RADYO.
Doğada çok geniş bir elektromagnetik ışınım tayfı, yani ışınım dalga boyu
aralığı vardır. Işınımın saniyedeki salınım ya da titreşim sayısına bağlı
olarak, bu tayfın en üst ucunda kozmik ışınlar yer alır; kozmik ışınları
sırasıyla gamma ışınları, X ışınları, morötesi ışınlar, görünür ışık ve
kızılötesi ışınlar izler. Tayfın alt ucunda ise radyo dalgaları bulunur.
Eğer sesler kendileriyle aynı frekansta elektrik
salınımlarına dönüştürülürse, elektromagnetik dalgalar aracılığıyla uzaklara
taşınabilir. İşte radyo iletişiminde, seslerin bu elektriksel kopyalarının
elektromagnetik dalgalarca taşınmasından yararlanılır. Elektrik salınımı,
sürekli olarak tek bir yönde akmak yerine, akış yönü düzenli aralıklarla
tersine dönen bir elektrik akımıdır. Birbirini izleyen bu yön değiştirmelerden
bir tam dönüşe "çevrim"; çevrim sıklığına, yani bir saniyedeki
çevrim sayısına da "frekans" denir.
Radyo dalgalarının frekans aralığı yaklaşık 30 milyon
kHz ile 10 kHz arasındadır (kHz, kilohertzin kısaltılmışıdır; 1 kHz, saniyede
1.000 çevrimlik bir salınım demektir). Bu dalgalar uzayda saniyede yaklaşık
300.000 km hızla yayılır.
Radyo İletişiminin İlk Günleri
19.
yüzyıla kadar radyo dalgalarına ilişkin hiçbir şey bilinmiyordu. 1864'te İskoç
matematikçi James Clerk Maxwell, elektromagnetik tayf üzerindeki kuramsal
çalışmaları sonucunda, frekansı kızılötesi dalgaların frekansından daha düşük,
yani dalga boyu onlarınkinden daha kısa dalgaların bulunması gerektiğini saptadı.
Ama, gözle görülmeyen bu gizemli dalgaları ancak 22 yıl sonra Alman bilim adamı
Heinrich Hertz üretmeyi başardı; bu dalgaların da yansıma, kırılma ve girişim
gibi optik yasalarına uyduğunu ortaya çıkardı. Ama ne Hertz, ne de dönemin öbür
bilim adamları bu dalgalar için pratik bir kullanım alanı bulabildi.
O dönemde Hertz'in adıyla anılan bu dalgalar 1894-95'e
kadar yalnızca ilginç sonuçlar veren bir laboratuvar araştırma konusu olarak
kaldı. Mors anahtarı ve anten sistemini, Hertz vericisiyle birlikte ilk kez
kimin kullandığı tartışmalıdır. Ama bu kişi ya Rus bilim adamı Aleksandr
Stepanoviç Popov (1859-1906) ya da o tarihlerde adı henüz duyulmamış genç bir
araştırmacı olan İtalyan Guglielmo Marconi'ydi. Popov, Rusya'da Çarlık Deniz
Kuvvetleri'nde gizli bir görevde çalışıyordu; Marconi de çalışmalarını gizlilik
içinde yürütüyordu, bu nedenle de buluşa ilişkin kesin bir tarih saptamak ve
bunlardan hangisinin bu buluşu daha önce gerçekleştirdiğini söylemek
olanaksızdır. Gene de Marconi'nin radyonun gelişmesindeki katkısının çok büyük
olduğunu söylemek yanlış olmaz.
1896'da Marconi İngiltere'ye gitti ve geliştirdiği
"telsiz aygıtını orada sergiledi. Bunun vericisi Hertz'in kullandığı
vericinin bir benzeriydi. Vericinin indükleme bobini bataryaya bağlandığında,
birbirine yakın yerleştirilmiş iki metal küre arasında yüksek bir elektrik
gerilimi oluşuyor ve Marconi'nin Hertz'in aygıtına eklemiş olduğu mors
anahtarına basıldıkça, bu gerilim nedeniyle bir küreden ötekine kıvılcım
atlıyordu.
