TROPOSFERİK DAĞILMA SİSTEMLERİNDE BİRLEŞTİRİCİLER

UDK: 621.396.1+621.396.81

Troposferik Dağılma Sistemlerinde Birleştiriciler

Genel:

Son yıllarda, troposfer yayılması (= propa gasyon) ve dağılması (*= scatter) üzerinde pek çok araştırmalar, incelemeler ve uygulamalar yapılmıştır. Elektromanyetik dalga spektrumu oun üst sınırlarına erişmek için yapılan bu çalış maları, alçak frekanslar hakkında diğerlerine oranla daha fazla bilgi sahibi olmamıza ve geli şen haberleşme ihtiyaçlarının yeni frekans band ları gerektirmesine bağlıyabiliriz. Frekansın yük selmesi ile gürültü kaynaklarının etkisinin azal ması ve dolayısıyla alıcıların daha düşük işaret seviyeleri ile çalışabilmesi de bir' yardımcı se bep olarak gösterilebilir. Bu arada, gelişmiş tro posferik haberleşme sistemlerinin ekonomi ile güveni en iyi bir şekilde kaynaştırma bakımın dan diğer sistemlere nazaran çok daha üstün ol duğunu da belirtmek gereklidir.

Davras Y AVUZ (•)

Troposferik Dağıtma Sistemleri (Tropo — Scatter):

Troposferik dağılma sistemleri, yayılma orta mı olarak troposferi kullanan haberleşme sistem lerinin bir parçasıdır. Ufuk içi bağlantılar (Line of sight), ki bunlara görüntü bağlantıları da de nilebilir, bu sistemlere diğer bir örnektir.

Troposferik dağılma sistemleri, kabaca 150 1500 Km. arası haberleşme bağlantılarında ve rimli olarak kullanılabilir. Bu çeşit sistemlerin çalışma frekansları da, bugünkü bilgi ve imkân lara göre, 100 — 10000 Mc. olarak sınırlandırıl maktadır. Frekans yükseldikçe, yol kayıplarının (= path loss) ve alıcı gürültü katsayısının (noise figüre) artmasına karşılık anten kazançları da yükselmektedir. Görülüyor ki belirli bir haber leşme bağlantısını optimum bir şekilde gerçek

10000

241 Km

483 Km

6000 3000 2000

600 300 200 100

/

4(

r\e \

\\ 60f

U

1 J

/, r

4/

1J

•(

etft

W t. 28ft •

10 S 0 6 10 16 20 6 10 IS 20 26 30 36 40 verici gücü, dbw z 1 vat'a göre desibel

S ekil: 1 — Düz vüzey üzerinde, 241 Km (= İSO mil) ve 483 Km (= 300 mil) aralıklı antenler ara sında 24 ses kanalı için bağlantı sağlayacak tipik

verici gücü eğrileri Alıcı girişlerinde parametrik amplifikatörler kullanıldığı kabul edilmiştir. Eğrile rin panlarmdaki sayılar, parabolik antenlerin foot olarak çaplarıdır. (NBS Report 6767 dan).

(*) Orta Doğu Teknik üniversitesi Elektrik Bolü mü son sınıf öğrencisi.

Elektrik MUbendisllgi 88

leştirecek bir frekans veya frekanslar bulunması gerekmektedir. Optimum çalışma frekansları, be lirli bir haberleşme, sistemini verilen şartlar için de en az güçîe sağlıyah frekanslar olarak tanım lanır. Şekil 1 de, verici gücünü frekansa bağlı yan tipik bazı eğriler verilmiştir. Bu eğriler, tro , posferik dağılmanın ana yayılma yolu olduğu parabolik antenlerin düzgün bir yüzey üzerinde bulunduğu kabul edilerek hazırlanmıştır (1). Güç değerleri, 24 ses kanalı için gerekli alıcı işaret seviyesine göredir.

