K_A_B_U_S' Alıntı:
DOSYA BOZUK ARKADAŞIM BİR YARDIMCI OLURSANIZ SEVİNİRİM
:vur
ANTENLER
Anten enerjiyi elektromanyetik dalgalar şeklinde yayan veya alan bir iletken sistemidir. Elektromanyetik dalgalar halindeki enerji elektronik cihazlar tarafından meydana getirilip, transmisyon hatları vasıtasıyla bir antene beslenir. Anten bu enerjiyi 300.000 Km/sn hızla uzaya yayar. Alıcı antenleri yapılan dalgaların yolu üzerine yerleştirildiği zaman elektromanyetik dalgaların bir kısmını emer, transmisyon hatları ile alıcıya gönderir.
İyi bir haberleşme esas olarak, vericinin gücüne, verici ile alıcı arasındaki uzaklığa ve alıcının duyarlılığına bağlıdır. Bununla beraber gönderme ve alma noktaları arasındaki arazi durumu ile atmosferin enerjiyi gideceği yere iletme kabiliyeti, gönderilen frekansa bağlıdır.
Antenin verimli olarak çalışabilmesi için yayınlanacak frekansla rezonans halinde olması gerekir. Rezonanslı antenler büyük duran akım ve gerilim dalgalarına sahip olduğundan küçük güçlerde bile en kuvvetli alanları meydana getirirler. Antenin kurulduğu yerde elektromanyetik dalgayı yansıtan veya yok eden bir engel bulunmamalıdır.
Antenin uzaya yaydığı elektromanyetik dalga sakin suya atılan taşın meydana getirdiği dalgalar gibi uzaya yayılır.
Açık uçlu dörtte bir dalga transmisyon hattı iki yana doğru açıldığında yarım dalga anteni oluşturur. Transmisyon hattındaki akım ve gerilim bağlantıları yarım dalga uzunluğundaki anten içinde geçerlidir.
Antenin her iki tarafındaki elektrik yükleri, aynı elektrik yüküyle yüklü olduklarından birbirlerini itmiş ve kendi aralarında devrelerini tamamlamışlardır. Fakat elektriksel kutuplar bu kez de aynıdır. Sinüs dalgası şeklinde değişen enerji sıfır noktasına yaklaşmaktadır. Ve antende hemen hemen boşalmıştır. Elektrik alanları meydana getirerek yayılırlar. Antenden ayrılan elektromanyetik dalganın frekansı ne olursa olsun saniyede 300.000 Km/sn hız ile boşlukta ilerler ve alıcı antenine ulaşırlar. Elektromanyetik dalga uzaya yayılır yayılmaz hemen arkasından sinüs dalgası şeklinde değişen radyo frekanslı enerji b,r öncekine göre ters kutuplu elektriki alan meydana getirmiştir. Elektrik yüklerinin birbirlerini itmeleri, kendi aralarında devrelerini tamamlamaları, zıt elektrik kutuplarının birbirlerini itmeleri boşlukta yayılmaları şeklinde aynı olaylar vericinin frekansına bağlı olarak tekrar eder. Boşlukta ilerlerken elektrik alanını kendisi ile aynı fazda fakat yüzeyine dik bir yüzey üzerinde bir manyetik alanın takip ettiği ve bu iki alanın kendilerinin meydana getirdiği yüzeye dik bir yüzey üzerinde hareket ederler.
Vericinin yayın yönü sağ el kaidesi ile bulunur. Sağ el kaidesinde baş parmak, işaret parmağı ve orta parmak birbirine dik olarak tutulursa, baş parmak elektrik alanının, işaret parmağı manyetik alanın ve orta parmak yayın yönlerini gösterirler.
E(Elektrik alanı)
H(Magnetik alan)
Yayın yönü
Anten Verimi
Antene verilen gücün tümü elektromanyetik dalgaya dönüşmemektedir. Kayıplar; anten iletkeninde, antenin etrafındaki yetersiz olan dielektriklerde, anten yakınında bulunan metal iletkenlerde indüklenen alan dolayısıyla akan akımlarda ve yüksek güçlü vericilerde oluşabilecek arklarda meydana gelir. Buradaki ark olayı korona deşarj olarak ifade edilir ve bu kayıplar Rd ile gösterilirse; anten verimi aşağıdaki
formülle hesaplanabilir.