Marconi, kıvılcım atlama aralığının bir yanma bir tel
anten bağlamış, öbür yanını ise topraklamış, yani ikinci küre ile toprak arasına
bir bağlantı teli çekmişti. Böylece iki küre arasındaki kıvılcım atlamaları
antenden uzaya yayılan bir dizi salınım yaratıyor; bu da mors anahtarına daha
uzun ya da daha kısa süreli basarak, antenden mors alfabesine uygun işaretler
yaymayı olanaklı kılıyordu.
Alıcı, koherör denen
bir aygıttı. Bu aygıt, içine gevşek halde metal parçacıkları doldurulmuş küçük
bir cam tüpten oluşuyordu ve bir anten ile toprak arasına bağlanmıştı. Alıcı
antende herhangi bir sinyal yokken metal parçacıkların elektrik direnci yüksek
bir düzeyde kalıyordu. Ama, antene bir sinyal ulaşır ulaşmaz metal dolgu
sıkışıyor ve direnci önemli ölçüde azalıyordu. Direnç bu biçimde azaldığında
elektromekanik röleler harekete geçiyor ve bir mors yazıcısını çalıştırıyordu.
Koherörün bir sakıncası şuydu: Sinyalin neden olduğu her sıkışma sonrasında
metal parçacıklarını yeniden yüksek dirençli duruma getirmek için tüpe hafifçe
vurulması gerekiyordu. Bu, tüpe bir elektrikli zil mekanizmasının çekiciyle
otomatik olarak vurulması yoluyla gerçekleştiriliyordu.
Vericideki
operatör mors alfabesiyle bir mesaj yolladığında, bu mesajı taşıyan radyo
dalgaları alıcı tarafından toplanıyor ve sonuçta kâğıt bir şerit üzerinde,
mors karakterleriyle basılı hale geliyordu. Bu yeni telsiz aygıtının erimi
yalnızca birkaç kilometreydi ve bu yöntemle mesajlar çok yavaş iletilebiliyordu.
Ayrıca istenilen frekansta çalışılamıyordu, bu nedenle de birbirinin menzili
içinde kalan iki verici aynı anda çalıştırılamıyordu. Çalıştırıldığında ise
alıcılar her iki mesajı da eşzamanlı olarak alıyor ve ortaya karmaşık sonuçlar
çıkıyordu.
Ama
1896 ile 1901 arasında Marconi bu alanda büyük bir yenilik gerçekleştirdi. Bataryayla
çalışan masa üstü vericilerin yerini, ilk olarak İngiltere'nin güneybatısında
Cornwall'daki Poldhu kayalıkları üzerinde kurulan yüksek güçte bir istasyon
aldı. Frekans ayar ya da seçme devresi geliştirildi ve böylece istasyonlar
arasındaki girişim önlendi; ayrıca alıcılar daha gelişkin hale getirildi.
1901'de Marconi, Poldhu'dan gönderilen sinyallerin Atlas Okyanusu'nu aşarak
Kanada'nın doğusundaki Newfoundland,da St. John's'a kadar
ulaştırıldığını bütün dünyaya duyurdu.
İyonosfer
Aslında o dönemin
bilgilerine göre böyle bir şey kuramsal olarak olanaksızdı. Hertz, radyo
dalgalarının optik yasaları uyarınca düz bir hat üzerinde yol aldığını
göstermişti. Bu durumda, radyo dalgalarının Avrupa ile Amerika arasında düz bir
yol izleyerek Atlas Okyanusu'nu aşabilmesi için her iki yanda da yükseklikleri
150 kilometreyi aşan antenlerin kurulu olması gerekmez miydi? Marconi'nin
tanığı yoktu ve bu nedenle aynı telsiz mesajını 1902'de bir dizi gözlemcinin
önünde tekrarlayana kadar ileri sürmüş olduğu sav kabul görmedi.
