ઍન્ટેના

અવકાશમાં વિદ્યુતચુંબકીય તરંગનો પ્રસાર કરનાર તથા અવકાશમાં આવેલા વિદ્યુતચુંબકીય તરંગને ઝીલનાર, સંચારણ-પદ્ધતિનો એક અગત્યનો ઘટક. તે અવકાશ અને સંચારણ(transmission)લાઇન વચ્ચે પરિવર્તક જેવું કાર્ય કરે છે. પ્રસારણ તંત્રનો તે સૌથી છેલ્લો ઘટક છે જ્યારે અભિગ્રાહી બાજુનો પ્રથમ ઘટક છે.

મૅક્સવેલના વિદ્યુતચુંબકીય તરંગોના સિદ્ધાંતનું સર્વપ્રથમ પ્રાયોગિક નિદર્શન, 1877માં હર્ટ્ઝે પોતે બનાવેલા ઍન્ટેના દ્વારા કર્યું હતું. 1897માં માર્કોનીએ સૌપ્રથમ બિનતારી (wireless) ટેલિગ્રાફી પદ્ધતિ વિકસાવી હતી.

રેડિયોતરંગોની આવૃત્તિ અનુસાર, ઍન્ટેનાનું નીચે પ્રમાણે વર્ગીકરણ કરવામાં આવેલું છે :

1. ખૂબ નિમ્ન આવૃત્તિથી નિમ્ન આવૃત્તિ (Very Low frequency – VLF to Low Frequency – LF) ઍન્ટેના – 10 KHzથી 300

2. મધ્યમ આવૃત્તિ (Medium Frequency – MF) ઍન્ટેના – 300 KHzથી 3

3. ઉચ્ચ આવૃત્તિ (High Frequency – HF) ઍન્ટેના – 3 MHzથી 30

4. વધુ ઉચ્ચ આવૃત્તિ (Very High Frequency – VHF) ઍન્ટેના – 30 MHzથી 300

5. અતિ ઉચ્ચ આવૃત્તિ (Ultra High Frequency – UHF) ઍન્ટેના – 300 MHzથી 3

6. પરમ ઉચ્ચ આવૃત્તિ (Super Frequency – SF) ઍન્ટેના – 3 GHzથી ઉપર

1 KHz = 1 કિલોહર્ટ્ઝ = 10³ હર્ટ્ઝ;

1 MHz = 1 મેગાહર્ટ્ઝ = 10⁶ હર્ટ્ઝ;

1 GHz = 1 ગીગાહર્ટ્ઝ = 10⁹ હર્ટ્ઝ.

ઍન્ટેના પદ્ધતિને બે પ્રકારમાં વર્ગીકૃત કરી શકાય : (i) અનુનાદી (resonant) અને (ii) અનુનાદહીન (non-resonant).

અનુનાદી ઍન્ટેના : જેની લંબાઈ (l), રેડિયોતરંગની તરંગલંબાઈ (λ) કરતાં ખૂબ ઓછી હોય તેવો વાયરવાળો સામાન્ય ઍન્ટેના, પ્રાથમિક ‘ડાઇ-પોલ’ જેવું કામ આપે છે. તેમાં સમગ્ર લંબાઈ ઉપરથી એકસરખો વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર થતો હોય છે. આવા ઍન્ટેનામાંથી જ્યારે I cos (ϖt + 90^o) પ્રકારનો વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર થતો હોય ત્યારે તેનાથી d અંતરે આવેલા કોઈ બિંદુ P આગળ પ્રસારિત થતા વિદ્યુતક્ષેત્ર (E)નું મૂલ્ય નીચેના સૂત્રથી મળે છે :

અહીં,

θ = ઍન્ટેનાને P બિંદુ સાથે જોડતી રેખા અને ઍન્ટેના અને લંબદિશા વચ્ચેનો કોણ

c = પ્રકાશનો વેગ [= 3 × 10⁸ મીટર/સેકન્ડ]

રેડિયો-આવૃત્તિના ચુંબકીય ક્ષેત્રની તીવ્રતા, વિદ્યુતક્ષેત્રના સમપ્રમાણમાં હોય છે.

ઍન્ટેનાની લંબાઈ (l) રેડિયો તરંગલંબાઈ(l)ની સરખામણીએ ખૂબ નાની હોય, ત્યારે તેમાંથી પસાર થતા વિદ્યુતપ્રવાહનું વિતરણ (distribution) કોજ્યાતરંગ (cosine wave) પ્રકારનું હોય છે. તેથી ઍન્ટેનામાંના વિદ્યુતપ્રવાહને લઈને દૂર આવેલા P બિંદુ આગળ ઉદભવતું વિદ્યુતક્ષેત્ર, તેના પ્રત્યેક ભાગ આગળના કંપવિસ્તાર (amplitude) તથા કલા(phase)ના સદિશ સરવાળા જેટલું હોય છે. અનુનાદી વાયર ઍન્ટેનાની લંબાઈ (l), ના ગુણકમાં હોય છે તથા તેના બન્ને છેડા ખુલ્લા હોય છે. તેના વડે ઉદભવતું વિકિરણ-વિતરણ (radiation distribution) તેની લંબાઈ પર આધારિત છે.  લંબાઈના ઍન્ટેના માટે વિકિરણની ભાત (pattern) અંગ્રેજી 8 જેવી હોય છે.

