विवर अनुस्पंदक : हे धातवीय संवाहकाचे पूर्ण बंदिस्त आवेष्टन असून विद्युत् चुंबकीय आंदोलनांचा स्त्रोत बनेल अशा रीतीने हे उद्दीपित केलेले असते. याला विवर, सूक्ष्मतरंग अनुस्पंदन विवर, अनुस्पंदनी विवर (कोटर) घटक, मेलित विवर, तरंग मार्गदर्शक अनुस्पंदक आणि ऱ्हंबॅट्रॉन असेही म्हणतात.
विवर अनुस्पंदक सहस्पंदनशील (स्वरांनी घुमणारे व स्वरघुमारा असलेले) आणि त्यामुळे ध्वनीच्या सुरांची सखोलता किंवा ⇨विद्युत् चुंबकीय तरंगांची तीव्रता वाढवू शकणारे बंदिस्त आवेष्टन असते. एखाद्या विवरात विशिष्ट कंप्रतेचे (दर सेकंदास होणाऱ्या कंपनसंख्येला कंप्रता म्हणतात) तरंग सोडले व विवराचे घनफळ एकसारखे बदलत गेले, तर एक ठराविक घनफळ झाले की, त्या विवरात एकदम अतिशय जोरदार आंदोलने निर्माण होतात. या आविष्काराला ⇨अनुस्पंदन म्हणतात. अनुस्पंदनाच्या वेळी चालक प्रेरणेची कंप्रता विवराच्या नैसर्गिक कंपनसंख्येएवढी होते. ध्वनीच्या बाबतीत अनुस्पंदन नेहमीच प्रत्ययास येते सूक्ष्मतरंगांच्या (सु. ०·३ ते ३० सेंमी. तरंगलांबी असलेल्या तरंगांच्या) बाबतीतही अनुस्पंदन होऊ शकते. कंपनदांडा, नादकाटा, वाद्यांचे तंतू, रेडिओ ग्राही व दूरचित्रवाणी संचामधील परिवाह (चॅनेल) मेलक इ. प्रणाली अनुस्पंदन प्रणालीही असतात. विवर अनुस्पंदकाच्या आवेष्टनात एका रूपातून दुसऱ्या रूपात आंदोलित होणारी ऊर्जा साठविली जाते. ध्वनीच्या बाबतीत कणांचा वेग आणि त्यांचे स्थानांतर यांमध्ये रूपांतर होत असते. विद्युत् चुंबकीय तरंगांच्या बाबतीत विद्युत् आणि चुंबकीय क्षेत्रांमध्ये ऊर्जा रूपांतरित होत असते.
ध्वनि-अनुस्पंदनी नलिका : ऑर्गन, पावा/बासरी इ. सुषिर वाद्यांचा सुरेलपणा वाढविण्यासाठी अनुस्पंदक म्हणून नळ्या वापरतात. या ध्वनिनलिकेची लांबी, सभोवतालच्या तापमानाला व दाबाला असणारा ध्वनीचा वेग, चालक प्रेरणेची (फुंकीची) तीव्रता आणि नळीची तोंडे (बाजू) उघडी आहेत की बंद आहेत यांनुसार साधारणपणे अनुस्पंदन कंप्रता ठरते. नलिकेच्या लांबीत जितक्या चतुर्थांश-किंवा अर्ध-तरंगलांब्या (नळीच्या तोंडाच्या स्थितीनुसार) मावत असतील, त्याच्या पटींशी निष्पन्न कंप्रता निगडीत असते. चालक प्रेरणा पुरेशी तीव्र असल्यास ती अधिस्वरक कंप्रतेची आंदोलने प्रेरित करू शकते. या आंदोलनांची कंप्रता मूळ कंप्रतेइतकी किंवा तिच्या एकाहून जास्त पूर्णांकी पटीत असते. एक तोंड बंद व दुसरे तोंड उघडे असणारा साध्या नळीचा ध्वनि-विवर अनुस्पंदक आ. १ मध्ये दाखविला आहे. दोन्ही तोंडे बंद किंवा उघडी असणाऱ्या इतर अनुस्पंदक नळ्यांना चालक प्रेरणा आत घुसविण्यासाठी एक भोक असते. ज्या तरंगांच्या अर्ध-तरंगलांबीच्या पूर्णांकी पटीत नळीची लांबी असेल फक्त अशाच अनुस्पंदनी कंप्रता यात वाजवी (चालण्यासारख्या) असू शकतात.