Kuramsal
açıdan dalgaların ufuk çizgisinin hemen ötesinde Dünya'nın yüzeyinden ayr4ıp
uzayda kaybolması gerekirken, Marconi'nin gerçekleştirdiği deneyde, Dünya'nın
eğriliğini izleyerek yol alıyorlarmış gibi bir sonucun ortaya çıkması nasıl
açıklanabilirdi? Başlangıçta buna kimse yanıt getiremedi. Ama 1902'de ABD'li
elektrik mühendisi Arthur E. Kennelly ve İngiliz fizikçi Oliver Heaviside,
Dünya atmosferinin üst katmanlarında ayna görevi gören ve radyo dalgalarını
yeniden Dünya'ya yansıtan bir iyonlaşma
katmanının (elektrik yüklü parçacıklardan oluşan bir katman) bulunduğunu öne
sürdüler. Önceleri bu iddiayı pek az kişi kabul etti. Ama 1924'te İngiliz bilim
adamı Edward Appleton, Kennelly-Heaviside katmanının varlığını deneysel olarak
belirledi.
Aslında Dünya'nın çevresinde farklı yükseltilerde
birkaç iyonlaşma katmanı vardır. İki ana grup halinde kümeleşmiş olan bu
katmanlar, atmosferin üst kesimlerinde yer alan gaz atomlarındaki bazı
elektronların, Güneş'ten kaynaklanan morötesi ışınımın etkisiyle serbest
kalması sonucunda oluşur. Bu serbest elektronlar, radyo
dalgalarının bir bölümünü Dünya yüzeyine geri yansıtırlar; kalan bölümünü
iyonosfer denen katmanlar soğurur. Yeryüzüne geri yansıyan miktar, iyonlaşma
katmanının yoğunluğuna ve yüksekliğine, radyo dalgasının frekansına, iyonosfer
katmanıyla karşılaşma açısına ve bir dizi başka etmene bağlıdır.
İki ana katmandan birine (yeryüzünden yüksekliği 80 ile
140 km arasında olanına) Kennelly-Heaviside katmanı denir. Appleton katmanı
olarak bilinen öbür katman ise yeryüzünden yaklaşık 240 km yüksektedir. Bu
katmanlar olmasaydı, ilk uydu fırlatılıp Dünya çevresinde bir yörüngeye
oturtulana kadar uzun menzilli radyo iletişimi gerçekleştirilemezdi.
Radyo Dalgalarının Frekans Dağılım Aralığı
Radyo
dalgalarının frekans dağılım aralığı yedi ana banda ayrılır. Bu sınıflandırma
bilim adamları tarafından, dalgaların iletim özelliklerine bağlı olarak
yapılmıştır. Bir banttan öbürüne geçiş, ani bir sıçrama biçiminde değil, dalga
özelliklerinin giderek değişmesi biçiminde gerçekleşir; iki bandı birbirinden
ayıran kesin bir sınır yoktur.
Frekanslar
alçaktan yükseğe doğru sıralanacak olursa, ilk bant
çok alçak frekans (VLF; İngilizce Very Low
Frequency sözcüklerinin başharflerinden) bandıdır. Bu bantta yalnızca
birkaç özel amaçlı istasyon çalışır. Çok alçak frekanslı dalgalar hemen hemen
bütünüyle iyonosferden yansıtma yoluyla iletilir ve böylece yeryüzü ile
atmosferin oluşturduğu bir "kanal" içinde dünyanın bir noktasından
bir başka noktasına ulaştırılabilir. Bu nedenle VLF vericilerinin yayın alanı
çok geniştir, ama işletme maliyetleri yüksektir.
Alçak frekans (LF; İngilizce Low Frequ- ency sözcüklerinin başharflerinden)
bandında yayım alanı o kadar geniş değildir, çünkü bu banttaki dalgaların bir
bölümü iyonosferde soğurulur. Bununla birlikte LF istasyonlarının kapsadığı
yayım alanı hem gündüz, hem gece oldukça geniş olabilmektedir. Pek çok radyo
alçısının LF bandı ya da "uzun dalga"sı vardır. Ama pek az istasyon
bu banttan yayım yapar.
Orta frekans. (MF; İngilizce Medium Frequ ency sözcüklerinin başharflerinden)
bandındaki istasyonlarda dalga iletim özellikleri öbürlerinkinden tümüyle
farklıdır. Gündüz çok zayıf işitilen MF bandı ya da "orta dalga"
istasyonları hava karardıktan sonra, çoğu zaman başka yayınları bozacak ölçüde
güçlü alınmaya başlar. Ayrıca bu banttan gönderilen sinyaller zaman zaman
zayıflama eğilimi gösterir. Bu etkilerin nedeni iyonosferdir.