Daha önce de belirtildiği gibi, frekans yüksel

dikçe, etkileri hesaba katılması gereken gürültü

kaynakları azalmaktadır. Örnek olarak, 300 Mc.

in üstündeki frekanslarda insan yapısı kaynak

lardan meydana gelen gürültünün hemen hemen

yok olduğunu gösterebiliriz. İnsan "yapısı gürültü

kaynaklarından olan buji patlamalarındaki güç,

kabaca frekansın üçüncü kuvveti ile ters oran

tılı olarak değişmektedir. Diğer gürültü kaynak

larından olan şimşekler ve güneş lekeleri, belir

li zamanlarda kısa sürelerle etkileyici oldukla

rından büyük önem taşımamaktadırlar. Bunların

dışında kalan ısıl ve kozmik kaynaklar tropos

ferik. dağılma sislemlerine etkiyen başlıca gürül

tülerdir. Isıl gürültü kaynakları atomik ve mo

leküler titreşimlerden meydana gelmektedir.

Kozmik gürültüler uzayda çeşitli kaynaklardan

doğmaktadırlar. Kozmik kaynakların en önemli

si, yaklaşık olarak Galaksi'nin ortasında bulunan

Akrep (Scorpio) ve Yay (Sagittarius) takım yıl

dızları çevresidir.

'r

Troposferik dağılma' sistemlerinde en büyük problem zaman zaman meydana gelen sönme ( = fading) olayıdır. Sönmeleri iki kısma ayıra biliriz:

1 — Kısa aralıklarla, kısa süreler için meyda na gelen sönmeler, bunlar dakika ve sa niye cinsinden zaman birimleri ile ka rakterize edilebilir.

2 — Uzun araliklarla, uzun süreler için mey dana gelen' ve ortalama işaret seviyesin de bir azalma olarak beliren sönmeler. Bunlar gün, ay, mevsim ye sene birim leri ile ifade edilir.

Birinci tipten sönmeler, farklı frekanslarda veya birbirinden dalga boyuna kıyasla büyük aralıklarla ayrılmış antenlerde genel olarak ay nı zamanda meydana gelmezler. Bu bakımdan bu çegit sönmelerin sakıncaları diversite metodları kullanılarak büyük ölçüde giderilebilir. İkinci tipten sönmeler, genellikle istatistik bilgiler ile tahmin edilebilir. Ekvator kuşağı (kabaca 25° kuzey — 25° güney paralelleri arası) dışında ka lan bölgelerde, kış ayları, diğör mevsimlere kı yasla uzun devreli sönmelerin en etkili olduğu

zamandır. Yine bu bölgelerde, günlük işaret se viyeleri genel olarak öğleden sonra bir minimum gösterirler. Bahsi geçen bu iki minimum, yakla şık olarak senelik ortalamanın 10 db. kadar al tına düşer.

Kısa devreli sönmelerden bahsederken, bun ların etkilerinin diversite metodları kullanarak giderildiği belirtilmişti. Şimdi bu metodlara göz atalım.

Troposferık yayılmalarda, deneysel inceleme lerden ve istatistik bilgilerden faydalanarak, fark lı frekanslarda veya yollarda (= path) kısa dev reli sönme olaylarının aynı anlarda meydana gel mediği sonucuna varılmıştır. Böylelikle iki tür lü diversite metodu ortaya çıkmaktadır.

1 — Frekans Diversitesi

2 — Yol (= path) Diversitesi

Aynı haber (= enformasyon), bir alıcı bir verici anten arasında farklı frekanslarda gön , deriliyor ve alınıyorsa, bu frekans diversitesidir. Eğer aynı haber tek bir frekans kullanarak bir den fazla alıcı verici anten çiftleri arasında gön deriliyorsa bu, yol diversitesidir. Tipik frekans diversite sistemlerinde, frekanslar arasındaki fark 100 Mc da bir kaç Mc; 1000 Mc. da 20 50 Mc kadardır. Yol diversitesi kullanan sistemler de, antenler birbirlerinden, hem farklı seviye lerde hem de uzak bulunurlar. 1000 Mc da ka rakteristik değerler, antenler arası uzaklık 30 50 metre, antenler arası seviye farkı 5 20 met re olarak verilebilir.

Birleştiriciler:

Diversite kullanan sistemlerde, alıcıların fark lı frekanslarda ve/veya farklı yollardan gelen işaretleri verimli bir şekilde birleştirmesi gerek mektedir. Alıcıların bu birleştirme işini yapan kısımlarına birleştirici (= combiner) denilmek tedir.