ડાયપોલ માટે વિકિરણ ક્ષેત્ર માટેનું વિદ્યુતક્ષેત્ર બળ (E) નીચેના સૂત્ર વડે મળે છે :

અહીં,

I_m = ઍન્ટેનામાંથી પસાર થતો મહત્તમ (peak) વિદ્યુતપ્રવાહ

γ = ઍન્ટેના અવલોકનબિંદુ (P) વચ્ચેનું અંતર

θ = ઍન્ટેનાને લંબદિશા તથા ઍન્ટેનાને P બિંદુ સાથે જોડતી રેખા વચ્ચેનો કોણ.

આ સિવાય ઍન્ટેનાના વિદ્યુતક્ષેત્ર બળના બીજા બે ઘટકો પણ છે : (i) અંતરના વર્ગના વ્યસ્ત પ્રમાણસર ઘટક અને (ii) અંતરના ઘનના વ્યસ્ત પ્રમાણસર ઘટક. આ બંને ઘટકો ઍન્ટેનાની નજીકના અંતર માટે પ્રબળ હોય છે. તેથી અસરકારક ઊર્જાપ્રસારણ થતું નથી; અને તે ઍન્ટેનાની નજીક આંદોલિત થતી હોય છે. તેને અનુક્રમે ‘ઇન્ડક્ટિવ’ તથા ‘કૅપેસિટિવ’ ક્ષેત્ર કહે છે. કરતાં વધુ અંતરે વિકિરણક્ષેત્ર, ઇન્ડક્ટિવ ક્ષેત્ર કરતાં પ્રબળ બને છે. તેથી કરતાં વધુ અંતર માટે માત્ર વિકિરણ ક્ષેત્રને જ ગણતરીમાં લેવામાં આવે છે. વિકિરણ શક્તિ (radiation power) Prad, નીચેના સૂત્રથી મળે છે :

અહીં,

I_av = Iનું સરેરાશ મૂલ્ય છે અને તે   જેટલું છે.

[ઓહમના નિયમ ઉપરથી શક્તિ = I²·R અથવા R·I²ની સાથે સરખાવતાં,  લંબાઈના ઍન્ટેના માટે વિકિરણ અવરોધ 73 ઓહમ જેટલો છે.]

જમીનથી H અંતરે ગોઠવેલા ઍન્ટેનામાં, જમીન તરફ જઈ રહેલા વિદ્યુતચુંબકીય તરંગો, જમીન પરથી વિકિરણ પામે છે, જેને કારણે દૂરના બિંદુ આગળ ઉદભવતું વિદ્યુતચુંબકીય બળ બદલાય છે. આની ચોક્કસ ગણતરી માટે જમીનની અંદર, અસલ ઍન્ટેનાની નીચે તેટલા જ અંતરે એક પ્રતિબિંબિત (image) ઍન્ટેના કલ્પવામાં આવે છે. અસલ ઍન્ટેના અને જમીનમાંના કલ્પિત પ્રતિબિંબિત ઍન્ટેના વચ્ચેનું અંતર H + H − 2H જેટલું બને છે. ઍન્ટેનામાંથી પસાર થતા વિદ્યુતપ્રવાહનો આધાર મૂળ ઍન્ટેના ઉપર હોય છે. પ્રતિબિંબિત ઍન્ટેનામાંથી જમીનને સમતલ વિદ્યુતપ્રવાહ, વિરુદ્ધ દિશામાં જતો હોય છે; જ્યારે જમીનને લંબદિશામાંનો વિદ્યુતપ્રવાહ બદલાતો નથી. જમીનની અસર ગણતરીમાં લેતાં, ઋણ પ્રતિબિંબના કિસ્સા માટે દૂરના અવલોક્ધાબિંદુએ મળતું વિકિરણ વિદ્યુતક્ષેત્ર બળ,

અહીં,

= ઍન્ટેનાના મધ્યબિંદુથી જમીનનું તરંગલંબાઈમાં અંતર

θ = જમીન સમતલ અને અવલોકન-બિંદુ વચ્ચેનો કોણ ધન (+ve) પ્રતિબિંબના કિસ્સા માટે, વિકિરણ વિદ્યુતક્ષેત્ર બળ