सूक्ष्मतरंग विवर अनुस्पंदक : हे एक प्रकारचे प्रवर्तक–धारित्र मंडलच असते. सोयीस्कर आकारमान, सोपी रचना, अतिउच्च गुणवत्ता गुणांक व पराउच्च पार्श्वमार्ग संरोध (प्रत्यावर्ती–उलटसुलट दिशांत वाहणाऱ्या–विद्युत् प्रवाहाला होणारा एकूण रोध) या गुणधर्मामुळे सूक्ष्मतरंगविज्ञानात (उदा., सूक्ष्मतरंगनिर्मिती) विवर अनुस्पंदक अतिशय उपयुक्त ठरले आहेत.
अचिउच्च रेडिओ कंप्रतेला पिडित मंडल अनुस्पंदकाऐवजी बंदिस्त अनुस्पंदनी विवर वापरल्यास प्रारणामुळे (तरंगरूपी ऊर्जेमुळे) होणारा व्यय टाळता येतो आणि रोधनी व्यय कमीत कमी करता येतो. विवर अनुस्पंदकात चुंबकीय आणि विद्युत् क्षेत्रे साठविली जातात. या दोन क्षेत्रांत ऊर्जेचे रूपांतर होत राहते आणि जर आदर्श विद्युत् अपार्य पदार्थाने विवरातील मोकळी जागा भरलेली असेल, तर रूपांतर होताना ऊर्जेचा व्यय फक्त विविराच्या संवाहक भित्तींवर होतो. विवराचा आकार व विवरातील विद्युत् चुंबकीय ऊर्जेच्या क्षेत्र वितरणाचा अनुमत (मान्य) प्रकार यांवर विवराची अनुस्पंदनी कंप्रता ठरते. विवराच्या आकारमानानुसार अनंत प्रकारचे क्षेत्र विन्यास (विद्युत् चुंबकीय क्षेत्रांचे प्रकार) आणि प्रत्येक क्षेत्र विन्यासासाठी कमीत कमी एक अशा अनुस्पंदनी कंप्रता विवर अनुस्पंदकात असू शकतात. विशिष्ट अटी पूर्ण करणाऱ्या अनुस्पंदनी कंप्रताच विवरात अनुमत असतात. सामान्य विवरे चित्तीय वा आयताकृती तरंग मार्गदर्शकाचे बंदिस्त छेद, पोकळ गोलक किंवा इतर सममिती (प्रमाणबद्ध) आकाराची असतात. चितीय विविर अनुस्पंदनी कंप्रताच विवरात अनुमत असतात. सामान्य विवरे चितीय वा आयताकृती तरंग मार्गदर्शकाचे बंदिस्त छेद, पोकळ गोलक किंवा इतर सममिती (प्रमाणद्ध) आकाराची असतात. चितीय विवर अनुस्पंदकाची कंप्रता (f0) समी. (१) चा उपयोग करून ठरविता येते. अनुस्पंदकातील प्रेषणतऱ्हेचे TE (ट्रान्सव्हर्स इलेक्ट्रिक विद्युत् क्षेत्र विविर अक्षाशी लंबरूप) आणि TM (ट्रान्सव्हर्स मॅग्नेटिकचुंबकीय क्षेत्र विविर अक्षाशी लंबरूप) असे दोन मुख्य वर्ग आहेत.
|
f0= |
c 2 L |
[ |
1 + |
( |
2 L KnIa |
)2 |
]1/2 |
… … (१) |
येथे a = त्रिज्या, L = विवर लांबी, c = प्रकाशवेग असून
k nl = J’n (k) चे i वे मूल (किंवा बीज) = 0 [अनुप्रस्थ विद्युत् (TE) प्रेषणतऱ्हेसाठी] किंवा k ni= Jn (k) चे i वे मूल = 0 [अनुप्रस्थ चुंबकीय (TM) प्रेषणतऱ्हेसाठी] आहे.