Elektriksel ve Fiziksel Uzunluk
Çok ince iletkenlerden meydana gelmiş ve çok iyi izole edilmiş bir antenin elektriksel ve fiziksel boyları aynıdır. Ancak pratikte, bir antenin çevresindeki nesnelerden tamamen izole edilmesi mümkün değildir. Anten dielektrik sabiti l'den büyük olan bir taşıyıcı çubuk üzerinde bulunur. Havanın dielektrik sabiti de l'e eşittir. Elektromanyetik dalganın iletkendeki hızı, boşluktaki hızından daha azdır. Dolayısı ile antenin dalga boyu olarak fiziksel uzunluğu yaklaşık %5 kadar küçük olur. Yani antenin fiziksel boyu, elektriksel boyun %95 i kadardır.
İdeal Olmayan Boyun Etkileri
%95'lik düzeltme faktörü yaklaşık bir değerdir. Tam değer deneme yoluyla bulunabilir. Anten boyu optimum değilse, antenin uzun veya kısa olmasına göre antenin giriş empedansı kapasitif veya endüktif olabilir.
Yaydım Paterni (Diyagramı)
Yaydım paterni (diyagramı), uzayda çeşitli noktalarda, bir antene bağlı olarak alan şiddetlerini veya güç yoğunluklarını gösteren kutupsal bir diyagram ya da grafiktir. Eğer yaydım paterni, elektriksel alan şiddeti B [V/m) ya da güç
Yoğunluğu P [w/m2] olarak çizilirse, bu paterne mutlak yayılım paterni denir. Eğer grafik bir paterne bağlı ise alan şiddeti ya da güç yoğunluğunu gösteriyorsa, bu pateme nispi yayılım paterni denir. Şekil 'de özellikleri belirtilmemiş bir antenin mutlak yayılım paternini göstermektedir. Burada kesiksiz koyu renk çizgiler, eşit güç yoğunluklu (10/iW/m2) noktalan göstermektedir. En yüksek yayılım, 90°'lik bir yönde, antenden l0km uzaklıkta, güç yoğunluğu 10^W/m2'dir. 45°'lik bir yönde, lO^V/m2 'lik güç yoğunluğu noktası, antenden 5 km mesafededir; aynı noktada, 180° 'de yalnızca 4km'dir; - 90° 'lik bir yöndeyse temel olarak yayılım yoktur.
Şekil.'de ana (birincil) huzme, 90° 'lik bir yöndedir; bu huzmeye büyük lob, denir. Birden fazla büyük lob olabilir. -180° 'lik bir yönde ikincil bir huzme vardır. Bu huzmeye ise küçük lob denir. Normalde küçük loblar arzu edilmeyen yayılımı ya da alışı gösterirler. En çok enerjiyi büyük lob yaydığı ve aldığı için bu loba ana
(ön) lob denir, (yani antenin yönü). Ön loba komşu loblara yan loblar denir. (180° açılı küçük lob bir yan lobdur) ön loba tamamen zıt yöndeki loblara ise arka loblar denir. Ön lobun arka loba oranına ön - arka oranı; ön lobun yan loba oranına ise ön -yan oram denir. Büyük lobun açısını eşit iki açıya bölen ya da antenin merkezinden maksimum yayılım yönüne giden çizgiye atış hattı denir.
Mutlak yayılım diyagramı
Şekil 'de, yönsüz bir antenin güç yoğunluğunun nispi yayılım paternini göstermektedir. Bu anten yönsüz olduğu için her yöne eşit olarak enerji yayar; dolayısıyla yayılım paterni şekilde görüldüğü gibi yalnızca bir dairedir (aslında küredir). Ayrıca yönsüz bir antende ön arka ya da yan lob yoktur, çünkü yayılım bütün yönlerde eşittir.
Şekil' de desibel olarak güç yoğunluğunun nispi yayılım paternini göstermektedir. Referanstan ± 45° lik bir yönde güç yoğunluğu en çok yayılım (0 °) yönündeki güç yoğunluğuna oranla -3dB(yarı güç)'dir.
dB olarak nispi yayılım diyagramı
Yönsüz antende nispi yayılım diyagramı
Şekil’de gösterilen yayılım paternleri iki boyutludur. Buna karşın, gerçek bir antenden yayılım üç boyutludur. Bu nedenle, yayılım paternleri hem yatay düzlemden ( yukarıdan ) hem de dikey düzlemden (yandan ) alınır. Şekil de gösterilen yönsüz anten için yatay ve dikey düzlemlerde yayılım paternleri daireseldir ve birbirine eşittir, çünkü izotropik bir yayıcının yayılım paterni küredir.