Yayımlanan
bütün radyo dalgalarının, iyonosferden yansıyarak yayılan dalgalar ve doğrudan
Dünya'nın yüzeyinden yayılan dalgalar olmak üzere iki bileşeni vardır.
Gündüzleri MF istasyonlarının yaydığı dalgalardan iyonosfere ulaşanlar hemen
hemen bütünüyle soğurulur ve bu nedenle de yayım alanındaki alıcı istasyonlar
gündüzleri yalnızca Yer dalgalarını alırlar (Yer dalgaları da oldukça geniş
bir alan içinde, düzenli olarak alınabilir). Ama iyonosfer katmanları Güneş'in
etkisiyle oluştuğundan, bu katmanların yoğunlukları ve yükseklikleri de hem
mevsimlere bağlı olarak, hem de gece ve gündüz farklılığından etkilenerek
değişir. Bu nedenle hava karardıktan sonra dalgaların iyonosferden yansıması
çok daha güçlü ve daha geniş açılı olur. İyonosferden yansıyıp yeryüzüne geri
dönen dalgalardan Yer dalgalarının yayılma alanı içine düşenler, sinyallerin
güçlenmesine ya da zayıflamasına yol açar. İyonosferden yansıyıp gelen dalgalar
bu kez yeryüzünden yansıyıp tekrar iyonosfere geri döner, ama oradan tekrar
Yer'e yansır. Bu yansımalar süre birkaç kez yinelenebilir ve sinyaller gündü
ulaşamadıkları yerlere hava karardıktan sonra bu yoldan ulaşabilir.
Kutup ışıkları dener
atmosfer etkileri, yüksek enerji yüklü parçacıkların iyonosfere girmesine
neden olur. Kutup ışıklarının görüldüğü sırada ansızın ortaya çıkan bu
iyonlaşmış parçacık birikimi, çoğu zaman radyo işaretlerinin uzayda yitip
gitmesine yol açar.
Yüksek frekans (HF;
İngilizce High Frequ- ency sözcüklerinin baş
harflerinden) bandının uzun yıllar kısa menzilli radyo yayınlarından başka bir
işe yaramayacağı düşünülmüştü. Ama bugün uzun menzilli iletişimde HF bandı ya
da "kısa dalga" yaygın olarak kullanılmaktadır. O dönemde böyle
sanılmasının nedeni, yüzeyden giden dalgaların (Yer dalgalarının) çok kısa
menzilli olması ve 1920'lere kadar radyo dalgalarının iyonosferden yansıması
konusunda hiçbir şeyin bilinmemesindendi. Radyo dalgalarının bir bölümünün
iyonosferin alt katmanlarının içine girdiği, ama bunların daha üstteki Appleton
katmanınca yansıtıldığı 1920'lerde keşfedildi. İlk yansıma, Yer dalgalarının
ulaşabileceği menzilin çok ötesinde bir yerde yeryüzüne geri döner ve birkaç
kez daha gidip geldikten sonra çok büyük bir uzaklığa ulaşır, hatta dünyanın
çevresini dolanabilir. Yer dalgalarının eriştiği uzaklık ile ilk yansıma
noktası arasında, hiçbir sinyalin işitilemediği bir bölge kalır.
Çok yüksek frekans
(VHF; İngilizce ery High Frequency
sözcüklerinin baş harflerinden), ultra yüksek
frekans (UHF; İngilizce Ultra High Frequency
sözcüklerinin baş harflerinden) ve süper yüksek
frekans (SHF; İngilizce Süper High Frequency
sözcüklerinin baş harflerinden) bantlarındaki istasyonların iyonosfere ulaşan
dalgalan, iyonosferin bütün katmanlarını geçip uzaya kaçar. Bu istasyonların
yüzeyden giden dalgalarının menzili frekans artışıyla kısalır ve SHF bandının
üst ucundaki dalgalar artık ufuk çizgisinin pek fazla ötesine geçemez.
Mühendisler istasyonları tepelerin ya da dağların üstünde kurarak bu uzaklığı
artırmaya çalışırlar.
