Transkript

1 Ön Söz Anten Teorisi kitab n n üçüncü bask s, elektrik mühendisli i ve fizik bölümlerinin son s n f nda okuyan ö renciler ve yüksek lisans ö rencileri ile bu konu üzerinde uygulamada çal an mühendislerin ihtiyaçlar n kar lamak üzere haz rlanm t r. Bu kitab takip edecek ö rencilerin lisans seviyesinde Maxwell denklemleri ve dalga denkleminin de içinde yer ald temel elektromanyetik teori bilgisi, ba lang ç seviyesinde fizik, diferansiyel ve integral hesaplar hakk nda bilgi sahibi olduklar kabul edilmektedir. Kitab n sonraki bölümlerinde yer verilen baz ileri konular anlayabilmek için gereken matematiksel yöntemler, ilgili bölümlerin içinde ya da kitab n sonunda bulunan ekler k sm nda verilmektedir. Üçüncü bask, önceki iki bask n n tüm göz al c özelliklerini içermektedir. Bunlardan biri, antenlerin özellikle genlik örüntüleri ile ilgili ma karakteristiklerini gösteren üç boyutlu grafik gösterimleridir. Bu özellik, antenler hakk nda yaz lm ders kitaplar nda türünün ilk örne i denebilecek bir yenilik olarak göze çarpmaktad r. Bu bask da, üç boyutlu grafiklere baz antenlerin ma karakteristiklerinin özelliklerini gösteren yeni bile enler eklenmi tir. Bununla birlikte bu bask ya a a da yer alan birçok yeni özellik daha eklenmi tir. Ak ll Antenler hakk nda yeni bir bölüm (Bölüm 16) Fraktal Antenler hakk nda bir alt bölüm (Bölüm 11.6) lgili bölümlerde geçen önemli denklemlerin özet tablolar (Bölüm 2, 4, 5, 6, 12.4) Yeni ekiller, foto raflar ve tablolar lave bölüm sonu problemleri A a daki uygulamalar içeren bir adet CD: Her bölümün ders notlar na ait renkli ders sunular (PowerPoint) Java tabanl interaktif bölüm sonu tekrar sorular (her bölüm için 40-65) Java tabanl canland rmalar Java tabanl bilgisayar uygulamalar kinci bask da yer alan FORTRAN programlar ndan çevrilmi MATLAB programlar Yeni MATLAB programlar kinci bask da yer alan FORTRAN programlar Bu CD, kitap ile birlikte verilecek olup bilgisayarda otomatik olarak aç lacakt r. CD nin sorunsuz aç labilmesi için okuyucunun Internet Explorer (IE) kullanmas tavsiye edilmektedir. Zira di er taray c lar ile çok iyi çal mayabilir. CD nin aç lmas ve içindeki materyalin kullan m ile ilgili daha fazla bilgiye CD deki HELP dosyas ndan ula labilir. xiii

2 xiv ÖN SÖZ Bu kitab n ana amac, anten teorisinin genel prensipleri ve bu prensiplerin antenlerin analiz, tasar m ve ölçümlerine uygulanmas n bir bütünsellik içinde sunmakt r. Farkl analiz ve tasar m yöntemleri ile birçok anten yap s olmas ndan dolay kitab m zdaki uygulamalar, baz temel ve pratik yap land rmalar içermektedir. Bunlar; do rusal dipoller, halka, diziler, geni bant ve frekans ba ms z antenler, aç kl k antenler, huni antenler, mikro erit antenler ve yans t c antenlerdir. Ö rencileri, anten teorisi ve tasar m n geli tirecek ve kablosuz haberle me alan nda devrim yaratacak bir teknoloji ile tan t rmak üzere Ak ll Antenler ile ilgili e itici bir bölüm eklenmi tir. Bu bölüm; anten teorisi say sal i aret i leme a lar ve haberle me konular temel al narak haz rlanm