TELEVİZYON YAYINLARINDA YENİ BİR UYGULAMA: ÇEMBERSEL POLARİZASYON

televizyon yayınlarında yeni bir uygulama: çemberce! polarizasyon yazan . m a t t ı siukola çeviren: ö n e r ö l ç e r e l

UDK: 537.87: 621.397.13

ÖZET Bu yazıda, son yıllarda televizyon yayınlarında kullanılması yönünde çalışmalar yapılan çembersel polarizasyonun başlıca üstünlükleri üzerinde du rulmaktadır. Bu üstünlüklerden en önemlileri, alman görüntü niteliğinin yükselmesi ve yansıma yoluyla gelen görüntülerin azalmasıdır. Ayrıca bu tür iletimde karşılaşılacak sorunlar üzerinde durulmuş, çembersel polarizasyonlu imin nasıl ü retildiği ele alınmıştır.

SUMMARY Principal advantages of circular polarizacion which has recently gained attention for use in TV broadcast are discussed. Among this advantages are improvement in picture quality and reduction in ghosting. in addition, problems involved in this type of transmission are emphasized, and generating the circularly polarized signal is described.

1. GİRİŞ

Çembersel polarizasyonun yararlarına geçmeden ön ce, bugün televizyon yayınlarında kullanılan ya tay polarizasyonlu iletim ile çembersel polari zasyonlu iletimin bir karşılaştırmasını yapmak yararlı olacaktır. Yatay polarizasyonlu iletimde, elektrik alanı Şekil l'de gösterilen biçimde ya tay bir düzlem boyunca yayılır ve alanın anıl de

öner ölçerel, Eskişehir İTİA, TV Enstitüsü.

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ 246 24 7

alıcı dipolter .yatay

verici anten

yatay bileşen

= KEC0Sa

verici dipol

Şekil 1. Yatay polarizasyonlu bir iletim, yatay bir düzlem boyunca ve her yarım dalga boyunda sıfır değerinden geçerek gerçek leşir.

geri, her yarım dalga boyunda sıfır değerinden geçer. Bu alan içinde yatay olarak yönlendirilen bir dipol anten, elektrik alanındaki enerjiyi alır. Öte yandan, aynı dipol anten elektrik ala nı üzerinde düşey olarak yönlendirildiğinde, hiçbir gerilim endüklenmez ve hiçbir im alınmaz. Alınan imin yeğinliği, alıcı dipol antenin yön lendirilişine bağlı olup dipolün yatay düzlem üzerindeki izdüşümünün uzunluğu ile orantılıdır.

Çembersel polarizasyonda durum oldukça değişik tir. Örneğin, aralarında 90° evre farkı olan akımlarla beslenen birbirine dik iki dipolün ürettiği alan, sıfır değerinden geçmeksizin ya yılma ekseni çevresinde dönerek yayılır. Alanın dönme yönü, uyarma akımları arasındaki evre ba ğıntısına bağlı olarak saat yönü yada saatin ters yönüdür (Şekil 2 ) .

Yayılma doğrultusunda bakıldığında saat yönünde dönen alan "sağ polarizasyonlu" (right hund pola rized) alan, saatin ters yönünde dönen alan "sol polarizasyonlu" (left hand polarized) alan olarak adlandırılır. Çembersel polarizasyonlu alana yer leştirilen bir alıcı dipolün dipol, yayılma doğ rultusuna dik olduğu sürece yatay, düşey yada eğik olarak yönlendirilmesine bakmaksızın aldığı im değişmez kalır. Bunun sonucu olarak, çembersel polarizasyonlu iletimin, bugün kullanılmakta olan düşey polarizasyonlu çubuk anten, yatay polari

sağ pol.

•2tlF

çaprçz verici dipoller

orkadan bakış

bir dalga boyu

= loSin(2ırFt î ) E vektörünün yereğrısı VR=KE

Şekil 3. Çembersel polarizasyonlu iletim, görül düğü gibi, bütün alıcı antenlerle alına bilir. T"'işcy çubuk antenler düşey bile şeni, tavşan kulağı antenler hem düşey hem yatay bileşenleri, yatay antenler de yatay bileşeni alırlar.

zasyonlu çatı anteni ve çembersel alanın hem ya tay hem de düşey polarizasyonlu bileşenlerini alan "tavşan kulağı" anten ile uygunluk sağladı ğı görülür (Şekil 3 ) . Buna ek olarak, kolayca an laşılacağı gibi, çembersel polarizasyonda çubuk antenin ve tavşan kulağı antenin yönlendirilmesi, yatay polarizasyonda olduğundan daha az önem ta şır. Bu da, taşınabilir anten kullanılan durum larda, alınan imin niteliğinin artması sonucunu doğurur.