Antenlerin Bölgesel Olarak Sınıflandırılması
Anteni kuşatan uzay başlıca üç bölgeye ayrılır.
a- Tepkin yakın alan bölgesi
b- Yakın-ışıma alanı (fresnel) bölgesi
c- Uzak-alan (fraunhofer) bölgesi
Bölgesel arasındaki sınırlar kesin olmamakla beraber bunları birbirinden ayırmak için bazı ölçütler konabilir.
Tepkin yakın alan bölgesi antenin çok yakınındaki bölgedir. Bu bölgede tepkin alan bileşenleri baskın olur. Bölgenin dış sınırının antenden uzaklığı R, antenin en büyük boyutu D ise bölgeyi tanımlayan bağıntı R<0,62 (D3/ X y/2 olarak alınır. Yakın-ışıma alanı (fresnel) bölgesi, tepkin yakın-alan bölgesiyle uzak-ışıma alanı bölgesi arasındaki bölge olarak tanımlanır. Bu bölgede ışıma alanı bileşenleri daha baskındır ve alanın açısal dağıtımı antenden olan uzaklığa bağlıdır. Bölgenin iç sınırı R>= (D3/ X ), dış sınırı ise R<2D2/ X olarak alınır. Sınırların belirlenmesinde
maksimum evre değişiminin 90° /8 den küçük olması ölçüt olarak alınır.
Uzak alan bölgesi, alanın açısal dağılımının antenden olan uzaklıktan bağımsız olduğu bölgedir. Bölgenin iç sınırı R=2D2/ X, dış sınırı ise sonsuz alınır.
MİKROŞERİT ANTEN TEKNOLOJİSİ
Bu bölümde mikroşeridin transmisyon ortamındaki mikrodalga ve mikrodalga tüm devreleri içeren elemanları için önemi anlatılacaktır. Hattın karakteristik empedansı Z0 ve kılavuz dalga ise λg olarak tanımlanmaktadır.
Mikroşerit 'de gösterildiği gibi bir iletim yer tabakası, arada bir dielektrik tabaka ve bir mikroşerit iletken içerir. Üstteki iletken, alttaki dielektrik ve iletim yer tabakası mikrodalga transmisyon hattını oluşturur. Bu hat, elektromanyetik dalgaların transmisyonuna kılavuzluk eder. Mikroşeritler 1Ghz'in çok altında çalışabildikleri gibi 38 Ghz'e kadar da çalışabilirler. 1 Ghz'de devre boyutları oldukça küçülür. Pratikte mikroşeritler 2 ile 12 Ghz frekansları arasında kullanılırlar.
Mikroşeritler yaygın olarak mikrodalga elektroniği ve haberleşme sistemlerinde kullanılır. Filtreler, zayıflatıcılar, sınırlayıcılar, dedektörler, mikserler, yükselteçler, osilatörler fabrika ortamında mükemmel bir şekilde çalışırlar.
Mikroşerit Parametreleri
Mikroşerit devrelerinde iki önemli parametre vardır; bunlar Zo ve λg'dir. Bir mikroşerit devre dizayn edilirken hattın karakteristik empedansı olan Zo ve kılavuz dalga boyu olan λg TEM transmisyon hatlarında dikkate alınır.
Mikroşerit içindeki elektromanyetik yayılımın enine olduğu varsayılır. Şekil'de gösterildiği gibi 10 Ghz civarındaki frekanslar için Z0 ve λg hat boyutlarından bulunabilir.
Mikroşeritlerde, taban adı verilen dielektrik malzemenin istenilen özelliklere sahip olmasının büyük önemi vardır. Günümüzde kayıpları 0.001 ile 0.0004 ve bağıl dielektrik sabitleri 1.17 ve 25 arasında değişen pek çok taban malzemesi bulunmuştur.
Taban malzemeleri arasında istenen mekanik ve elektrik özelliklere sahip olmasından dolayı en çok tercih edilen cam ağ veya fiber ağ ile pekiştirilmiş "Polytetraflvoroethylene" (PFTE) taban malzemesidir. Kalınlığı 0.089mm'den 12.7mm'ye kadar değişmekte ve (91.4*91.4) cm2,lik yüzeye sahiptir. Taban malzemelerinde dolgu malzemesi olarak her ne kadar seramik kullanılabilirse de genellikle fıberglass tercih edilmektedir.