Jn (K) = 0 हे ‘न’ (n) अनुक्रमित बेसेल ⇨फलन आणि J’n (K) = 0 हे त्याचे अवकलज आहे.
[⟶ इलेक्ट्रॉनीय मापन], कारण त्याची अनुस्पंदन कंप्रता विवर लांबी (L) जुळवून घेऊन बदलता येते. ही गोष्ट आ. २ मध्ये स्पष्ट केली आहे. आ. २ (अ) मधील तरंगमापकाची अनुस्पंदन कंप्रता, f0 ची संवादी तरंगलांबी (l0) समी. (२) वापरून ठरविता येते.l0= 2 L [1 + (2L/ 1·64 a)] -1/2 … (२)
आयताकृती विवराची अनुस्पंदन कंप्रता समी. (३) वरून ठरविता येते.
|
F0 = |
C 2 |
[ |
( |
m a |
)2 |
+ |
( |
n b |
)2 |
+ |
( |
p d |
)2 |
]1/2 |
… (२) |
येथे a, b आणि d विवराच्या मिती (मापे) असून m, n, p हे पूर्णांक आहेत. विवरातील क्षेत्राच्या प्रेषणतऱ्हेवरून पूर्णांकांचे मूल्य ठरते. असाधारण बाबतींत पूर्णांकांचे मूल्य शून्य असू शकते.
संयुग्मीकरण : सूक्ष्मतरंग विवराशी संयुग्मीकरण पुढील प्रकारे करता येते : (१) विवरातील विद्युत् क्षेत्राला समांतर दिशेत संवाहक एषणी अगर आकाशक ठेवतात (२) संवाहक वेटोळे विवरातील चुंबकीय क्षेत्राला लंबरूप ठेवतात (३) चालक तरंग मार्गदर्शकाशी विवर युग्मित करण्यासाठी प्रथम प्रत्येकातील विद्युत् चुंबकीय क्षेत्रघटकांची दिशा एकच राहील अशा तऱ्हेने ती संस्थापित करून (ठेवून) त्यांच्या दरम्यान भोक किंवा संरोध अंतर्भूत करण्यासाठी तरंग मार्गदर्शकाला अनुसरुन बसवावयाची संवाहक पट्टी ठेवतात आणि (४) विवरातील फटीतून स्पंदक इलेक्ट्रॉन शलाका आतील विद्युत् क्षेत्राच्या दिशेने सोडतात. आ. २ (आ) मध्ये यांपैकी पहिल्या तीन पद्धती स्पष्ट केल्या आहेत.
गुणवत्ता गुणांक : आवर्ती वर्तनाच्या प्रणालीत सरासरीने संचयित ऊर्जेच्या 2π पट ऊर्जा साठविण्याची या प्रणालीची क्षमता भागिले दर आवर्तनामागे विसरित होणारी ऊर्जा या गुणोत्तराला गुणवत्ता गुणांक म्हणतात. सर्वसामान्य प्रवर्तक-धारित्र (L–C) मंडलाप्रमाणेच विवर अनुस्पंदकाच्या गुणवत्ता गुणांकाची (Q ची) व्याख्या करता येते. विवर अनुस्पंदकाची गुणवत्ता व्यक्त करण्यासाठी त्यात साठविल्या जाणाऱ्या ऊर्जेची तुलना त्याच्या अपूर्ण संवाहक भित्तींवर आणि त्यात अपूर्ण विद्युत् अपार्य पदार्थ असल्यास त्यावर व्यय होणाऱ्या ऊर्जेशी करतात. गुणवत्ता गुणांक समी. (४) प्रमाणे मांडतात.