અનુનાદહીન ઍન્ટેના : ખુલ્લા છેડાવાળી પ્રસારણ-લાઇનથી ઉત્પન્ન થતા વિદ્યુતક્ષેત્રના બે ઘટકો હોય છે : એક ઘટક સમય સાથે, સંચારણ-લાઇનથી દૂર જતો હોય છે, જેને પ્રગામી તરંગ (progressing કે travelling wave) કહે છે. બીજો ઘટક સમયની સાથે સંચારણ-લાઇનની નજીક આવતો જાય છે. તેને પ્રત્યગ કે પરાવર્તિત તરંગ (backward કે reflecting wave) કહે છે. એક છેડાને જનરેટર સાથે જોડવામાં આવે અને બીજા છેડે લાક્ષણિક પ્રતિબાધ(impedance)ના મૂલ્ય જેટલો અવરોધ જોડવામાં આવે, ત્યારે ફક્ત પ્રગામી તરંગ ઘટક જ અસ્તિત્વ ધરાવે છે. પરાવર્તિત તરંગ ઘટક ગેરહાજર હોય છે. આવો ઍન્ટેના અનુનાદહીન ઍન્ટેના તરીકે ઓળખાય છે. તેને લઈને વિકિરણ-આલેખની આકૃતિ બદલાય છે.

ઍન્ટેનાની અસરકારક ઊંચાઈ (h_eff) : ઍન્ટેનાની ભૌમિતિક લંબાઈ કે ઊંચાઈ પર, તેમાં રહેલા તાત્વિક ઘટકો(elementary units)ની સંખ્યાનો આધાર રહેલો છે. તાત્વિક ઘટક એ મૅક્સવેલના સમીકરણને અનુરૂપ ફક્ત એક કલ્પના જ છે. બિંદુરૂપ વિદ્યુતભાર(point charge)ને વિકિરણસ્રોત તરીકે લઈને, ગણતરી કરવામાં આવે છે. તેથી વ્યવહારિક રીતે તો સંકલનનો ઉપયોગ કરવો જ પડે. ઍન્ટેના પરના પ્રત્યેક બિંદુએ તત્સ્થાનીય વિદ્યુતપ્રવાહનું મૂલ્ય જુદું જુદું હોય છે. દૂરના સ્થળે પહોંચતાં વિકિરણક્ષેત્રો વચ્ચે કલાનો તફાવત (phase difference) મળે છે. આ કારણે અમુક વિસ્તારમાં મહત્તમ વિદ્યુતક્ષેત્ર તો કેટલાક વિસ્તારમાં ન્યૂનતમ વિદ્યુતક્ષેત્ર મળે છે. આમ સમગ્ર રીતે ઉદભવતી અસર જોતાં, ઍન્ટેનાની ભૌમિતિક લંબાઈ કે ઊંચાઈ ગમે તેટલી હોય, પરંતુ તાત્વિક ઘટકો વડે ઉદભવતાં વિદ્યુતક્ષેત્રોનું સરેરાશ મૂલ્ય અસરકારક પરિમાણના પદમાં મળે છે.

જેનો નીચેનો છેડો ગ્રાઉન્ડ (earth) કરેલો હોય તેવા આદર્શ ઊર્ધ્વ ઍન્ટેનામાં, વાસ્તવિક ઍન્ટેનાના મહત્તમ મૂલ્યના વિદ્યુતપ્રવાહ જેટલો જ સમમૂલ્ય વિદ્યુતપ્રવાહ વહેતો હોય અને જેના વડે વાસ્તવિક ઍન્ટેના જેટલી જ વિદ્યુતક્ષેત્રની તીવ્રતા ઉદભવતી હોય, તેવા આદર્શ ઍન્ટેનાની ઊંચાઈને, ‘ઍન્ટેનાની અસરકારક ઊંચાઈ’થી (h_eff) કહે છે.

ઍન્ટેનાનો વિકિરણ અવરોધ અને કાર્યદક્ષતા : ટ્રાન્સમીટરમાંથી આપવામાં આવતી શક્તિનો અમુક ભાગ જ વિકિરિત થાય છે. બાકીની શક્તિનો વ્યય થાય છે. વિકિરણ અને વ્યયને પર્યાયી પ્રતિરોધ વડે દર્શાવી શકાય. જો વિકિરણ પામતી શક્તિ (radiating power) P_R હોય, તો

P_R = I²×R_R

અહીં,

I = આદાનિત વિદ્યુતપ્રવાહ

R_R = ઍન્ટેનાનો વિકિરણ પ્રતિરોધ.

શક્તિ-વ્યય થવાનાં કારણો નીચે પ્રમાણે છે :

1. ઍન્ટેનાનો તેમજ ગ્રાઉન્ડ પ્રતિરોધ.

