एंटीना प्रतिबाधा का महत्व
इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में आसानी के लिए, हम अक्सर एंटीना प्रतिबाधा के वास्तविक और काल्पनिक भागों को एकीकृत स्मिथ (Smith) चार्ट के माध्यम से देखते और समायोजित करते हैं। इसके अलावा, स्टैंडिंग वेव अनुपात (VSWR) और रिटर्न लॉस भी प्रतिबाधा का निरीक्षण करने के लिए हमारे द्वारा उपयोग किए जाने वाले महत्वपूर्ण पैरामीटर हैं। हम बाद में इन संकेतकों पर विस्तार से चर्चा करेंगे, आज इसे विस्तारित नहीं करेंगे।
प्रतिबाधा पर वापस आते हुए, आप जानते हैं कि आरएफ सिस्टम के लिए, आरएफ सिस्टम के विभिन्न मॉड्यूल के बीच आरएफ सिग्नल ट्रांसमिशन के लिए प्रतिबाधा मिलान की आवश्यकता होती है। असंतुलन होने पर, आरएफ ट्रांसमिशन सिग्नल का बड़ा हिस्सा परावर्तित हो जाता है। यह स्थिति एक ओर ऊर्जा की बर्बादी करती है, वहीं दूसरी ओर परावर्तित ऊर्जा आरएफ सिस्टम के सामान्य संचालन को प्रभावित कर सकती है।
आरएफ सिस्टम के लिए, एंटीना को आरएफ सिस्टम में एक लोड के रूप में माना जा सकता है। इसलिए एंटीना की इनपुट प्रतिबाधा बेहद महत्वपूर्ण है, क्योंकि एंटीना प्रतिबाधा के आरएफ फीडलाइन प्रतिबाधा के साथ असंतुलित होने पर फीडलाइन पर प्रसारित ऊर्जा परावर्तित हो जाती है। इससे आरएफ सिस्टम पर अधिकतम संभव ऊर्जा संचारित नहीं हो पाती, जिससे पहले बताई गई ऊर्जा बर्बादी जैसी समस्याएं उत्पन्न होती हैं। एंटीना प्रतिबाधा असंतुलन जितना गंभीर होगा, परावर्तित ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी। यही कारण है कि एंटीना का प्रतिबाधा मिलान किया जाता है।
आदर्श स्थिति यह है कि एंटीना की इनपुट प्रतिबाधा शुद्ध प्रतिरोधक हो और फीडलाइन की विशेषता प्रतिबाधा के बराबर हो। इस स्थिति में एंटीना और फीडलाइन के बीच कोई शक्ति परावर्तन नहीं होता है, और उनके बीच संचरण में कोई ऊर्जा हानि नहीं होती है। बेशक, यह आदर्श स्थिति व्यवहार में मौजूद नहीं है, क्योंकि इंजीनियरिंग में, चाहे एंटीना की प्रतिबाधा हो या फीडलाइन की प्रतिबाधा, वे केवल हमारी वांछित विशेषता प्रतिबाधा के करीब पहुंच सकती हैं, लेकिन आदर्श प्रतिबाधा से कुछ अंतर अवश्य रहता है। विभिन्न आरएफ सिस्टम और एंटीना के सुचारू और कुशल संचालन को सुनिश्चित करने के लिए, मोबाइल संचार इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद आमतौर पर आरएफ मॉड्यूल और एंटीना की विशेषता प्रतिबाधा ५०Ω परिभाषित करते हैं। इसीलिए एंटीना को आम तौर पर ५०Ω प्रतिबाधा के अनुसार डिज़ाइन किया जाता है।
अगर एंटीना की स्वयं की प्रतिबाधा अच्छी नहीं है, तो क्या प्रतिबाधा मिलान करना असंभव है? जवाब है नहीं। जब एंटीना की अपनी प्रतिबाधा अच्छी नहीं होती है, तो हम श्रृंखला और समानांतर संधारित्र (कैपेसिटर) और प्रेरक (इंडक्टर) का उपयोग करके एंटीना प्रतिबाधा को समायोजित और सुधार सकते हैं। इस स्थिति में, हम एंटीना बॉडी और मिलान के लिए उपयोग किए जाने वाले संधारित्र और प्रेरक घटकों को एक समग्र इकाई के रूप में मानते हैं। जब यह समग्र प्रतिबाधा उपयुक्त हो (लगभग ५०Ω के करीब), तो यह भी प्रतिबाधा मिलान में सक्षम होती है।