t r. Ayr ca MATLAB benzetim yaz l m ile ilave okumalar için çok say da referans kitap da eklenmi tir. Kitap, Moment Metodu ve Fourier dönü ümü (spektral) tekni i gibi analitik yöntemlerle ilgili giri seviyesinde bilgi de içermektedir. Anten teorisinin prensipleri ile beraber bu teknikler kullan ld nda hemen hemen tüm anten yap land rmalar n n analiz ve tasar m n n yap lmas mümkün olmaktad r. Anten ölçümleri hakk ndaki bölüm, temel anten karakteristiklerinin ölçümlerinde kullan lan en son metotlar (örüntü, kazanç, yönlülük, ma verimlili i, empedans, ak m ve kutuplanma) ve anten enstrümantasyonu, anten menzil tasar m ve ölçekli modelleme konular ndaki güncel ilerlemeleri i lemektedir. Ayn zamanda bu bölümde, uzak/yak n alan ölçümlerinde ve dönü ümlerinde kullan lan teknik ve sistemler de i lenmektedir. Kitapta, bir k sm lisans düzeyindeki bir ders kitab nda ilk defa yer alan yeterli say da konu ele al nmaktad r. Bundan dolay kitap, sadece bir ders kitab olarak de il ayn zamanda uygulama ve tasar m mühendisleri ve hatta amatör radyocular için de bir referans kitab olma özelli i ta maktad r. Kitapta yer alan bu konular; Yagi-Uda ve log-periyodik diziler, huniler ve mikro erit yamalar hakk ndaki tasar m süreçleri ve ilgili bilgisayar programlar ; Schelkunoff, Fourier dönü ümü, Woodward-Lawson, Chebyshev ve Taylor metotlar kullan larak gerçekle tirilen birle tirme teknikleri; oluklu, aç kl k uyumlu ve çok modlu hunilerin ma karakteristikleri; dikdörtgensel ve dairesel mikro erit yamalar ve binom, Chebyshev, T-, gama ve omega uyumlama teknikleri olarak s ralanabilir. Kitap içeri i, ortalama bir elektrik mühendisli i ve fizik bölümü lisans seviyesindeki bir ö rencinin analiz ve tasar m ak n çok zorlanmadan takip edebilece i yeterli matematik detay da verebilmektedir. Yeterli miktarda sunulan analitik ayr nt, konulardaki bütünlük ve kesinlik sa lamakta, ço u konunun kayna na kadar izlenebilmesine imkân tan maktad r. Bir ö renci, mühendis ve ö retici olarak tecrübelerime göre, bu ders için yaz lacak bir kitab n ilgisiz formüllerle dolu olmamas ve bir yemek tarifi kitab na benzememesini istemektedir. Kitap temel konularla ba larken birbirini izleyen konular anlayabilmek için gereken belli ba l konseptleri geli tirerek ilerleyen k s mlarda daha ileri yöntem ve sistem yap land rmalar n i lemektedir. Her bölüm k s mlara ve alt bölümlere ayr lm t r. Her birinin konu ba l, ele al nan, incelenen ya da resmedilen anten karakteristiklerini aç k bir ekilde tan mlamaktad r. Bu kitab n göze çarpan bir di er özelli i de, birinci bas mdan itibaren kitapta yer alan ve ikinci ve üçüncü bas mlarda daha da geni letilen üç boyutlu grafik gösterimleridir. Geçmi te anten kitaplar bir antenden yan üç boyutlu enerjiyi birbirinden ayr iki boyutlu örüntüler olarak gösterirlerdi. Say sal hesaplama ve grafik gösterimlerindeki ilerlemeler sayesinde lisans düzeyindeki bir anten kitab nda ilk defa bir verici antenin yan enerjisi, ilave bir boyut eklemek suretiyle üç boyutlu tek bir grafikte gösterilmi tir.