2. ઍન્ટેના સમીપ આવેલા વાહક પદાર્થોમાં ઉત્પન્ન થતા ઘૂમરી વિદ્યુતપ્રવાહ (eddy currents).

3. ઍન્ટેના સમીપ આવેલા પદાર્થોનો પારવીજુ ગુણધર્મ (dielectric property).

અહીં વ્યયને, પર્યાયી પ્રતિરોધ R_L વડે દર્શાવી શકાય. તેથી ઍન્ટેનાને આદાનિત થતી કુલ શક્તિ I² (R_R + R_L) જેટલી છે. ઉપયોગી હેતુ માટેની વિકિરિત શક્તિ I²·R_R છે. તેથી ઍન્ટેનાની કાર્યદક્ષતા (h) નીચે પ્રમાણે મળે છે :

બ્રૉડકાસ્ટ અને ઉચ્ચ આવૃત્તિ માટે હોય ત્યારે η 75થી 95 % હોય છે.

ઍન્ટેનાની દિક્શીલતા અથવા પ્રવર્ધન (directivity or gain antenna) : આ પદ, વાસ્તવિક ઍન્ટેનામાંથી વિકિરિત થતી શક્તિની માત્રાનો, તાત્ત્વિક (elementary – hypothetical) ઍન્ટેનામાંથી વિકિરિત થતી શક્તિની માત્રા સાથેનો, ખ્યાલ આપે છે. જે દિશામાં પ્રવર્ધન કે દિક્શીલતાનું મૂલ્ય મેળવવું હોય, તે દિશામાં વાસ્તવિક ઍન્ટેનામાંથી મળતી વિકિરિત શક્તિ તથા કોઈ સમરૂપ (isotropic) વિકિરકમાંથી મળતી શક્તિનો ગુણોત્તર લેવામાં આવે છે. તે માટે જે દિશામાં વિકિરણ મહત્તમ હોય તે દિશામાં મળતા મહત્તમ પ્રવર્ધન G_MAXને, ઍન્ટેનાની દિક્શીલતા કહે છે. તેના વડે ઍન્ટેનાની અમુક નિશ્ર્ચિત દિશામાં વિકિરણને કેન્દ્રિત કરવાની, કે તે દિશામાંથી આવતા વિકિરણનું મહત્તમ અભિગ્રાહી (સંગ્રહણ receive કે reception કરવાની) ક્ષમતાનો ખ્યાલ મળે છે. ઍન્ટેનાને આદાન થતા વિદ્યુતપ્રવાહનું મૂલ્ય I તેમજ તરંગલંબાઈના પદમાં, તેની લંબાઈ તથા ઊંચાઈની જાણકારી હોય, તો દિકશીલતા(G_MAX)ની ગણતરી થઈ શકે છે.

ઍન્ટેનાનું અસરકારક ક્ષેત્રફળ (A_R) : અભિગ્રાહી (receiving) ઍન્ટેના માટે આ પદ અગત્યનું છે. આપાતી તરંગની એકમ ક્ષેત્રફળ-દીઠની શક્તિ P_R અને અભિગ્રાહી ઍન્ટેના વડે ઝિલાતી શક્તિ W_R હોય તો,

તેને λ તથા G_MAX સાથે સાંકળતાં,

ઍન્ટેનાનો વિકિરણ આલેખ (radiation pattern of an antenna) : ઍન્ટેનાની વિકિરણ માત્રાના, દિશાના વિધેય તરીકેના આલેખીય નિરૂપણને, તેનો વિકિરણ આલેખ કહે છે. વિકિરણને તેના વડે ઉદભવતા વિદ્યુતક્ષેત્ર(E)માં દર્શાવવામાં આવે ત્યારે આલેખને, ક્ષેત્રપ્રભાવ (field strength) આલેખ કહે છે. વિકિરણને સંબંધિત દિશામાં એકમ ઘનકોણ (solid angle) દીઠ મળતી શક્તિ વડે દર્શાવવામાં આવે, ત્યારે આલેખ શક્તિ-આલેખ (power pattern) તરીકે ઓળખાય છે. સામાન્યત: Eની માત્રાના પદમાં વિકિરણ આલેખ મેળવવામાં આવે છે.