Bu
bantlar kısa menzilli olmakla birlikte yaygın olarak kullanılır. Televizyon
görüntüsünü veren karmaşık sinyaller, teknik nedenlerle LF, MF ve HF bantları
üzerinden gönderilemez. Televizyon yayınlarında, menzilleri sırasıyla yaklaşık
60 km ve 35 km olan VHF ve UHF istasyonları kullanılır.
Radyo dalgasının frekansı ne kadar yüksekse,
taşıyabileceği telefon ya da telgraf sinyallerinin sayısı da o ölçüde büyük
olur. Örneğin bir SHF dalgası aynı anda 900 kadar telefon görüşmesinin
iletilebilmesini sağlar. İki kent arasında belirli aralıklarla kurulacak
istasyonların yardımıyla mesajlar hat boyunca tekrarlanabilir ve böylece
dalgaların kısa menzilli olmasının getirdiği sınırlamalar aşılabilir. Bu
tekrarlama otomatik olarak yapılabilir ve birbirinden ormanlar, ya da çöllerle
ayrılmış kentler arasında bu tür bir istasyon zinciri kurularak 1.500
kilometreye kadar olan uzaklıklara ulaşılabilir.
Eğer bir VHF dalgası iyonosfere dar bir açıyla girerse,
enerjinin çoğu uzaya kaçar. Ama bu dalganın küçük bir bölümü iyonosferde
saçılıma uğrar ve bunun da bir bölümü verici istasyona uzak bir noktada
yeryüzüne geri döner. Böylece bu "iyonosfer saçılımı"ndan
yararlanılarak verici istasyona uzaklıkları yaklaşık 1.500 kilometrenin
üzerinde olan noktalarda, oldukça duyarlı bir alıcıyla VHF dalgaları alınabilir.
Termoiyonik Lamba
1920'lere kadar hemen
hemen bütün radyo istasyonları mors alfabesiyle mesaj göndermek için
kullanılırdı. Radyo dalgaları aracılığıyla ve mors alfabesiyle mesaj iletimine telsiz telgraf denir. O dönemde vericilerde lamba
kullanılmazdı; radyo dalgası üretmenin başlıca aracı, elektrik kıvılcımları,
Poulsen arkı ya da Alexanderson yüksek frekans alternatörüydü. Bu yöntemlerden
hiçbiri telsiz telefon tekniği, yani
konuşmaların ya da genel olarak seslerin radyo dalgaları biçiminde gönderilmesi
için uygun değildi.
1904'te
İngiliz bilim adamı Sir John Ambrose Fleming, termoiyonik diyot lambayı buldu;
ABD'li fizikçi Lee de Forest ise 1906'da bu lambaya ızgara denen üçüncü bir
parça ekledi.
Triyot lamba denen bu aygıt zayıf sinyalleri güçlendirebilmekteydi. Ama triyot
lambanın telsiz telefon için gerekli olan pürüzsüz salınımlar da üretebildiği
ancak 1913'te keşfedildi.
I.
Dünya SaVaşı sırasında triyot lambanın verimliliği ve çıkış gücü büyük ölçüde
artırıldı. 1918'e gelindiğinde pek çok ülkenin silahlı kuvvetlerinde alçak
güçlü telsiz telefonlar kullanılıyordu. Savaş sona erdiğinde radyo üreticileri
yeni bir pazar aramaya başladılar. Genel radyo yayını 1920'de başladı. Bugün
termoiyonik lambanın yerini büyük ölçüde transistor almıştır;
termoiyonik lamba ancak büyük çıkış gücünün gerekli olduğu yerlerde
kullanılmaktadır.
Radyo Nasıl
Çalışır
Ses
dalgaları farklı frekanslarda titreşir bu titreşimler stüdyoda mikrofonlarla
toplanır ve aynı frekanslardaki elektrik salınımlarına, yani elektrik
sinyallerine dönüştürülür. Bu sinyaller yükselteçlerden (amplifikatör)
geçirilerek güçlendirilir ve ardından bu "ses frekansları", vericide
üretilen daha yüksek frekanstaki radyo dalgalarının üzerine "bindirilir".