2. VERÎCÎ GÜCÜNÜN ARTMASI

Çembersel polarizasyonlu bir imin yatay ve düşey bileşenleri birbirine diktir ve bu nedenle bir birlerinden bağımsızdır. Alanda herhangi bir önemli depolarizasyonun yada burulmanın (twisting) ortaya çıkması beklenmediğinden, her im, bugün kullanılmakta olan yatay polarizasyonlu im ile aynı uzaklığa yayılacaktır. Böylece, her imi (ya tay ve düşey), ortak kanal (co ehannel) yada bi tişik kanal (adjacent channel) karışımını artır maksızın, tümel etken ışınım gücü (total effec tive radiated power) ile göndermek olanaklı gö rülmektedir. Tümel etken ışınım gücünün her bir polarizasyona uygulanması, verici gücünün yada anten aralığının (antenna aperture) yada her iki sinin de artırılmasıyla sağlanabilir.

Her bileşendeki tümel etken ışınım gücü anten aralığının artırılmasıyla elde edildiğinde, büyük aralıklarda daha dar düşey ışın genişliğinin (beam width) ortaya çıkması nedeniyle, yakın çev rede alınan imin niteliğinde düşme görülür. Bu nedenle, kurulmuş olan bir istasyon için, yakın çevrede alınan imin niteliği, anten aralığı de ğiştirilmeksizin verici gücü artırılarak korun . malıdır.

Şekil 2. 90° evre farkı olan akımların beslediği çapraz dipollerle oluşturulan çembersel polarizasyonlu iletimde im sıfır değe rinden geçmeksizin yayılım ekseni boyunca yayılır.

3. ÇOKYOLLU YANSIMANIN AZALMASI Çembersel polarizasyonlu b i r alan düşüncel b i r yansıtıcıdan yansıdığında, düşey bileşen değiş mezken yatay b i l e ş e n t e r s yöne döner (Şekil 4 ) .

yansıtıcı

Şekil 4. Yansıma olduğunda, yatay bileşenin evre sinin ters dönmesi sonucu çembersel polarizasyonun dönme yönü de ters çevri lir.

Gelen imle yansıyan imin dönme yönleri birbirine karşıttır. Başka bir deyişle, sağ polarizasyonlu gelen dalga sol polarizasyonlu yansıma, sol po larizasyonlu gelen dalga sağ polarizasyonlu yan sıma doğurur. Çokyollu (multipath) yayılımın bir sorun olarak ortaya çıktığı durumlarda, gelen ve yansıyan dalgaların dönme yönlerindeki bu karşıt lık, çembersel polarizasyonda görüntü yansıması nın azalmasına yol açar.

4. ALICI ANTENLERİN POLARİZASYONU AYIRDETMESÎ

Bir sağ çembersel polarizasyon anteni, sol pola rizasyonlu imlere karşı duyarsız olup yalnızca sağ çembersel polarizasyonlu alanlara tepke gös terir (Şekil 5 ) . Sağ polarizasyonlu alan, düşey ve yatay dipoller arasındaki 90° lik evre farkı ilişkisi nedeniyle, sağ polarizasyon alıcı ante ninin çıkışında ek akım yaratır. Öte yandan, bir sol polarizasyon alıcı anteninde, antenin yatay iîğesinin doğurduğu karşıt kutup nedeniyle, sağ polarizasyonlu alana karşı koyan akımlar ortaya çıkar. Bu nedenle, düşüncel bir sağ polarizasyon anteni sol polarizasyonlu imlere karşı duyarsız dır ve sağ polarizasyonlu bir alanın doğurduğu yansımalara karşı herhangi bir tepke göstermez. Şekil 6'da antenin yansıma nedeniyle ortaya çıkan gölgeyi nasıl önlediği gösterilmiştir. Bu olgu lar, çembersel polarizasyon alıcı antenlerinin

R.H : sağ polarizasyon anteni LH sol polarizasyon anteni

T v=ı

Şekil 5. Bir sağ çembersel polarizasyon anteni sağ polarizasyonlu imleri alır ve sol polarizasyonlu imlere karşı duyarsızdır. Sol polarizasyon antenleri için durum tersinedir. Şekilde, birinci durumda aynı yönde, ikinci durumda ise karşıt yönde akımların oluştuğu görülmektedir.