ઍન્ટેનાની હારમાળા (array of antennas) : ડાઇપોલ ઍન્ટેના માટે વિકિરણ આલેખ અંક 8ના આકારનો હોય છે. તેથી તેના દ્વારા થતાં વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણો બધી દિશામાં ફેલાયેલાં હોય છે. નક્કી કરેલાં કોઈ બે સ્થળ વચ્ચે સંદેશાવ્યવહાર કરવો હોય ત્યારે વિદ્યુતચુંબકીય વિકિરણને અમુક દિશામાં જ કેન્દ્રિત કરવાની જરૂર પડે છે. તેને માટે ઍન્ટેનાની હારમાળાનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. તે વિકિરણ આલેખના ગુણાકારના સિદ્ધાંત પર કાર્ય કરે છે. આમ બે કે વધુ ઍન્ટેના ઘટકોને યોગ્ય રીતે ગોઠવવાથી મળતા સંયોજનને ઍન્ટેનાની હારમાળા કહે છે. હારમાળાના બધા ઘટકોને આદાનપ્રવાહ આપવામાં આવતો હોય અથવા પ્રદાનપ્રવાહ મળતો હોય, તેને સક્રિય હારમાળા કહે છે. હારમાળામાં અમુક ઘટકોની હાજરીથી વિકિરણ આલેખનો પ્રકાર બદલાતો હોય, પરંતુ તે ઘટકોને આદાન કે પ્રદાન થતું ન હોય, તો તેવા ઘટકોને સક્રિય ઘટકો કહે છે.

ઍન્ટેનાની હારમાળાના પ્રકારો નીચે પ્રમાણે છે :

(1) બ્રૉડસાઇડ એરે

(2) એન્ડફાયર એરે

(3) એજ એરે

(4) બાઇનોમિયલ એરે

(5) ઑપ્ટિમમ એરે

(6) યાગી એરે

(7) લૉગ – પિરિયૉડિક એરે

1. બ્રૉડસાઇડ એરે : આ પ્રકારમાં એકસરખા ઘટકો વાપરવામાં આવે છે, જેવા કે બિંદુસ્રોત (point source) અથવા ડાઇપોલ ઍન્ટેના. પ્રસારણ ઍન્ટેના તરીકેના ઉપયોગ વખતે પ્રત્યેક ઘટકમાંથી એકસરખો વિદ્યુતપ્રવાહ પસાર થાય છે તથા તેમની વચ્ચેનો કલા-ભેદ (phase difference) શૂન્ય હોય છે. જો બે પાસેપાસેના ઘટકો વચ્ચેનું અંતર જેટલું રાખવામાં આવે તો તેવા એરેથી મળતા વિકિરણ આલેખમાં, એરેના અક્ષથી લંબ અંતરે મહત્તમ વિકિરણ મળે છે, જે ઘટીને અક્ષની દિશામાં શૂન્ય બને છે. તેનું સામાન્ય સૂત્ર નીચે પ્રમાણે છે. અહીં પ્રત્યેક ઘટક એક એકમ જેટલું વિદ્યુતક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરે છે :

અહીં,

α = પાસેપાસેના ઘટકો વચ્ચેનો કલા-તફાવત

θ = એરેના અક્ષ અને અવલોકનબિંદુ વચ્ચેનો કોણ

λ = તરંગલંબાઈ

d = તરંગલંબાઈ λના રૂપમાં, બે પાસેપાસેના ઘટકો વચ્ચેનું અંતર

એરેના ઘટકોની સંખ્યા વધતી જાય તેમ મુખ્ય અંશ(lobe)નો કિરણપુંજ વિસ્તાર (beam width) ઘટતો જાય છે; અને ગૌણ અંશ(secondary lobe)ની સંખ્યા તેમજ તીવ્રતા વધતી જાય છે. એરેનો વિકિરણ આલેખ તથા ઘટક એરેના વિકિરણ આલેખના ગુણાકારથી બનતો આલેખ, જે તે દિશામાં પ્રસારિત થતા વિદ્યુતક્ષેત્રની તીવ્રતા દર્શાવે છે. પાંચ ઘટકોવાળા એરેમાં,  હોય ત્યારે કિરણપુંજ વિસ્તાર 23^o જેટલો મળે છે.

2. એન્ડફાયર એરે : આ પ્રકારમાં બે પાસેપાસેના ઘટકો વચ્ચે  જેટલું અંતર હોય તેવા એકસરખા ઘટકો વપરાય છે. દરેક ઘટકને એકસરખો વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રદાન કરવામાં આવે છે; પરંતુ બે પાસેપાસેના ઘટકો વચ્ચેનો કલા-તફાવત 90^o જેટલો હોય છે. તેના વિકિરણ આલેખની મહત્તમ વિકિરણની દિશા, એરેના અક્ષ પ્રતિની હોય છે. બ્રૉડસાઇડ એરેની તુલનામાં, સરખી સંખ્યાના ઘટકો માટે, આ પ્રકારના એરે માટે કિરણપુંજ વિસ્તાર 23^o કરતાં વધારે હોય છે.