3 ÖN SÖZ xv Bilgisayar veya grafik gösterim özelli i ta yan birçok hesap makinesiyle olu turulan böyle bir görüntü bize antenin çevresini saran uzaya yan enerjinin aç k bir görünümünü vermektedir. Bu görüntünün man n temel prensiplerinin daha iyi anla lmas na ve uzaydaki örüntü olu umunun gözde daha iyi canland r lmas na olanak sa lamas umulmaktad r. Kitapta ayr ca, çok say da genel grafik gösterimleri, tasar m verisi, referanslar ve bölüm sonu problemlerinin geni letilmi bir listesi bulunmaktad r. Birçok prensip, örnekler, grafik gösterimler ve fiziksel kan tlarla desteklenerek aç klanm t r. Ço u zaman ö renciler konuyla ilgili prensipleri iyi anlad klar n dü ünseler de i uygulamaya geldi inde s k nt ya amaktad rlar. Genelde bu prensipler bir örnekle, özellikle bir grafik gösterimi ile anlat ld nda daha iyi anla l r olmaktad r. Dedikleri gibi bir resim bin söze bedeldir. Say sal teknikler ve bilgisayar çözümleri gösterilmi olup kitap boyunca te vik edilmektedir. Kitap ile verilen CD nin içine bir dizi MATLAB program eklenmi tir. Her bir program interaktif olup kullan c n n verileri ard k bir ekilde ekrana girmesini gerektirmektedir. Bu programlar n baz lar birinci ve ikinci bask larda bulunan FORTRAN programlar n n çevirisinden olu maktad r. Bununla beraber, birçok yeni program da geli tirilmi tir. Bölüm 3 ve 17 hariç tüm bölümler, en az bir MATLAB uygulamas içermekte, baz bölümlerde bu say dörde kadar ç kmaktad r. MATLAB programlar n n ç kt lar na grafik ve tablo eklinde ula labilmektedir. Bütünlükten ödün vermemek ad na, CD içine çok ilgi görmese de FORTRAN programlar da konulmu tur. Bilgisayar programlar analiz ve tasar m amac yla kullan labilmektedir. Baz programlar daha çok tasar m tipindeyken baz lar da analiz tipindedir. Her bir program için ilgili program özetleyen bir READ ME dosyas bulunmaktad r. Ö renticiler için haz rlanan Ders Notlar, kitaptaki ekillerin birer kopyas n ve her bölümde i lenen önemli denklemlerini sunmaktad r. Ders notlar ö retici taraf ndan derslerde kullan labilir ancak dersler ek dokümanlarla da desteklenmelidir. Ö renciler ise, ders notlar n detayl not almak zorunda kalmamak maksad yla sayfa bo luklar na notlar almak ve önemli yerleri i aretlemek amac yla kullanabilirler. Elbette her ö retici bu notlar de i ik ekillerde kullanabilecektir. nteraktif sorular her bölümde i lenen konunun gözden geçirilip tekrar edilmesi amac yla haz rlanm t r. Ö renciler bu sorular s navlara haz rlanmak için kullanabilirler. Her bir soru için üç seçenek vard r, bu seçeneklerden birisi do ru cevapt r. aretlenen seçenek do ru de ilse program otomatik olarak do ru cevab gösterecektir. Ayr ca programda, sorunun cevab yla ilgili k sa bilgiler veren ve do ru cevab n kitapta nerede bulunabilece ini gösteren bir aç klama dü mesi de bulunmaktad r. Canland rmalar, çizgi kaynaklar, dipoller, döngüler, diziler ve huniler gibi baz ma karakteristiklerini göstermek için kullan labilir. Bilgisayar uygulamalar (appletler) daha çok bölümü kapsamakta ve baz antenlerin ma karakteristiklerinin (genlik örüntüleri, empedans bant geni li i gibi) incelenmesinde kullan labilmektedir. Bu