Birleştirme olayının, detektör katından evvel veya sonra olmasına göre birleştiriciler ikiye ay rılabilir. Birinci tipte (Deteksiyon öncesi Bir leştirme) birleştirme ara frekansta, demodülas yondan önce yapılır. Bu çeşit sistemler, faz kont rol devreleri gerektirdiğinden geniş uygulama sahası bulmamıştır. İkincisinde (Deteksiyon sonrası birleştirme) birleştirme demodülasyon katından sonra, base band da yapılır. Bu günkü troposferik dağılma sistemlerinde diversite me todu olarak bu ikincisi daha çok kullanılmakta dır.

Birleştiriciler, kullandıkları metotlara göre üç kısma ayrılabilir.

1 — Seçici Birleştiriciler (= Selection Com biners) (Şek. 2)

(1) NBS Report 6767 G T.P.S. Prt 5 of 6 Tropospherlo Systems.

32,

Elektrik Mühendisliği 88"

: : 2 — SEÇİCİ (Selection Combiner)

NOkMmum — oran ı(ir»

(homporalgr)

BİRLEŞTİRİCİ (Deteksiyon sonrası).

ASA FHEK . AHP

lar. Bu şekilde her hangi bir anda alıcılardan an cak bir tanesi kullanılır.

2 — Lineer Ekleyici ( = linear adder combi ner)' (Şek. 3)

Bu birleştiriciler, sadece, girişlerindeki işa retleri toplar ve çıkışma bunu uygular. Her han gi bir anda bütün alıcılar kullanılır.

3 — Maksimum Oran Birleştiricisi (= Maxi mal Ratio Combiner) (Şek. 4)

Bu tiplerde, girişteki işaretlerin kareleri alı nır ve bunlar toplanarak çıkışa tatbik edilir. Bu metod ilk iki metodun en iyi taraflarını almıştır.

OtOMAtlI 0«•

Şekil: 3 — LİNEER EKLEYtCt BİRLEŞTİRİCİ(Equal gain combiner) (Deteksiyon öncesi).

Bu tipler, işaretlerden en yüksek işaret / Gü rültü oranı f p J olanı seçer ve çıkışa onu bağ

İkinci dereceden bir diversite sistemini ele alır sak, işaretlerden biri sıfır olursa, maksimum oran birleştiricisi bir seçici birleştirici gibi, işaretler eşit olursa lineer ekleyici gibi çalışır.

I İNCİ IgAMT

OI»İJ«IH KAZANÇLI AMF

OfdJKt» KAZANÇLI AMP

«NttltllIH

OIMOD(

2 İNCİ IJAMT

KA2ANCII AMf

Şekil: 4 — MAKSİMUM ORAN BİRLEŞTİRİCİ(Mazimal ratio combiner) (Deteksiyon Öncesi)

Bektrik MûüondUUjı 88

Bu üç birleştiricinin karakteristiklerini • kar şılaştırmak için, a) Birleştiricilerde, işaretlerin lineer olarak, görültünün güç bakımından (efektif değer olarak) eklendiğini

: b) Alıcıların eşit kazancı ve gürültü çıkışı . 1 olduğunu

/ rç \ c) Çıkış işaret / gürültü | r r J oranının belirli bir sayı olarak verildiğini kabul edersek,

' 1 — Seçici' birleştiricilerde", her hangi bir' an

daki çıkış —— oranı, o.anda kullanılan alıcının

tr

—ç— oranına eşittir.

2 — Lineer ekleyici olarak çalışan birleştirici ler, belirtildiği gibi sadece girişteki işaretleri .top larlar. Diversite ikinci dereceden ise, yani, iki alıcı kullanılıyorsa,

Çıkış işaret/gürültü oranı = ~ = — 1 2 .

G, = G j == G

7 >—

1 V2 . G

~Q— verilmiş bir rakam olduğuna göre, bu

îı

Ta

denklem, eksenler ~^— ve ~^~ olan bir düzlem

Gı

Ga

de bir doğrudur. Bak şek. 5.