3. એજ એરે : આ પ્રકારમાં બન્ને છેડે આવેલા ઘટકોને વિદ્યુતપ્રવાહ આપવામાં આવે છે જ્યારે વચ્ચેના ઘટકો નિષ્ક્રિય હોય છે. એરેના અક્ષથી લંબદિશામાં મુખ્ય લોબની ‘બીમ વિડ્થ’, અન્ય સમાન ઘટકોથી બનતા એરે કરતાં ખૂબ જ ઓછી હોય છે, પરંતુ સાથોસાથ ગૌણ અંશની તીવ્રતા, મુખ્ય અંશ કરતાં વધુ હોય છે. પાંચ ઘટકોના આવા એરે માટે કિરણપુંજ વિસ્તાર 15^o જેટલો મળે છે.

4. બાઇનોમિયલ એરે : તેનો મુખ્ય હેતુ ગૌણ અંશને દૂર કરવાનો છે. તેના પ્રત્યેક ઘટક્ધો દ્વિપદી પ્રમેય(binomeal theorem)ના સિદ્ધાંત અનુસારનો વિદ્યુતપ્રવાહ આપવામાં આવે, ત્યારે ફક્ત એક મુખ્ય અંશ જ મળે છે અને ગૌણ અંશ પ્રાપ્ત થતો નથી. પરંતુ મુખ્ય લોબનો કિરણપુંજ વિસ્તાર, અન્ય સમાન ઘટકોથી બનતા એરે કરતાં સૌથી વિશેષ હોય છે. પાંચ ઘટકોમાં વિદ્યુતપ્રવાહનું પ્રમાણ 1 : 6 : 4 : 1 જેટલું હોય છે. ચાર ઘટકો માટે તે પ્રમાણ 1 : 3 : 3 : 1 નું છે. વિદ્યુતપ્રવાહનું મૂલ્ય શોધવા માટેનું સામાન્ય સૂત્ર

N = ઘટકોની સંખ્યા

n = N −1

r = 0, 1, 2, …..η

પ્રત્યેક ઘટક વચ્ચે કલા-તફાવત શૂન્ય હોય છે. પાંચ ઘટકોના આવા એરે માટે કિરણપુંજ વિસ્તાર 59^o છે.

5. ઑપ્ટિમમ એરે : આ પ્રકારમાં બ્રૉડસાઇડ તથા બાઇનોમિયલ એરેની લાક્ષણિકતાઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. તેના વિકિરણ આલેખમાં મુખ્ય અંશનો કિરણપુંજ વિસ્તાર નાનો અને તેની તુલનાએ ગૌણ અંશની તીવ્રતા ઓછી હોય છે. પાંચ ઘટકોના બનેલા આવા એરે માટે વિદ્યુતપ્રવાહનું મૂલ્ય 1 : 1 : 6 : 1.9 : 1.6 : 1 છે તથા બે પાસેપાસેના ઘટકો વચ્ચેનો કલા-તફાવત શૂન્ય હોય છે. મુખ્ય અંશનો કિરણપુંજ વિસ્તાર 27^o જેટલો છે. ગૌણ અંશની તીવ્રતા બ્રૉડસાઇડ એરે કરતાં ઓછી હોય છે. વિદ્યુતપ્રવાહના મૂલ્યની ગણતરી તથા તેટલા જ મૂલ્યનો વિદ્યુતપ્રવાહ પ્રદાન કરવામાં મુશ્કેલી હોય છે. આથી સામાન્ય વપરાશમાં બ્રૉડસાઇડ એરેનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

6. યાગી એરે (ટી.વી. રિસીવર ઍન્ટેના) : યાગી એરેમાં સક્રિય અને અક્રિય એવા બંને ઘટકો હોય છે. સામાન્યત: સક્રિય ઘટક તરીકે ‘ફોલ્ડેડ ડાઇપોલ’ વપરાય છે. પ્રસારણ-લાઇનનો પ્રતિબાધ અને ‘ફોલ્ડેડ ડાઇપોલ’નો આદાન-પ્રતિબાધ સરખા હોવાથી શક્તિનું રૂપાંતર મહત્તમ થાય છે. સામાન્ય ડાઇપોલનો અવરોધ 73 ઓહમ છે જ્યારે ફોલ્ડેડ ડાઇપોલનો 73 × 4 = 298 એટલે ~ 300 ઓહમ જેટલો હોય છે. અક્રિય ઘટકોને બે વિભાગમાં વહેંચી શકાય : (1) રિફ્લેક્ટર (2) ડિરેક્ટર.

આકૃતિ(1)માં દર્શાવ્યા પ્રમાણે જે દિશામાંથી પ્રસારણ ઝીલવાનું હોય તે દિશા તરફના ઘટકને ડિરેક્ટર કહે છે. ફોલ્ડેડ ડાઇપોલની પાછળની તરફ આવેલા ઘટકને રિફ્લેક્ટર કહે છે. ડાઇપોલની લંબાઈ જેટલી હોય છે. પરાવર્તક(રિફ્લેક્ટર)ની લંબાઈ કરતાં વધુ એટલે કે 0.58λ જેટલી હોય છે. ડાયપોલથી તેનું અંતર આશરે 0.1λ હોય છે. પ્રયોગો ઉપરથી જણાયું છે કે એક કરતાં વધુ પરાવર્તક વાપરવાથી ઍન્ટેનાની દિકશીલતામાં કોઈ ખાસ વધારો થતો નથી. ઘણી વખત સાદા પરાવર્તકને બદલે ગોળ કે ચોરસ સપાટીવાળો પરાવર્તક વાપરવામાં આવે છે.