Bu radyo dalgaları ses frekanslarını vızaklara taşır. Ses sinyalleri ile
taşıyıcı radyo dalgalarının aynı dalga düzeninde birleştirilmesi, yani her iki
dalganın üst üste bindirilerek tek bir dalga haline getirilmesi gerekir; bu
işleme "modülasyon" denir. "Modüle edilmiş" ses sinyalleri
antene beslenir ve oradan elektromagnetik dalgalar biçiminde yayılır. İki tür
modülasyon sistemi vardır: Genlik modülasyonunda kısaca, elektrik salınımları
yüksek frekanslı taşıyıcı dalgaların genliğini değiştirir. Frekans modülasyonunda
(kısaca "FM") taşıyıcı dalganın genliği aynı kalır, ama frekansı ses
frekanslarıyla değişir. Televizyon vericilerinde görüntü sinyallerini göndermek
için AM, ses sinyalleri için de FM sisteminden yararlanılır.
Radyo alıcısında, iletkenlerden (bobinlerden) ve
sığaçlardan oluşan bir düzeneğin yardımıyla frekans ayarı yapılır ve böylece
istenen sinyaller alınır, öbür sinyaller ise alıcı devresinin dışında
bırakılır. Transistörler (ya da bugün pek fazla kullanılmayan radyo lambaları),
zayıflamış olarak alıcıya ulaşan sinyalleri güçlendirir. Ses frekansları
ayrılır ve elektrik salınımları hoparlöre gönderilerek burada yeniden ses
titreşimlerine dönüştürülür.
Uydular Aracılığıyla İletişim
Radyo
dalgalarıyla iletişimde son zamanlarda sağlanan en önemli ilerleme, Dünya
yörüngesine oturtulan uyduların yaygın olarak kullanılmaya başlanması olmuştur. VHF
ve öbür yüksek frekans bantlarında, yüzeyden yayılan radyo dalgalarından
yararlanılarak yapılan yayınların ulaşabileceği sınır, kabaca ufuk hattının
biraz ötesine kadar uzanır. Radyo vericisinden yayılan sinyalleri uzaydaki bir
uyduya göndermek ve oradan yeryüzüne geri yansıtmak, bu "ufuğu" çok
önemli ölçüde genişletir.
Diyelim ki, İngiltere'deki bir UHF istasyonu ABD'deki
benzer bir istasyonla iletişim kurmak istiyor. Dünya'nın eğriliği nedeniyle,
normal olarak bu gerçekleştirilemez. Ama, Atlas Okyanusu'nun üzerindeki bir
yörüngeye her iki istasyonu da doğrudan görebilen bir uydu yerleştirilmişse,
bu haberleşme başarılabilir. Sinyaller birinci istasyondan uyduya gönderilir;
uydu alıcısı bunları toplar ve güçlendirir. Sonra da bu sinyaller uydudaki küçük
bir vericiye aktarılır, buradan Dünya'daki alıcı istasyona gönderilir ve burada
yeniden güçlendirilir. Bu tür güçlendirmelerde yükseltici olarak maserlerden
yararlanılabilir. (Maser, "Uyarılmış Işınım Yayımıyla Mikrodalga
Yükseltimi" anlamına gelen İngilizce Microwave
Amplification by Stimulated Emission of Radiation sözcüklerinin
başharflerinden oluşturulmuştur.)
Bu tip bir haberleşme uydusunda, bütün alıcı ve verici
donanımları ile bunların yedekleri bulunur. Uydular, Dünya'dan roketlerle
fırlatılır ve yerden genellikle 36.000 km yüksekteki bir yörüngeye oturtulur.
Bu yükseklikte uydu, Dünya'nın çevresinde Dünya ile birlikte döner ve böylece
Dünya üzerindeki verici ve alıcı istasyonlara göre her zaman doğru konumda
kalır. Uydularda enerji, bataryalardan ya da güneş ışınlarını elektriğe çeviren
güneş pillerinden sağlanır. Gelecekte bunun için belki de nükleer enerji
kullanılacak ve böylece uydunun çalışma ömrü neredeyse sonsuz olacaktır.
Gezegenler arası yolculuklarda laserlerden yararlanma olanağı vardır. Laserin
ürettiği çok yoğun ışık demeti, sinyallerle modüle edilerek ses sinyalleri için
taşıyıcı dalga görevi görebilir.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder