sırtı biçiminde olacaktır. Örneğin:

Şekil B.1 Bazıları yumuĢak kenarlı olacaktır. Örneğin:

ġekil B.2 Bıçak sırtı için: Ġlk olarak v değerini hesaplayın

321

Radyo Mühendisliği Notları

V =  hp

2xF 3x10

8

x

(d1xd 2 ) (d1xd 2 )

F, Hz cinsinden d, metre cinsinden hp metre cinisnden Bu durumda V, Ve‟dir.

ġekil B.3 Bu durumda V, Ve‟dir.

322

Radyo Mühendisliği Notları

Şekil B.4 ÇeĢitli ‘v’ değerleri için her bir bıçak sırtına iliĢkin kaybı hesaplayın. 1v

0

LR = 0 dB

1

LR = 20 Log (0,5 + 0,62 v) 0  v  1

2

LR = 20 Log (0,5 e0,95v)

3

LR = 20 Log 0,4 – 0,1184  (0,1  0,38) 2 

4

LR = 20 Log ( 

0,225 ) 

–1  v  0 –2,4  v < –1

v < – 2,4

Çoklu bıçak sırtları için ġekil C.5‟e atıf yaparak, 3 bıçak sırtı kaybı seri olarak toplanır, A = L1 + L2 + L3‟tür. L1, hp1, d1 ve d2 içindir. L2, hp2, d3 ve d4 içindir. L3, hp3, d5 ve d6 içindir. Her bir durumda yeni bir V değeri hesaplayın ve daha sonra bunları toplayın.

323

Radyo Mühendisliği Notları

Şekil B.5 YumuĢak yeryüzü için:    33,33h Zayıflama dB = –   547,1 d1d 2  FMHZ D 

    – 20   

F, MHz cinsindendir. D = d1 + d2 D, d1, d2 km cinsindendir. h, metre cinsindendir. B.5

Büyük Çember Mesafesi

Şekil B.6

324

Radyo Mühendisliği Notları

C ile B arasındaki uzaklık için, cos a = cos b cos c + sin b sin c cos A

B.6 Fresnel Kuşağı Yarıçapı F= F d1 d2 D F n

= = = = = =

0,55

nd1d 2 f (MHz)xD

Fresnel kuĢağı yarıçapı (metre cinsinden) Bölge 1 ile kontur noktası arasındaki uzaklık (km) Bölge 2 ile kontur noktası arasındaki uzaklık (km) km cinsinden toplam uzunluk MHz cinsinden frekans Fresnel kuĢağı sayısı

B.7 Uzay Diversitesi

ġekil B.7 E1, E2 ve E3, deniz seviyesine göre olan yüksekliklerdir. A1 ve A2 anten yükseklikleridir. h1 = (E1 + A1) – E2 h2 = (E3 + A2) – E2

(Yeryüzü düzeltme faktörleri olmaksızın)

Uzay diversitesi için, iki anten arasındaki uzaklığı hesaplayın.

325

Radyo Mühendisliği Notları

( d1 ) 2 17 127xD h2 = FGHzxh1

ht = h1 –

h2 =

75xD FGH xh1

(K = )

(K =

4 ) 3

h2 sonuçlarından daha küçük olanını seçin. B.8

Mikrodalga çizelgesi BÖLGE 1

PARAMETRE 1

Enlem

2

Boylam

3

Büyük çember mesafesi (km)

4

Anten yüksekliği (m)

5

Deniz seviyesine göre yükseklik (m)

6

Yol uzunluğu (km)

7

Frekanslar (GHz)

8

Serbest uzay zayıflaması (dB)

9

Anten tipi

10 Anten kazancı 11 • dBd 12 • dBi 13 Besleyici tipi 14 Besleyici uzunluğu (m) 15

Besleyici zayıflaması (dB/100 m)

16 Besleyici kayıpları (dB) 17 Bağlayıcı kayıpları (dB) 18 Dallandırma cihazı kaybı (dB) 326

BÖLGE 2

Radyo Mühendisliği Notları

BÖLGE 1

PARAMETRE

BÖLGE 2

Ġzolatör kaybı (dB) 19 20 Radom kaybı (dB) 21 Kırınım kayıpları (dB) 22 Diğer kayıplar Toplam kayıplar 23 • Bölge 1 TX‟ten Bölge 2 RX‟e • Bölge 2 TX‟ten Bölge 1 RX‟e 24 Ġletilen güç 25 • Watt 26 • dBm 27 Alıcı duyarlılığı 28 • dBm 29 • V 30 Sönümleme sınırı 31 • Bölge 1‟den Bölge 2‟ye 32 • Bölge 2‟den Bölge 1‟e 33 Genel arazi tipi