ekilde, detayl MATLAB programlar düzenlemek zorunda kalmadan h zl bir ekilde sonuç elde edilebilir. Derslerde kullan m için kitap, iki dönemlik anten teorisi dersinde kullan lmak üzere haz rlanm t r. lk ders lisans dördüncü s n f seviyesinde verilmeli ve Bölümler 1-7 yle Bölüm 16 ve 17'nin içeri inin büyük bölümü i lenmelidir. Bölüm 8 den 16 ya kadar olan konular yüksek lisans ba lang ç dersi olarak okutulmal d r. Kitaptan bu bölümler tek bir dönemde de süreklilik kaybolmadan i lenebilir. Bununla beraber ilk derste, Bölüm 2-6

4 xvi ÖN SÖZ aras ndaki birçok konunun ileri konulara geçilmeden önce i lenmesi büyük önem arz etmektedir. Baz durumlarda kitaptaki konular belirlenen zaman içinde bitirmek çok zor olabilir. Bununla beraber kitaba bütünlü ün sa lanmas ve ö reticiye istedi i bölümleri vurgulama veya ç karma esnekli inin verilebilmesi amac yla yeterli say da konu dâhil edilmi tir. Baz bölümler ve alt bölümler süreklilik kaybedilmeksizin i lenmeden geçilebilir. Kitab n bütününde e jwt zaman de i keni olarak kabul edilmi tir. Kitapta MKS sisteminin düzeltilmi ve geni letilmi bir formu olan Uluslararas Birim Sistemi (SI) kullan lm t r. Baz durumlarda uzunluk birimi m (cm) ve feet (veya inç) olarak al nm t r. Parantez () içindeki numaralar denklemleri, kö eli parantez [] içindekiler de referanslar göstermektedir. Önemli denklemler türetilmelerinin ard ndan, vurgulamak amac yla kutu içine al nm t r. Baz temel bölümlerde en önemli denklemler tablolarda özetlenmi tir. Birinci ve ikinci bask lara katk da bulunan ve burada zikredilmeyecek kadar çok say daki arkada lar ma de erli önerileri için te ekkürü bir borç bilirim. simleri ve katk lar sonraki bask larda belirtilecektir. 3. bask ya çok de erli ve yap c ele tirileri ile katk da bulunan ele tirmenlere te ekkür etmekten memnuniyet duyar m: Houston Üniversitesinden Dr. Stuart A. Long, New Mexico Üniversitesinden Dr. Christos Christodoulou, Michigan Devlet Üniversitesinden Dr. Leo Kempel ve Worcester Politeknik Üniversitesinden Dr. Sergey N. Makarov. Bu bask ya katk da bulunan birçok ki iye de ayr ayr te ekkür ediyorum. Bunlar n içinde kitaptaki ço u MATLAB program n yazan Arizona Devlet Üniversitesinden lisans ve lisansüstü ö rencileri de bulunmaktad r. Bu programlardan baz lar birinci ve ikinci bask larda bulunan FORTRAN programlar ndan çevrilmi tir. Bununla beraber kitapta, ilk defa yer alan ve FORTRAN kar l olmayan tamamen yeni MATLAB programlar da bulunmaktad r. Her bir programa katk da bulunan ki ilerin isimleri ilgili programda belirtilmektedir. Bulgaristan Varna Teknik Üniversitesinden Dr. Sava V. Savov a da Bessel fonksiyonlar cinsinden kapal formdaki (5-59) denkleminin entegrasyonu ile ilgili yapt katk lardan ve ekillerden dolay, UCLA dan Dr. Yahya Rahmat-Samii ye ve Dr. John P. Gianvittorio da Fraktal antenlerle ilgili ekillerden dolay te ekkür ederim. Arizona Devlet Üniversitesinden Craig R. Birtcher e taslak çal man n düzeltmelerini yapmas ndan dolay, yine Arizona Devlet Üniversitesinden Bo Yang a taslak çal man n düzeltilmesi, MATLAB programlar n n gözden geçirilmesi ve CD Multimedya içeri ine ula m