Şekil 6. Yansıyan imlerin dönme yönünün değişmesi nedeniyle, çembersel polarizasyonlu ile tim, yansıma sonucu ortaya çıkan görüntü bozukluklarının azalmasını sağlar. Bu nedenle, bir çembersel polarizasyon alıcı anteni yansımaları ayırdedebilir. (RH: sağ polarizasyon, LH: sol polari zasyon. )

polarizasyonu ayırdetme özelliklerini gösterir. Aynı özelliğin sonucu olarak, görüntü bozuklukla rında da azalma görülebilir.

Düşüncel yansıma koşullarında, görüntüdeki yansı manın tam anlamıyla yokedilmesi için hem verici hem de alıcı antenlerin tam olarak çembersel po larizasyon aygıtları olması gerekir. Gerçekte, polarizasyon tam anlamıyla çembersel olmayıp eliptiktir. Bunun sonucu olarak, sağ polarizas yon verici .antenleri bir ölçüde sol polarizas yonlu im de yayarken, sağ polarizasyon alıcı an tenleri de yine bir ölçüye değin sol polarizas yonlu imlere tepke gösterir.

5. ÇEMBERSEL POLARİZASYONUN "NİTELİĞİ"

Çembersel polarizasyonun niteliği, "polarizasyon oranı" ve "eksen oranı" ile tanımlanabilir. Pola rizasyon oranı, imin en büyük düşey bileşeni ile en büyük yatay bileşeni arasındaki matematiksel orandır. Eksen oranı ise polarizasyon elipsinin büyük ekseninin küçük eksenine oranıdır.

Sıklık bindirimli yayınlarda kullanılan alıcı an tenler, genellikle çembersel polarizasyonlu olma yıp, yatay yada düşey polarizasyonlu olduğundan, bu tür antenlerin çalışma niteliği polarizasyon oranı ile belirtilebilir. Buna karşılık, televiz yon yayınlarında kullanılan antenler için, ante nin çalışma niteliğini belirleyen en önemli de ğişken eksen oranıdır. Çünkü eksen oranı l'e yak laştığında, çokyollu görüntü yansıması azdır.

Bu durumu açıklamak için, Şekil 7'de görüldüğü gibi esas olarak sağ polarizasyon ile ışınım ya pan ancak, düşüncel bir çembersel polarizasyonda çalışmaması nedeniyle bir miktar sağ polarizas yonu da içeren eliptik polarize edilmiş bir an ten düşünelim.

Sağ polarizasyon alıcı anteni, saatin ters yönün de dönen imi almayıp yalnızca saat yönünde dönen imi alır. Bununla birlikte, gelen dalgadaki sol polarizasyonlu enerji, yansıdıktan sonra sağ po larizasyonlu olur ve bunun sonucu olarak sağ po larizasyon alıcı anteni tarafından alınır. Yansı

kı, bu tür bir yerleştirme ile sağlanabildiğin den, dipolleri besleyen akımlar aynı evrede ola bilir ve böylece evre kaydırıcı bir elektriksel aygıta olan gereksinim ortadan kalkmış olur.

Şekil 7. Eksen oranının ve polarizasyon oranının, alıcı antenin yansımaları ayırdatme özelliği üzerinde etkileri. (RH: sağ polarizasyon, LH: sol polarizasyon.)

yan dalga çokça sol polarizasyonlu olup çok az sağ polariaasyonlu enerji içerdiğinden, alınan görüntü imi açısından yansıyan dalganın pek bir önemi yoktur. Öte yandan, verici antenin eksen oranı sonsuz ise (en kötü durum; Şekil 7c), yan sıyan dalgadaki sağ polarizasyonlu enerji ile sol polarizasyonlu bileşen tam anlamıyla çakışır. Bu durumda, polarizasyon oranının l'e eşit ola bilmesine karşın, "çembersel" polarizasyonlu ile tim, yansımanın yol açtığı gölgelenmede hiçbir azalmaya yol açmayacaktır. Bundan da anlaşılaca ğı gibi, eksen oranı, çembersel polarizasyon an teninin çalışma niteliğini belirleyen en önemli değişkendir.