Ortalama 

34 Genel hava tipi

Sıcaklık 

35 ElveriĢlilik 36 • Bölge 1‟den Bölge 2‟ye 37 • Bölge 2‟den Bölge 1‟e 38

Yağmurun neden olduğu zayıflama

39 Yağmur hızı (mm/saat) 40 % yıl > = yağmur hızı 41 Her yıldaki saat sayısı 42 Zayıflama/km 43 Yağmurun neden olduğu toplam 327

Kara 

Radyo Mühendisliği Notları

zayıflama Yağmurun neden olduğu zayıflamayla elveriĢlilik 45 • Bölge 1‟den Bölge 2‟ye (%) 46 • Bölge 2‟den Bölge 1‟e (%) 44

47 Uzay diversitesi 48 Anten ayrımı 49 • Bölge 1 Rx (m) 50 • Bölge 2 Rx (m) Diversiteli anten için kırınım kaybı 52 • Bölge 1 (dB) 53 • Bölge 2 (dB) 51

54 Uzay diversiteyle elveriĢlilik 55 • Bölge 1‟den Bölge 2‟ye (%) 56 • Bölge 2‟den Bölge 1‟e (%) 57 Frekans diversitesi 58 Frekans ayrımı 59 • Bölge 1 Tx (GHz) 60 • Bölge 2 Tx (GHz) 61 Frekans diversiteyle elveriĢlilik 62 • Bölge 1‟den Bölge 2‟ye (%) 63 • Bölge 2‟den Bölge 1‟e (%) 64 Hibrit diversite 65 Hibrit diversiteyle elveriĢlilik 66 • Bölge 1‟den Bölge 2‟ye (%) 67 • Bölge 2‟den Bölge 1‟e (%)

B.9 Mikrodalga Radyo Çizelge Hesaplamaları (6) ĠÇĠN Serbest uzay zayıflaması 328

Radyo Mühendisliği Notları

AdB = 92,4 + 20 Log10 F(GHz) + 20 Log10 D(km) (22) ĠÇĠN Toplam Kayıplar = Bölge 1‟den Bölge 2‟ye = –

Serbest uzay zayıflaması

+ Bölge 1 için dBi cinsinden anten kazancı + Bölge 2 için dBi cinsinden anten kazancı –

Bölge 1‟deki besleyici kaybı

–

Bölge 2‟deki besleyici kaybı

–

Bölge 1‟deki bağlayıcı kayıpları

–

Bölge 2‟deki bağlayıcı kayıpları

–

Bölge 1‟deki dallandırma cihazı kaybı

–

Bölge 2‟deki dallandırma cihazı kaybı

–

Bölge 1‟deki izolatör kayıpları

–

Bölge 1‟deki radom kaybı

–

Kırınım kayıpları

–

Yansıma kayıpları

Bölge 2‟den Bölge 1‟e toplam kayıplar = –

Serbest uzay zayıflaması

+ Bölge 2 için dBi cinsinden anten kazancı

329

Radyo Mühendisliği Notları

+ Bölge 1 için dBi cinsinden anten kazancı –

Bölge 2‟deki besleyici kaybı

–

Bölge 1‟deki besleyici kaybı

–

Bölge 2‟deki bağlayıcı kayıpları

–

Bölge 1‟deki bağlayıcı kayıpları

–

Bölge 2‟deki dallandırma cihazı kaybı

–

Bölge 1‟deki dallandırma cihazı kaybı

–

Bölge 2‟deki izolatör kayıpları

–

Bölge 1‟deki radom kayıpları

–

Bölge 2‟deki radom kayıpları

–

Kırınım kayıpları

–

Yansıma kayıpları

B.10 Yağmurun Neden Olduğu Zayıflama F > 3 GHz için Zayıflama / km = 10 F = frekans

 (mm / saat )  1,5336 log 1  13  1,3116 log   F  F   

F < 3 GHz Zayıflama / km = 0 dB

B.11 Elverişlilik F > 15 dB için, Sönümleme Sınırı

330

Radyo Mühendisliği Notları

% 100 [1 – (a – b – 6 – 10-7 – f – 103 – 10-F/10)] F < 15 dB için, Sönümleme Sınırı % 100 1  (a  b  6  10 7  f  103  10 F / 10  100  l (F / 10)    2  

Burada F = Sönümleme Sınırı f = GHz cinsinden frekans a = Genel arazi tipi (dağlık, engebeli ve kuru toprak için ¼„ten yumuĢak toprak ve su yüzeyi için 4‟e kadar değiĢir) b = Genel hava tipi (sıcak ve nemli toprak için ½‟den dağlık ve kuru toprak için 1/8„e kadar değiĢir)

