Nanovna Faz/Delay ölçümü

 

Nanovna'da neler yapabiliriz konulu yazımıza faz/delay ölçümü konusu ile devam ediyoruz.

Faz ya da delay ne işe yarar kısmı ile başlayalım öncelikle.

Eğer koaksiyel kabloların teknik özellik dokümanlarına göz attıysanız orada Velocity Factor (VF) yazılı bir alan vardır.

Bildiğiniz gibi, elektrik ve RF sinyalleri havada ya da ideal şartlarda ışık hızında hareket eder, ancak gerçekte bu pek doğru değildir. 

RF sinyalleri, koaksiyel kablolarda ilerlerken havada ilerlediğinden daha yavaş ilerler. Havaya göre bu sinyal gecikmesi oranına velocity factor denir.

Örneğin RG213 kablo için markadan markaya değişmesine rağmen bu oran yaklaşık %66'dır.

Peki bu oran neyi etkiler?  Örneğin koaksiyel kablo ile yapacağınız trap, power combiner/divider gibi cihazlardaki kablo boyunun hesaplanmasını değiştirir. Malum formüle göre dalga boyu ışık hızı ile orantılıdır.

2 metre bandının yanı 144-146 MHz (ortalama 145 mhz alalım) dalga boyu 

https://www.omnicalculator.com/physics/wavelength   sayfasındaki hesaba göre

2.067 metredir.

Oysa bir koaksiyel kablo ile bu hesabı yapmaya kalkarsak,  ki bu hesap için https://www.qsl.net/w4sat/velfact.htm  linkindeki hesaplayıcıyı kullanabiliriz,

yukarıda bulunan free space hesabını velocity factor ile de çarpmamız gerekir.

Yani 2.067*66/100 =1.364 metre. Yani bir koaksiyel kabloda tam dalga boyu hesabı yapıldığında uzunluğunun 2 metrenin katları değil, 1.364 metrenin katları olması gerektiği ortaya çıkar.

Yani bazı dayıların "yeğenim antenden cihaza inen kablonun boyunun 2 metrenin katları şeklinde olması gerek"  tezi de bu şekilde çürümüş oluyor. Bu teori zaten başından yanlış. Çünkü anteninizde balun kullanmanız ve bu kablo boyunun anten empedansına etkisini sıfırlamanız gerektiği acı bir gerçek. Ama balun kullanılmadığı durumlarda da kablo boyu öyle kafanıza göre belirlenmiyor.

Peki bunun bir diğer pratik uygulamasını nanovna da nasıl yaparız?

Özellikle Stack anten yaparken kullanacağımız power divider (geçmiş yazılarımda nasıl yapılacağı yazılmıştı) yapımında kullanacağımız koasiyel boylarını ve, power divider ile anten arası kabloların faz farklarını nanovna kullanacak ölçebiliriz.

Yani, diyelim bir power divider'ımız var. Ve bu power divider'dan iki antene koaksiyel kablomuz gidiyor. Normalde her iki antene eşit fazda dalga gitmesi gerekmekte ki aynı anda her iki antenden de eşit dalga çıksın.

Kablolardan biri birkaç cm bile kısa olsa bu iki anten arasında faz farkına neden olur. Peki bu faz farkı neye sebep olur?

Birincisi, faz farkıyla çıkan sinyaller Phased Antenlerde olduğu gibi, antenin asıl baktığı doğrultu yerine başka bir yöne yönlenmiş olur.

SM6FHZ'nin 2016 yılında yaptığı bir sunumdan bir kaç yagi ışıma patterni paylaşmak isterim.

Faz Farkı Yok

20 Derece Faz Farkı

45 Derece Faz Farkı

Görüldüğü gibi iki anten arasındaki faz farkı yükseldikçe antenin elektriksel olarak baktığı yön dönüyor, sidelob ların şekli bozuluyor ve anten kazancı da düşüyor. Yani antenler çalışması gerektiği gibi çalışmıyor. 

Aynı şekilde dinlemede de faz farkı ile gelen dalgalar birbirini sönümleyeceği için sinyal zayıflaması da olacaktır. 

Peki Nanovna nasıl işimize yarayacak?

• Öncelikle Antene çekeceğimiz iki (ya da daha fazla)  kabloyu da birbirine en yakın ölçüde olacak şekilde kesin.
• Birer uçlarına konnektörleri takın. Diğer ucu boşta olsun kabloların.
• Nanovna ya bağlayın(Bağlamadan önce kalibrasyonu yapmanız gerektiğini bir kez daha hatırlatayım)

Nanovna da 

Menu > Display > Format > Delay 

seçeneği ile ekranda Delay ölçüm değerini çıkarın.

• Kablolardan birini CH0 portuna bağlayın.

Burada delay kısmında bir rakam görmeniz lazım. Kablo boyuna göre değişiklik gösterse de örneğin 2.15 ns gördünüz diyelim.

İkinci kabloyu da aynı şekilde ölçün 2.30 ns buldunuz diyelim.

Aradaki farkımız 0.15 ns

Kablomuzda tam bir periyot için ne kadar süre gerektiğini ölçmek için;

T=1145×106=6.8 ns

Bizim kablomuzdaki 1 periyot için gerekli süre. Bu değeri faz farkımıza  bölerek her her iki kablo arasında ne kadar fark olduğunu buluyoruz. 

0.15ns6.8ns×360o=7.94

 

derece bir faz farkımız var. Bu az bir rakam değil.

Hatırlarsanız yukarıda kablomuzun bir tam dalga boyunu hesaplamıştık. 1.364m. Yani giren bir dalga kablodan 1.364m sonra çıkmakta. Ve bu yolculukta 360 derece dönmekte. Bu durumda aradaki faz farkının kac mm olduğunu hesaplayalım.

1.364m360o×7.94=30.0mm

Bu durumda iki kablomuz arasında 3 cm kadar bir fark olduğu ortaya çıkacaktır.

Bu ölçüme göre kablomuzun birini kısalttığımız taktirde faz farkımız minimize olmuş olacaktır.