[tan 5] kayıp faktörü;
s = s01 sr-ja/ws0|
olmak üzere;
| tanS | = a / ws0sr
şeklinde ifade edilir.
Mikroşerit Antenler
Giriş
En basit şekilde bir mikroşerit anten yapısı Şekil'de gösterildiği gibi, bir toprak düzlemi üzerinde aynı taban alanına sahip bir yalıtkandan olan alt kısım ve onun üzerinde bulunan ışıma alanından oluşmuştur.
Şekilde de görüldüğü gibi mükemmel iletken tavan kısmında, istenmeyen kaçak alanlar oluşmaktadır. Bu kaçak alanlar anten verimine etki ettiği için, olabildiğince düşük değerlere çekilmelidir.
Mikroşerit antenlerin başlıca kullanılış nedenlerinden ucuzluk, gereken elektriksel özelliklerin elverişli şekilde sağlanması, yerleştirme kolaylığı, yüzeyin biçimine uygun, kabarıklık yapmayan tasarım olduğu söylenebilir.
Her anten sistemi gibi bu tip antenlerin de bazı mekanik ve elektriksel özelliklere sahip olmaları istenir. Örneğin bir roketin dış yüzeyine yerleştirilecek olan antenin, aerodinamik yapıya zarar vermemesi, ısı değişimlerinden fazla etkilenmemesi istenmektedir. Yine, mikrodalga radyolink sistemlerinde yaygın olarak kullanılan parabolodial reflektör antenlerin yerine baskılı devre tekniği ile yapılmış antenlerin kullanılması önerilmektedir. Bu çalışmaların ana nedeni, istenilen özellikleri daha ekonomik bir biçimde ede etmek içindir. Mikroşerit antenin üzerine yapıldığı, iki tarafı iletken kaplı yalıtkan malzemenin
üzerine besleme hatlarının kolaylıkla işlenmesi mümkün olduğu gibi, ayrıca üzerine üreteçler, yükselteçler, faz kaydırıcılar, zayıflatıcılar gibi birimlerinde bu levhaya tümleştirebilme olanağı bulunmaktadır. Bu da yapım tekniği açısından yararlı olmaktadır.
Mikroşerit antenlerde dielektrik sabitini küçültmek band genişliğini arttırır. Mikroşerit antenlerin performansının yüksek olabilmesi için dielektrik malzemenin bağıl dielektrik sabitinin 10'dan küçük olması gerekir. Tavan çok iyi iletken olup, bakır veya altından yapılmıştır.
Yaklaşık olarak 400 Mhz'den 38 Ghz'e kadar geniş bir frekans aralığında gerçekleştirilebilen
mikroşerit antenlerin uygulama alanları:
1. Uydu haberleşmesi
2. Doppler radarları
3. Güdümlü füzeler
4. Navigasyon (yön bulma) radarları
5. Kumanda ve kontrol
6. Biyomedikal ölçümler
7. Uzun menzilli roket kumandaları.
Mikroşerit antenlerin avantajları;
1. Hafifliği, küçük hacimli olması,
2. Düşük üretim maliyeti,
3. Düzlemsel biçimliliği nedeniyle kullanışlı olması,
4. Çok ince yapılabilmesi nedeniyle uzay araçlarının aerodinamik yapısını bozmaması,
5. Boşluk desteği gerektirmemesi,
6. Osilatör, kuvvetlendirici, zayıflatıcılar, anahtarlar, modülatörler, karıştırıcılar, faz değiştiriciler, vs. gibi yan iletken elemanların mikroşerit antenlerin taban iletkenine ilave edilmesiyle birleşik sistemlerin geliştirilebilmesi,
7. Besleyici hatların ve uygunlaştırma devrelerinin antenle birlikte üretilebilir şekilde olması.
Mikroşerit antenlerin dezavantajları;
1. Çeşitli kayıplar sonucu düşük kazançlı olmaları,
2. Çoğu mikroşerit anten bir yan düzlemde ısıma yapar,
3. Bant genişliğinin küçük olması,
4. Maksimum kazançlan 20 dB'den azdır,
5. Uç noktalarda zayıf ısıma yaparlar,
6. Besleyici ve ışıma elemanı arasındaki zayıf yalıtım yüzey dalgalarının meydana gelmesinin mümkün olabilmesi şeklinde sıralanabilir.