B.12 Uzay Diversitesi (çizelge) Isd =

1,2  10

3

 frek  ( h 2 )  10 D 2

(

sönümkı ı nı mkayb ) 10







 

 I   sd 

1 x   Yeni elverişlilik = % 100 – 1  

x = Yağmurun neden olduğu zayıflamadan sonraki elveriĢlilik

B.13 Frekans Diversitesi Bunu dalga çizelgesinde uzay diversitesinden sonra yapın.  0,1F 

   f  Ifd = 80 –    10 f D   f 

f =

GHz cinsinden frekans 331

Radyo Mühendisliği Notları

F = f =

Sönümleme sınırı Frekans farkı 





 

 I   fd 

1  x  Yeni elverişlilik = % 100 – 1  

x = Yağmurun neden olduğu zayıflamadan sonraki elveriĢlilik

B.14 Hibrit Diversite  Hd =  fd +  sd







 

 I   Hd 

1 x   Yeni elverişlilik = % 100 – 1  

x = Yağmurun neden olduğu zayıflamadan sonraki elveriĢlilik

332

Radyo Mühendisliği Notları

EK2: DESİBEL ÖLÇEĞİ Desibeller ve logaritmik ölçek Radyo mühendisliğinde karĢılaĢılan güç, voltaj ve akım aralıkları lineer skalada ifade edilebilmek için çok geniĢtir. Sonuç olarak, desibele (dB, bel‟in onda biri) dayalı logaritmik bir skala kullanılır. Desibel, bir güç voltaj veya akım büyüklüğü belirtmez fakat bunların iki değeri arasında bir orandır. Devrelerdeki ve radyo yollarındaki kazançlar ve kayıplar, desibel olarak ifade edilir. Ġki güç arasındaki oran aĢağıdaki formülle verilir: Kazanç veya kayıp, dB  10 log10

P1 P2

burada, P1 ve P2, iki güç değerine karĢılık gelir. Bir devredeki güç, voltaj ve akımın karesi ile değiĢtiğinden, bu büyüklüklüklerin oranının logaritması, on yerine yirmi ile çarpılmalıdır. AnlaĢılır olması açısından, karĢılaĢtırılacak iki büyüklük, eĢdeğer empedanslarda çalıĢmalıdır: Kazanç veya kayıp, dB  20 log10

V1 V2

YanlıĢ anlaĢılmaları önlemek için, 6 dB‟lik bir oranın, güç, voltaj ve akıma bağlı 6 dB‟lik bir oran olduğunun anlaĢılması gerekir: eğer, bu güçse, 6 dB için 6 dB, dört katıdır; eğer bu voltaj veya akımsa, oran iki katıdır (Tablo ek2.1).

333

Radyo Mühendisliği Notları

Mutlak değerlere karĢılık gelen desibeller

334

Radyo Mühendisliği Notları

335

Radyo Mühendisliği Notları

336

Radyo Mühendisliği Notları

337

Radyo Mühendisliği Notları

338

Radyo Mühendisliği Notları

Desibel skalası sadece oranları ifade ederken, eğer bir son ek olarak, ifadeye bir referans değeri eklenirse, bu, mutlak değeri ifade etmek için kulanılabilir. Örnek olarak, 10 dB‟lik bir kayıp, orjinal güç değerinden 10‟luk bir azalma anlamına gelir ve eğer bu ifade -10 dBm, buna karĢılık gelen değer bir miliwatın 1/10‟udur. Ortak kullanılan sonekler, uygulanabildikleri yerde, bunların öutlak değerleri, tablolardaki gibidir. Tablo ek2, 50 ohm empedansta ilgili seviyeleri desibel olarak gösteriyor.

Desibel sözlüğü 339

Radyo Mühendisliği Notları

dB „akortlu‟ anlamına gelir. Bu, 0 dBa olan, -85 dBm‟e karĢılık gelen ağırlıklı devre gürültü gücüdür. (Tarihsel açıdan, bir hattın alıcı ucunda bir gürültü ölçerle ölçülür. Ölçer, 1 mW (0 dBm) +85 dBm değerini verecek Ģekilde 1000 Hz‟lik bir tonda kalibre edilir. Eğer 1 mW 300-3400 Hz bandı üzerinde rasgele beyaz gürültü olarak yayılmıĢsa, metre +82 dBa‟yı gösterecektir.) dBa0 bir sıfır bağıl iletim seviyesi (0 dBr), noktasına karĢılık gelen veya bu noktada ölçülen, dBa cinsinden devre gürültü gücüdür. (Bir sıfır bağıl iletim seviyesi noktası, bir iletim devresinde rasgele belirlenir. Diğer bütün seviyeler, bu noktaya göre ifade edilir.) Devre güç ölçüm değerlerini, dBa‟dan dBa0‟a dönüĢtürmek tercih edilir. Bunun nedeni, ölçüm yapılan noktada, bağıl iletim seviyesinin bilinmesinin veya ifade edilmesinin gerektirmediğindendir. dBd bir dipol‟e karĢılık gelen bir antenin kazancını ifade etmek için kullanılır. dBi bir izotropik yayıcıya karĢılık gelen bir antenin kazancını ifade etmek için kullanılır. dBμV 1 mikrovolta karĢılık göre desibel. dbm 1 miliwata göre desibel. dBm terimi, ilk baĢta telefon ve audio iĢlerinde kullanılıyordu ve bu bağlamda kullanıldığında, 600 Ω‟a karĢılık gelir; bu değer, bir telefon hattının nominal değeridir. Bir devrede bağıl iletim seviyesi tanımlanmak istendiğinde, dBr, tercih edilir. dBa