|
Q = |
2pf0 Í (संचयित ऊर्जा) |
|
|
सरासरी शक्तिव्यय |
|
|
|
= |
pÍ (संचयित ऊर्जा) |
… (४) |
|
अर्धआवर्तनात होणारा ऊर्जाव्यय |
संचयित विद्युत् शक्ती विवराच्या संपूर्ण घनफळासाठी एकत्रित केलेल्या चुंबकीय स्त्रोत घनतेच्या वर्गाशी समप्रमाणात असते. अर्धआवर्तनात होणारा ऊर्जाव्यय विवराच्या भित्तींवर वाहणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाच्या त्वक् खोलीशी [⟶ त्वक् परिणाम] जुळणारा असतो. त्यामुळे उच्च गुणवत्ता गुणांक मिळविण्यासाठी विवराच्या घनफळाचे त्याच्या पृष्ठफळाशी गुणोत्तर जास्तीत जास्त असणे आवश्यक असते.
विशिष्ट प्रेषणतऱ्हेत कार्यकारी (चालू) विवरासाठीचे सूत्र मिळविण्यासाठी त्यातील विद्युत् किंवा चुंबकीय क्षेत्रात साठविलेली ऊर्जा गणिताने काढून आणि विवराच्या अपूर्ण संवाहक असलेल्या भित्तींवरून वाहणाऱ्या विद्युत् प्रवाहातून होणारा ऊर्जाव्यय गणिताने काढून ते समी. (४) मध्ये प्रतिष्ठापित करतात (घालतात).
Q गुणवत्ता गुणांकाचे विवर Qe गुणवत्ता गुणांकाच्या बाह्य भाराशी युग्मित केले, तर संयोगाचा (किंवा युग्माचा) भारित गुणवत्ता गुणांक QL समी. (५) ने व्यक्त होतो.
|
1 |
= |
1 |
+ |
1 |
. . . . . . . . . (५) |
|
Q L |
Q e |
Q |
गुणवत्ता गुणांक मोजण्याच्या दोन मूलभूत पद्धती आहेत. पहिल्या पद्धतीत कमी चालक प्रेरणा कंप्रतेपासून सुरुवात करून ती वाढवीत विवर अनुस्पंदन कंप्रतेपेक्षा जास्त करतात व हा बदल करीत असताना अखंडितपणे विद्युत् क्षेत्र तीव्रता मोजतात. क्षेत्र तीव्रता आ. ३ (अ) मध्ये निदर्शित केल्याप्रमाणे बदलते. महत्तम तीव्रतेच्या ०.७०७ (किंवा 1/Ö–2 ) तीव्रतेच्या दोन बिंदूंमधील व्यतिरेक कंप्रतेला पट्टविस्तार म्हणतात. गुणवत्ता स्थिरांकाचे मूल्य समी. (६) चा उपयोग करून काढता येते.
|
Q |
= |
F o |
… … … (६) |
|
∆f |
दुसऱ्या पद्धतीत विवराच्या संदमन (विशेषतः आंदोलनात्मक ऊर्जा खर्च करणे व परिणामी गती कमी होणे अथवा गतीचा क्षय होणे या) गुणधर्माचा (समी. ७) उपयोग करतात. चालक प्रेरणा काढून घेतल्यावर आंदोलनाचे दमन किंवा क्षेत्र तीव्रतेचा ऱ्हास कसा होतो, ते समी. (७) द्वारे अगर आ. ३ (आ) मध्ये स्पष्ट केल्याप्रमाणे समजते.
E = E0 e-( π f0/Q)t … … … (७)
येथे e = २.७१८ होय. ∆t कालात क्षेत्र तीव्रता मूळ मूल्याच्या
|
1 |
|
e |
पट घटत असल्यास Q चे मूल्य ठरविण्यासाठी समी. (८) उपयोगी पडते.