\ . IİMHH iKiırıcı \

•İÇİCİ

NAKtİMUN _ _ \

laUHADALI AUC1

I, 4

Şekil : 5 — İkinci dereceden bir diversite sistemin de, verilmiş bir çtkıs (işaret/gürültü) ( Iç / G ç ) oranı elde edebilmek için alıcıların İ/G oranları.

(NBS Report 6767 GT.PS. 5 Of 6)

3 — Maksimum oran birleştiricilerinde, giriş lerindeki işaretlere göre kazançları değişen* amp lifikatörler kullanılarak' sinyallerin "kareleri alı nır ve bunlar toplanır.. Her. .hangi bir anda, kuy vetli işareti birim, diğerini K ile orantılı kabul edersek,

îc _ îx +K 1, ' _ Î ı + K I9

İL nin hangi K değeri için maksimum oldu

ğunu bulmak için bu denklemin türevini alır sı

fıra eşitlersek,

K = —• — buluruz.

Bunu yerine koyarsak,

çıkar. Demek /ölüyor ki, amplifikatörler, kazanç ları giriş işaret seviyeleri oranına göre değişecek şekilde dizayn edilirse, blok şeması verilen dev re (Şekil AY bir maksimum oran birleştiricisi ola rak çalışacaktır. Bu üç çeşit birleştiricinin per formansları toplu olarak Şek. 5 de gösterilmiş tir. Maksimum oran birleştiricisi eğrisinin oriji ne yakın olmasından da anlaşıldığı gibi, bu tip birleştiriciler en iyi şartları ' temin etmektedir, şöyle ki, verilen bir —~ oranını elde etmek için alıcıların Q oranları daha ufak olabilir.

Şek. 6 da, bu üç birleştirme metodu ile elde jîdilen Q , oranındaki desibel olarak artışı di versite derecesine bağlıyan eğriler verilmiştir. Bu eğrilerden de görüldüğü gibi, en fazla ğ— oranı artışı maksimum oran birleştiricisi ile mümkün olmaktadır. Meselâ, dördüncü dereceden bir di versite sisteminde seçici birleştiriciler sadece 3 db., lineer ekleyıciler 5,25 db., maksimum oran irirteştiricileri ise 6tlb. kadarsbir —Q~ oranı artı şı verebilmektedirler.

MAKSİM H MAM

mel >

y

LtHEEH KLIY İ Cİ •lltLİ TlttCİ

/// b/—

utla ti tLI«TİIUCt

'

OIVERSİtT DERECİSİ (Parklı yollardan vı/vt ya tarkU trtkanttardan 9»l«n ı«ir»t sajrıtı) ,

Şekil : 8 — Çıkış (iş ar et/gürültü) oranındaki or talama artışın yani düzelmenin diversite derecesi ile deği§mest. (NBS 6767).

Troposferik dağılma sistemlerinde kullanılan antenler.

REFERANSLAR:

1—National Bureau of Standards (NBS) Report 6767. «Ground Telecomunication Performance Stan dards» Part 5 of 6 Tropospheric Systems.

2 — 1963 Yaz Staj Raporu, D. Yavuz, O.D.T.Ü. Elektrik Bölümü.

3 — Page Communications Engineers Installation and Test Manuals. Page Communications En gıneers Technical Documentation Dept.

Yeni Y ayınımız :

Elektrik Santral ve Tesislerinin

Kabullerine ait

•*

Talimatname

ODAMIZDAN TEMİN EDEBİLİRSİNİZ

IRAK'TA ÇALIŞMAK ÜZERE

ELEKTRİK MÜHENDİSİ ARANIYOR

Irak Çalışma ve İskân Vezaretinde istihdam edilmek üzere elektrik mühendisi aranmaktadır. İsteklilerde aranan şartlar şunlardır

1. Elektrik mühendisi (B. S.) veya yüksek mühendisi (M. S.) olmak, 2. Genel hizmete açık binaların elektrik tesisatlarının projelendirme, gerçek leştirme ve bakımda en az 7 yıllık tecrübesi olmak. İlgilenenlerin doğrudan doğruya Ankara'daki Irak Büyükelçiliğine başvurmaları rica olunur.

Elektrik Mühendisliği 88