dBm0 bir sıfır iletim seviyesi noktasına karĢılık gelen veya ölçülen dBm değeridir. dBmp fosometrik ağırlıkla dBm cinsinden ölçülen, gürültü gücü birimidir. dBmp = 10 log10pWp – 90 = dBa – 84 = dBm – 2.5 (düz gürültü için 300-3400 Hz). pWp = fosometrik ağırlıklı pikowatt. dBm0pfosometrik ağırlıklı, bir sıfır bağıl iletim seviyesi noktasına karĢılık gelen veya dBm cinsinden ölçülen mutlak gürültü gücü için kullanılan kısaltmadır. dBr dB „bağıl seviye‟ anlamına gelir. Sıfır iletim seviye noktasına referans edilen bir devre veya sistemde değiĢik noktalardaki iletim seviyelerini tanımlamak için kullanılır. dBrn 0 dBrn‟e karĢılık gelen 1 pW‟a referanslı (-90 dBm), dB cinsinden ölçülen ağırlıklı bir devre gürültü gücü birimi. 340

Radyo Mühendisliği Notları

dBrnc sıfır iletim seviyesi noktasına karĢılık gelen dBrnc cinsinden ölçülen gürültü. dBu 0.775 V‟a karĢılık gelen desibel; 600 Ω‟a uygulandığında, 1 mW tarafından oluĢan voltaj. dBu, empedans 600 Ω olmadığında, audio çalıĢmalarında kullanılır ve spesifik bir empedans gerektirmez. dbV 1 volta göre desibel. dbW 1 watt‟a göre desibel. Not: dBm‟i, dBμV‟ye dönüĢtürmek için, 107 ekleyin(yani, -20 dBm = -20 + 107 = 87 dBμV). Desibel gösteriminin güzelliği, sistem kazanç ve kayıplarının, bölme ve çarpma yerine, toplama ve çıkarmayla hesaplanabilmesidir. Örnek olarak, terminalleri arasında, -4.7 dBm‟lik bir sinyal ileten bir anten içeren bir sistem düĢünün (bu örnekte, anten kazancını ihmal ediyoruz). Anten, baĢ kısmında, 40 dB‟lik bir alçak-gürültülü yükseltgene (A1) bağlanmıĢ olsun ve daha sonra 370 metrelik uzun koaksiyal kablo aracılığıyla 20 dB‟lik bir kazanç yükseltgenine bağlanmıĢ olsun (A2); kayıp (L1) -48 dB olsun. Yükseltgeni takiben -2.8 dB‟lik girdi kaybına (L2) sahip bir bant geçirgen filtre ve -10 dB‟lik bir zayıflatıcı (L3) olsun. Bu kaskat zincirin sonunda nasıl bir sinyal vardır? S1 -4.7 dBm A1 40.0 dB A2 20.0 dB L1 -48.0 dB L2 -2.8 dB L3 -10.0 dB Toplam -5.5 dBm dBm’i watt’a çevirmek

P

10 dBm /10 1000

Herhangi bir dB’yi orana çevirmek

341

Radyo Mühendisliği Notları

Güç seviyeleri: Voltaj seviyeleri: Akım seviyeleri:

P1  10 dB /10 P2 V1  10 dB / 20 V2 I1  10 dB / 20 I2

Ġkilik düzen desibel değerleri Ġkilik sayılar, bilgisayar sistemlerinde kullanılır. RF sistemlerinin dijitasyonu ile birlikte, ikilik sayıların desibel değerlerini anlamak gerekir. Bu ikilik sayılar, IF yükseltgen çıktısını dijitize eden bir analog-dijital dönüĢtürücüden (ADC veya A/D) veya direkt dijital sentez (DDS) sinyal jeneratöründe, analog sinyal üretmek için kullanılan bir dijital-analog dönüĢtürücüden (DAC veya D/A) geliyor olabilir.

342