Q = π f0Δt … … … (८)
आंदोलनाचा आवर्त काल
|
T o |
= |
1 |
|
F o |
याचा उपयोग करून समीकरण (८) वरून समी. (९) मिळविता येते.
|
Q |
= |
π ∆ t |
= |
π |
|
T0 |
(Δ t कालातील पूर्ण आवर्तनांची संख्या) . . . (९)
प्रकाशकीय विवर अनुस्पंदक : विद्युत् चुंबकीय तरंगांची कंप्रता जेव्हा सूक्ष्मतरंगांच्या पल्ल्याहून जास्त असते तेव्हा या अगोदर वर्णिलेले सूक्ष्मतरंग विवर अनुस्पंदक अव्यवहार्य ठरतात. दृश्य तसेच अवरक्त आणि जंबुपार (दृश्य वर्णपटातील तांबड्या व निळ्या रंगापलीकडील अदृश्य) ⇨लेसर किरणांची तरंगलांबी मायक्रोमीटरच्या कोटीत (मापात) असल्याने प्रकाशकीय विवर अनुस्पंदक आकारमानाने खूप लहान म्हणजे मिलीमीटर मापाचा असतो. त्यामुळे अनुस्पंदन कंप्रता इतक्या एकमेकीसमीप असतात की त्यांचे अलगीकरण अव्यवहार्य ठरते. बंदिस्त विवराच्या बाजूच्या भित्ती काढून टाकल्या, तर आंदोलनाच्या खूपशा प्रेषणतऱ्हा प्रारित झाल्याने (किरण रूपात बाहेर टाकल्या गेल्याने) संदमित होऊन नाहीशा होतात, तर कमी क्षय असणाऱ्हा आंदोलन प्रेषणतऱ्हा मदत होते. योग्य आकाराच्या भित्ती योग्य जागी ठेवणे आवश्यक असते. यासाठी समांतर भित्तींच्या जागी सपाट आरसे वापरणे ही एक पद्धत आहे. दुसऱ्हा पद्धतीत समोरासमोर वक्र आरशांची योजना करतात. सपाट आणि वक्र आरसे, एककेंद्री आरसे, गोलीय आरसे यांचा संयोग अथवा मांडणी इत्यादींचा उपयोग प्रकाशकीय अनुस्पंदकात करतात. अल्प क्षय असणाऱ्हा आंदोलन प्रेषणतऱ्हा संस्थापित करणे हा यामागील उद्देश असतो.
सपाट आरशांच्या समोरासमोरील भित्ती असणारे प्रकाशकीय विवर व्यतिकरणमापकात [⟶ व्यतिकरणमापन] वापरतात. याला फाब्री-पेराँ अनुस्पंदक किंवा फाब्री-पेराँ इटॅलॉन असे नाव आहे. अल्प व्यय प्रकाशकीय तंतूंचे वेटोळे प्रकाशकीय विवरामध्ये आणि एकात्मीकृत प्रकाशकीय मंडलात वापरतात.
कंप्रतामापनासाठी (उदा., सूक्ष्मतरंग), सूक्ष्मतरंग छानक म्हणून [⟶ छानक, विद्युत्], ⇨रडार, ⇨कणवेगवर्धक, अमोनिया मेसर [⟶ मेसर] इ. प्रयुक्तींत, विद्युत् अपार्यता स्थिरांकाचे मापन [⟶ विद्युत् अपारक पदार्थ] इत्यादींकरिता विवर अनुस्पंदकाचा उपयोग होतो.
पहा : अनुस्पंदन इलेक्ट्रॉनीय मापन तरंग मार्गदर्शक त्वक् परिणाम.
संदर्भ : 1. Collin, R. E. Foundations for Microwave Engineering, New York, 1992.
2. Krause, J. D. Carver. K. R. Electromagnetics, New York, 1992.
शेंडे, अ. वा. आगाशे, वसंत वा.
“