एंटीना प्रतिबाधा को प्रभावित करने वाले कारक
तो एंटीना की इनपुट प्रतिबाधा किन कारकों द्वारा निर्धारित होती है? सामान्यतः, एंटीना की इनपुट प्रतिबाधा निर्धारित करने वाले तीन कारक होते हैं:
१. एंटीना की स्वयं की संरचना और आकार;
२. एंटीना का कार्य आवृत्ति;
३. एंटीना के आसपास का वातावरण।
इन तीनों कारकों में से कोई भी परिवर्तित होने पर, एंटीना की इनपुट प्रतिबाधा बदल जाती है, जिसका अर्थ है कि एंटीना का प्रदर्शन बदल जाता है। कारक १ यह बताता है कि एंटीना का अपना आकार उसकी प्रतिबाधा को बदल सकता है। कारक २ यह बताता है कि एंटीना की कार्य आवृत्ति महत्वपूर्ण है, क्योंकि एक ही एंटीना की प्रतिबाधा विभिन्न कार्य आवृत्तियों पर अलग-अलग होती है।
उपरोक्त दो कारक तो अधिकांश लोग जानते हैं, लेकिन यहां कारक ३ पर ध्यान देना महत्वपूर्ण है: एंटीना के आसपास का वातावरण। इसका मतलब यह है कि समान एंटीना समान कार्य आवृत्ति पर, जब एंटीना का परिवेश अलग होता है, तो उसकी प्रतिबाधा पूरी तरह से अलग होगी। यही कारण है कि कई अंतर्निहित (इनबिल्ट) एंटीना जो अपने आप को उच्च प्रदर्शन वाला बताते हैं, जब हम उन्हें खरीदकर अपने वास्तविक इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों में उपयोग करते हैं, तो अक्सर उनका प्रदर्शन बहुत खराब या बिल्कुल भी काम नहीं करता पाते हैं। यह इसलिए होता है क्योंकि हमारे वास्तविक उपयोग के दौरान एंटीना के आसपास का वातावरण, उसके विकास के समय के वातावरण से मेल नहीं खाता है। इसलिए, जब एंटीना का परिवेश जटिल होता है, तो एंटीना को विशेष रूप से अनुकूलित (कस्टम) डिज़ाइन करना अत्यंत आवश्यक होता है, विशेषकर अंतर्निहित एंटीना के मामले में।
प्रतिबाधा पर वापस आते हुए, आप जानते हैं कि आरएफ सिस्टम के लिए, आरएफ सिस्टम के विभिन्न मॉड्यूल के बीच आरएफ सिग्नल ट्रांसमिशन के लिए प्रतिबाधा मिलान की आवश्यकता होती है। असंतुलन होने पर, आरएफ ट्रांसमिशन सिग्नल का बड़ा हिस्सा परावर्तित हो जाता है। यह स्थिति एक ओर ऊर्जा की बर्बादी करती है, वहीं दूसरी ओर परावर्तित ऊर्जा आरएफ सिस्टम के सामान्य संचालन को प्रभावित कर सकती है।
आरएफ सिस्टम के लिए, एंटीना को आरएफ सिस्टम में एक लोड के रूप में माना जा सकता है। इसलिए एंटीना की इनपुट प्रतिबाधा बेहद महत्वपूर्ण है, क्योंकि एंटीना प्रतिबाधा के आरएफ फीडलाइन प्रतिबाधा के साथ असंतुलित होने पर फीडलाइन पर प्रसारित ऊर्जा परावर्तित हो जाती है। इससे आरएफ सिस्टम पर अधिकतम संभव ऊर्जा संचारित नहीं हो पाती, जिससे पहले बताई गई ऊर्जा बर्बादी जैसी समस्याएं उत्पन्न होती हैं। एंटीना प्रतिबाधा असंतुलन जितना गंभीर होगा, परावर्तित ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी। यही कारण है कि एंटीना का प्रतिबाधा मिलान किया जाता है।