ડિરેક્ટરની સંખ્યા એક કરતાં વધુ હોવાથી, ઍન્ટેનાના પ્રવર્ધનમાં વધારો થાય છે. તેની લંબાઈ 0.45λ જેટલી હોય છે. સંખ્યા વધતી જાય તેમ તે ક્રમશ: ઘટતી જાય છે. રેડિયો આવૃત્તિએ થતું પ્રસારણ, F.M. પ્રસારણ તથા ટેલિવિઝન પ્રસારણ અને અભિસંગ્રહણમાં યાગી એરેનો સુગમતાથી ઉપયોગ કરી શકાય છે.

વિવિધ પ્રકારના ઍન્ટેના : ઍન્ટેનાના જુદા જુદા પ્રકાર નીચે પ્રમાણે છે :

(1) રૉહ્મ્બિક ઍન્ટેના

(2) લૂપ ઍન્ટેના

(3) હેલિકલ ઍન્ટેના

(4) પૅરાબૉલિક-રિફ્લેક્ટર ઍન્ટેના

(1) રૉહ્મ્બિક ઍન્ટેના : HF અને VHFના પ્રસારણ તેમજ અભિસંગ્રહણ માટે આ પ્રકારના દિકશીલ ઍન્ટેનાનો બહોળો ઉપયોગ થાય છે. તે બિનઅનુનાદી પ્રકારનો છે. ‘l’ લંબાઈના ચાર જુદા જુદા તારના સમચતુર્ભુજ (rhombus) આકારનો, આ ઍન્ટેના છે. પ્રત્યેક તારની લંબાઈ (l), λ કરતાં વધુ હોય છે. જેમ કે 4λ, 6λ, 8λ, વગેરે. સમચતુર્ભુજના દૂરના છેડાને તેના લાક્ષણિક પ્રતિબાધ મૂલ્ય R જેટલા અવરોધ સાથે જોડેલો હોય છે. આ કારણે આવા ઍન્ટેનામાંથી ફક્ત પ્રગામી તરંગ પસાર થતો હોય છે અને પરાવર્તિત તરંગનું અસ્તિત્વ હોતું નથી.

જ્યારે બે ભુજા વચ્ચેનો કોણ (Φ), જમીનથી ઍન્ટેનાની તરંગલંબાઈમાં ઊંચાઈ (h) અને ભુજાની તરંગલંબાઈમાં લંબાઈ (l)ની યોગ્ય ગોઠવણી હોય, ત્યારે આ ઍન્ટેના વડે મળતી દિકશીલતા તેમજ મળતું પ્રવર્ધન મહત્તમ હોય છે. તેના દ્વારા મળતા ભૂપૃષ્ઠ વિકિરણ આલેખ તથા ઊર્ધ્વપૃષ્ઠ વિકિરણ આલેખના સંયોજનથી શંકુ આકારનો વિકિરણ આલેખ મળે છે, આવા ઍન્ટેનાનો ઉપયોગ એક કરતાં વધુ આવૃત્તિ માટે કરી શકાય છે. VHF ટી.વી. રિસીવર માટે પણ તેનો ઉપયોગ કરી શકાય.

(2) લૂપ ઍન્ટેના : રેખીય (linear) ઍન્ટેનાનું વર્તુળાકાર કે સમચોરસ આકારમાં રૂપાંતર કરવામાં આવે તો તેના વિકિરણમાં દિકશીલતા આવી જાય છે. તેથી તેનો ઉપયોગ દિશાશોધક કે દિશાપ્રેષક તરીકે થઈ શકે છે. દિકશીલતાનો આધાર તેના ક્ષેત્રફળ પર હોય છે. જો લૂપને સમક્ષિતિજ રાખવામાં આવે તો તેના વડે ઉત્પન્ન થતું વિદ્યુતક્ષેત્ર, ઊર્ધ્વ રાખેલા ડાઇપોલથી ઉત્પન્ન થતા વિદ્યુતક્ષેત્રની દિશામાં હોય છે. આ કારણે લૂપને ચુંબકીય ડાઇપોલ પણ કહે છે. આ ઍન્ટેનાનો ઉપયોગ માર્ગભૂલ્યાં જહાજ તેમજ ભયસૂચક સંદેશા મોકલાવી રહેલ જહાજનાં, દિશા તથા સ્થાન શોધવા માટે કરવામાં આવે છે.