Mikroşerit Antenlerde Işıma
Mikroşerit antenlerin ışıma mekanizmalarını açıklayan birçok model geliştirilmiştir. Henüz tam bir çözüm geliştirilmemesine rağmen birçok model pratik uygulamalar için elverişlidir. Bu modeller, Vektör Potansiyel Yaklaşımı, Dyadic Gren Fonksiyonları, Wire Grid Modeli, îletim Hat Modeli, Delik Işıma Metodu ve Boşluk Modelidir. Bu modeller arasında en çok tutulanlardan birisi iletim hat modelidir. Çünkü bu model daha az hesaba ihtiyaç duyar ve mühendislik problemleri için uygun çözümleri vardır.
Mikroşerit antenlerden ışıma, mikroşerit anten ilkelerinin kenarları ve toprak düzlemi arasındaki kenar alanlardan oluşur. Bu ışıma Şekil 'de görülen dikdörtgen biçiminde ve dalga boyunda çok küçük boyutlu mikroşerit yüzeye sahip olan bir anten üzerinde kolayca anlaşılabilir.
Işıma en çok endüstride parçanın açık devre elemanı kenarlarındaki kenar alanlardan oluşur. Uçlardaki bu alanlar kenar düzlemine göre dik ve teğet iki bileşene ayrılabilir. Dik bileşenler, bu nedenle uzak alanda birbirini yok ederler. Teğet bileşenler ise aynı fazdadırlar ve uzak alanda en yüksek ışıma alan değerini verecek şekilde toplanırlar. Böylece anteni λ/2 uzaklığında yerleştirilmiş, eş fazda uyarılmış ve toprak düzleminin üst kısmına ışıma yapan iki yarık olarak gösterebiliriz.
Elektrik alanın üstteki iletken boyunca değiştiği düşünülürse, yukarıdaki mikroşerit anten üst iletken kenarına yerleştirilmiş dört yarık olarak düşünülebilirse, diğer biçimdeki mikroşerit antenlerde benzer şekilde eşdeğer yarıklarla gösterilebilir.
Mikroşerit Anten Tipleri
Mikroşerit antenlere ilişkin fiziksel parametreler, bilinen mikrodalga antenlerine oranla daha çoktur. Çünkü herhangi bir geometrik şekle ve boyuta sahip olabilirler. Antenin şekli ve boyutları çoğunlukla kullanım yeri ve amacına göre belirlenmektedir.
Ana hatlarıyla mikroşerit antenleri üç grupta toplayabiliriz. Bunlar, mikroşerit parçalı antenler, mikroşerit yürüyen dalgalı antenler ve mikroşerit yarık antenler. Bunlara ilişkin yapılar ve bu yapıların özellikleri aşağıda özetlenmiştir.
Mikroşerit Parçalı Antenler
Bu tip antenlerde dielektrik kısmın bir yanı toprak düzlemiyle kaplanmış, diğer yanında ise herhangi bir geometriye sahip düzlemsel iletken bir parça bulunmaktadır. Şekil ' de mikroşerit parçalı anten tipleri görülmektedir.
Mikroşerit Yürüyen Dalga Antenler
Bu tip mikroşerit antenler, zincir biçiminde tekrarlanan iletkenler veya TE modu taşıdığı bilinen uzun bir TEM hattında, açık uç uyumlu bir direnç ile sonlandırılarak elde edilir Anten yapısındaki değişiklikle ana huzmenin yatay veya düşey konum arasında herhangi bir yönde oluşması sağlanabilir.
Mikroşerit Yarık Antenler
Mikroşerit yarık antenler Şekil 'de görüldüğü gibi toprak düzleminde herhangi bir biçimde olan ve bir mikroşerit hat ile beslenen bir yarıktan meydana gelir.
Mikroşerit yarık anten tipleri
Uyarım Teknikleri
Mikroşerit veya koaksiyel hatlarla besleme olarak iki şekilde beslenir. Besleyici hattı ve anten arasına, antenin giriş empedansının 50ohm hat empedansımdan farklı olması nedeniyle bir uyumlandırıcı konulması gerekir.
Mikroşerit Besleme
Bu tip besleme merkez besleme ve merkez dışı besleme olarak ikiye ayrılır. Besleyici konumu uyarılan modu da belirler. Anten empedansı ve besleyici hat empedansı arasında uyumlandırma yapmak için araya uyumlandırıcı konulabildiği gibi, antende yalnızca ana mod yayılmakta ise besleyici hattı bir köşeye kaldırarak da iyi bir uyumlandırma sağlanabilir.