6. KARIŞIMIN AZALMASI OLANAĞI Çembersel polarizasyonun bir başka yararı da or tak kanaldaki ve bitişik kanaldaki karışımın azalması olanağıdır.

7. ÇEMBERSEL POLARÎZASYONLU İMİN ÜRETİLMESİ

Alıcı dizgelerdeki antenlerin tasarım ilkeleri, verici dizgelerindeki antenlerle aynıdır. Kolay lık sağlaması bakımından, tüm verici dizgeyi bir verici anten olarak ele alacağız. Çembersel polarizasyonlu bir imin üretilmesi için, örneğin, birbirlerine dik olarak yönlendi rilen, uygun büyüklükleri ve göreli evreleri oVan iki alanın toplamı olabilecek bir döner alan gereklidir. Yukarıda, eşit genlikleri ve 90° evre farkları olan iki akımın beslediği birbirine dik dipoller kullanılmıştır. Bu tür bir anten ile çembersel polarizasyonlu alan üretilebilir.

Çembersel polarizasyonlu anten, dipolleri, ışı nım ekseni boyunca çeyrek dalgaboyu arayla yer leştirerek de elde edilebilir. Gerekli evre far

8. ANTEN ÖLÇÜMLERİ

Sağ polarizasyonlu bir imin, yansıma noktasında nasıl sol polarizasyonlu bir ime dönüştüğü daha önceden incelenmişti. Anten üzerinde yapılacak deneyler açısından, bu olgu tam anlamıyla çember sel polarizasyonlu bir antenin eksen oranı ölçü lürken bile yansıyan dalga olduğunda önemli ya nılgıların ortaya çıkacağı anlamına gelir. Yansı yan dalganın gelen dalgaya oranı arttıkça, ante nin eksen oranı da artar. Örneğin, yüzde 10'luk ( 20 dB) bir yansıma düşüncel bir anten üzerinde 2 dB'lik eksen oranı ölçülmesine yol açar. Açık ça görülebileceği gibi, bu yöntem, gerçek boyut lardaki antenler üzerinde yapılacak ölçmeler için yeterli bir yöntem değildir.

Diğer bir ölçme yanılgısı da yayılım farklarından dolayı ortaya çıkabilir. Büyük antenler için, de ney anteni ile im kaynağı arasındaki uzaklığın çok olması gerekir. Böyle durumlarda, depolari zasyon oldukça az olsa da, yatay ve düşey polari zasyonlu imlerin benzer biçimde yayıldığı şüphe götürür. Bunu ortadan kaldırmak için deney veri leri, bir dayanak (reference) antenin deney ve rileri ile karşılaştırılır. Bu durumda bile, de polarizasyon nedeni ile ortaya çıkacak yanılgı lar deney sonuçlarının doğruluğunu azaltır.

Uygulamada, depolarizasyonun en az olduğu bir de ney ortamı kullanılarak, yatay ve düşey bileşen ler üzerinde ayrı ölçmeler yapılabilir. Kazancı saptamak için bu ölçmeler arasında bir ölçekleme yapılır. Eksen oran için yapılacak ölçmeler ise başka bir yöntemin uygulanmasını gerekli kılar.

Eksen oranının saptanması için, büyük antenin bir bölümü yerden oldukça yüksek bir yere kurulur, yada başka bir yol olarak, antenin bir bölümüne enerji uygulanır ve im kaynağı yere yerleştiri lir. İm kaynağı döndürülerek, antenin söz konusu bölümünün eksen oranı saptanır. Antenin çeşitli katmanlarının (layer) eksen oranlarının özdeş ol ması, ölçümlerde büyük kolaylık sağlar.

Şurası açıktır ki, çembersel polarizasyon anten leri yatay polarizasyon antenlerine oranla daha çok yapım deneyi gerektirir. Buna ek olarak, de ney ortamı ne kadar elverişli olursa olsun, çem bersel polarizasyon antenleri deneylerde çok da ha fazla dikkatli davranılmasını zorunlu kılar.

9. SONUÇ Çembersel polarizasyon, televizyon yayınlarında kullanılması açısından önemli üstünlükler sağla yabilir. Kullanılacak donanımın ilkeleri açısın dan yayıncının istemlerini karşılayacak antenle rin yapılabileceği düzeye erişilmiştir. Çembersel polarizasyon donanımı üzerinde gerekli deneyleri yöpiak için uygulanacak ölçme yöntemleri bilin mektedir.