(3) હેલિકલ ઍન્ટેના : આ ઍન્ટેના રેખીય ઍન્ટેના તથા લૂપ ઍન્ટેનાને જોડતી કડી છે. આકૃતિ 2 (a) અને 2 (b)માં દર્શાવ્યા પ્રમાણે હેલિકલને સંપૂર્ણ રીતે વર્ણવવા માટે નીચેનાં પદ આવશ્યક છે :

D = હેલિક્સનો વ્યાસ

C = હેલિક્સનો પરિઘ = π.D

S = હેલિક્સના બે આંટા વચ્ચેનું અંતર

α = પીચ કોણ

L = હેલિક્સના પ્રત્યેક આંટાની લંબાઈ

A = અક્ષ પરની લંબાઈ = η..S

d = હેલિક્સના વાહક તારનો વ્યાસ

α = 0^o થાય ત્યારે હેલિક્સ મટીને લૂપ બને છે.

α = 90^o વખતે તે રેખીય ઍન્ટેનાનું સ્વરૂપ લે છે. તેને બે મુખ્ય ભાગમાં વિભાજિત કરી શકાય :

1. રેડિયેશન મોડ 2. ટ્રાન્સમિશન મોડ

સામાન્યત: હેલિક્સમાં દીર્ઘવૃત્તીય (elliptical) પ્રકારનું ધ્રુવીભવન થતું હોય છે. X તેમજ Y-અક્ષની દિશામાંનું વિદ્યુતક્ષેત્ર સરખું હોય તો વર્તુળાકાર પ્રકારનું ધ્રુવીભવન મળે છે. હેલિક્સના રેડિયેશન મોડનો ઉપયોગ માઇક્રોવેવ ટ્યૂબ – ટ્રાવેલિંગ ટ્યૂબમાં થાય છે. ટ્રાન્સમિશન મોડનો ઉપયોગ, પ્રસારિત થતા તરંગની દિશા, ધ્રુવીભવન વગેરેનો ખ્યાલ ન હોય ત્યારે રિસીવિંગ ઍન્ટેના તરીકે થાય છે.

હેલિક્સ ઍન્ટેના જુદાં જુદાં સ્વરૂપે જોવા મળી શકે છે. ઉદા. તરીકે વ્યાસ ધીમે ધીમે ઘટતો હોય અથવા વધીને પછી ઘટતો હોય. આંટા સવળી (clockwise) કે અવળી (anti-clockwise) દિશામાં વાળેલા હોય. બે આંટા વચ્ચેનું અંતર ચોક્કસ હોય અથવા ક્રમશ: વધતું કે ઘટતું હોય.

4. પૅરાબૉલિક–રિફ્લેક્ટર ઍન્ટેના : આ પ્રકારના ઍન્ટેના VHF માટે વપરાય છે. ઍલ્યુમિનિયમ કે અન્ય ધાતુની સપાટી અથવા જાળીની મદદથી પરવલયાકાર પરાવર્તક (parabolic reflector) બનાવવામાં આવે છે. તેના કેન્દ્ર ઉપર અર્ધતરંગ ડાઇપોલ કે હૉર્ન જેવા સક્રિય ઍન્ટેના ગોઠવવામાં આવે છે; જે અભિગ્રહણ તથા પ્રસારણ માટે ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે. આ ઍન્ટેનાનું મુખ લંબચોરસ કે વર્તુળ આકારનું પણ હોઈ શકે. તેનાં દિકશીલતા તથા પ્રવર્ધનનો આધાર તેના મુખના ક્ષેત્રફળ ઉપર રહેલો છે. આકૃતિ(3)માં ધનપરવલયનો એક સમતલ છેદ (plane section) દર્શાવેલ છે.

આકૃતિમાં O બિંદુ પરવલયનું કેન્દ્ર છે. તેની આગળથી વિકિરિત થતાં વિદ્યુતક્ષેત્રો, પરવલયની સપાટી પરથી પરાવર્તન પામી, મુખ MMમાંથી પસાર થતાં, તે બધાં ક્ષેત્રો સમાન કલાવાળાં બને છે. પરવલયના મુખનું ક્ષેત્રફળ જેમ મોટું તેમ વિકિરણ આલેખ સાંકડો બને છે અને તેમ કરવાથી વિભેદનક્ષમતા વધે છે.

ઉપગ્રહ સંદેશાવ્યવહારમાં આશરે 30 મીટર વ્યાસના મુખવાળો પરવલય ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે. હાલમાં માઇક્રોવેવ તરંગો દ્વારા થતા ટેલિફોન સંદેશાવ્યવહારમાં પરવલયાકાર પરાવર્તકનો ઉપયોગ થતો હોય છે.

જનાર્દન વાસુદેવ દવે