आदर्श स्थिति यह है कि एंटीना की इनपुट प्रतिबाधा शुद्ध प्रतिरोधक हो और फीडलाइन की विशेषता प्रतिबाधा के बराबर हो। इस स्थिति में एंटीना और फीडलाइन के बीच कोई शक्ति परावर्तन नहीं होता है, और उनके बीच संचरण में कोई ऊर्जा हानि नहीं होती है। बेशक, यह आदर्श स्थिति व्यवहार में मौजूद नहीं है, क्योंकि इंजीनियरिंग में, चाहे एंटीना की प्रतिबाधा हो या फीडलाइन की प्रतिबाधा, वे केवल हमारी वांछित विशेषता प्रतिबाधा के करीब पहुंच सकती हैं, लेकिन आदर्श प्रतिबाधा से कुछ अंतर अवश्य रहता है। विभिन्न आरएफ सिस्टम और एंटीना के सुचारू और कुशल संचालन को सुनिश्चित करने के लिए, मोबाइल संचार इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद आमतौर पर आरएफ मॉड्यूल और एंटीना की विशेषता प्रतिबाधा ५०Ω परिभाषित करते हैं। इसीलिए एंटीना को आम तौर पर ५०Ω प्रतिबाधा के अनुसार डिज़ाइन किया जाता है।
अगर एंटीना की स्वयं की प्रतिबाधा अच्छी नहीं है, तो क्या प्रतिबाधा मिलान करना असंभव है? जवाब है नहीं। जब एंटीना की अपनी प्रतिबाधा अच्छी नहीं होती है, तो हम श्रृंखला और समानांतर संधारित्र (कैपेसिटर) और प्रेरक (इंडक्टर) का उपयोग करके एंटीना प्रतिबाधा को समायोजित और सुधार सकते हैं। इस स्थिति में, हम एंटीना बॉडी और मिलान के लिए उपयोग किए जाने वाले संधारित्र और प्रेरक घटकों को एक समग्र इकाई के रूप में मानते हैं। जब यह समग्र प्रतिबाधा उपयुक्त हो (लगभग ५०Ω के करीब), तो यह भी प्रतिबाधा मिलान में सक्षम होती है।
एंटीना प्रतिबाधा को प्रभावित करने वाले कारक
तो एंटीना की इनपुट प्रतिबाधा किन कारकों द्वारा निर्धारित होती है? सामान्यतः, एंटीना की इनपुट प्रतिबाधा निर्धारित करने वाले तीन कारक होते हैं:
१. एंटीना की स्वयं की संरचना और आकार;
२. एंटीना का कार्य आवृत्ति;
३. एंटीना के आसपास का वातावरण।
इन तीनों कारकों में से कोई भी परिवर्तित होने पर, एंटीना की इनपुट प्रतिबाधा बदल जाती है, जिसका अर्थ है कि एंटीना का प्रदर्शन बदल जाता है। कारक १ यह बताता है कि एंटीना का अपना आकार उसकी प्रतिबाधा को बदल सकता है। कारक २ यह बताता है कि एंटीना की कार्य आवृत्ति महत्वपूर्ण है, क्योंकि एक ही एंटीना की प्रतिबाधा विभिन्न कार्य आवृत्तियों पर अलग-अलग होती है।
उपरोक्त दो कारक तो अधिकांश लोग जानते हैं, लेकिन यहां कारक ३ पर ध्यान देना महत्वपूर्ण है: एंटीना के आसपास का वातावरण। इसका मतलब यह है कि समान एंटीना समान कार्य आवृत्ति पर, जब एंटीना का परिवेश अलग होता है, तो उसकी प्रतिबाधा पूरी तरह से अलग होगी। यही कारण है कि कई अंतर्निहित (इनबिल्ट) एंटीना जो अपने आप को उच्च प्रदर्शन वाला बताते हैं, जब हम उन्हें खरीदकर अपने वास्तविक इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों में उपयोग करते हैं, तो अक्सर उनका प्रदर्शन बहुत खराब या बिल्कुल भी काम नहीं करता पाते हैं। यह इसलिए होता है क्योंकि हमारे वास्तविक उपयोग के दौरान एंटीना के आसपास का वातावरण, उसके विकास के समय के वातावरण से मेल नहीं खाता है। इसलिए, जब एंटीना का परिवेश जटिल होता है, तो एंटीना को विशेष रूप से अनुकूलित (कस्टम) डिज़ाइन करना अत्यंत आवश्यक होता है, विशेषकर अंतर्निहित एंटीना के मामले में।