gösteren ak emas n n haz rlanmas ndan dolay, Arizona Devlet Üniversitesinden Razib S. Shishir e interaktif sorular, uygulamalar ve canland rmalar içeren tüm Java tabanl yaz l mlar n haz rlanmas ndan dolay te ekkürü bir borç bilirim. Foto raflar, çizimler ve telif haklar için birçok irkete (Motorola, Inc., Northrop Grumman Corporation, March Microwave Systems, B. V., Ball Aerospace & Technologies Corporation, Samsung Midland Radio Corporation, Winegard Company, Antenna Research Associates, Inc., Seaway Engineering Associates, Inc. ve TCI Dielectric Company) de ayr ca te ekkür ederim. Dennis DeCarlo, George C. Barber, Dr. Karl Moeller, Dr. Brian McCabe, Dr. W. Dev Palmer, Michael C. Miller, Frank A. Cansler ve burada zikredemedi im tüm AHE program üyelerine uzun dönemli dostluk ve desteklerinden dolay te ekkür ederim. Selanik Aristo Üniversitesinden Prof. Thodoros D. Tsiboukis ve Prof. John N. Sahalos un i birli i ve dostlu u da takdire ayand r. Yüksek lisans ö ren-

5 ÖN SÖZ xvii cilerime sadakatleri ve yard mlar için de te ekkür ediyorum. Tüm hocalar m, hepinize minnettar m. Sizler benim için bir rol modeli ve ilham kayna oldunuz. Ayr ca John Wiley & Sons Inc. çal anlar na, özellikle de Wiley-Interscience ortak yay nc s George Telecki ye ilgisi, deste i, i birli i ve kitab n 3. bask s n n haz rlanmas ; ortak editör Danielle Lacourciere ye kitab n haz rlanmas ; editör asistan Rachel Witmer e de kapa n haz rlanmas ndan dolay minnettar oldu umu söylemeliyim. Son olarak, aileme (Helen, Renie ve Stephanie) kitab n birinci, ikinci ve üçüncü bas mlar n n tamamlanmas sürecindeki ihmalime gösterdikleri destekleri, sab rlar, özverileri ve anlay lar için minnettar m. Gerçekten zor ama güzel bir süreçti. Constantin A. Balanis Arizona Devlet Üniversitesi Tempe, AZ

6

7 Çeviri Editörü Ön Sözü Tarihte ilk olarak duman ile ba layan kablosuz (veya telsiz) ileti imdeki inan lmaz geni leme ve büyüklük, beraberinde antenlerin hayat m z n her alan nda daha kapsaml kullan m n getirmi tir. Bugün için antenler, klasik olarak farkl cihaz ve platformlarda farkl amaçlar ile kullan m n n yan nda art k insan vücuduna yerle tirilme noktas na kadar gelmi tir. Tüm bu geli meler göstermektedir ki, anten teorisi ve uygulamalar gelecekteki sistemlerde daha yayg n uygulama alan bulacak ve daha da önemli hale gelecektir. Türkçe kayna n çok fazla olmad bu alanda, birçok sayg n okulda okutulan bir kitab n çevirisi bir akademisyen için yüksek sorumluluk isteyen bir i tir. Bundan dolay bu zor i i yapmaya kararl editörler, çeviri sürecinin ilk günlerinden beri bu sorumlulu un bilinci ile hassas ve dikkatli davranmaya özen göstermi lerdir. Örne in, birçok ngilizce terimin Türkçe kar l na karar verirken birden fazla kaynak kullan larak en do ru kelimeye ula maya çal m lard r. Dolay s yla baz durumlarda, çeviri sürecinin uzama riskine ra men, çevirmenler ile uzun müzakereler yap lm ve en do ru terimler kullan lmaya özen gösterilmi tir. Buna ra men her çeviri kitab nda oldu u gibi, bir tak m eksiklikler olacakt r; zira mükemmel bir çeviri yapmak mümkün de ildir. Çeviri sürecinin sonuna do ru, editörler kitab n yazar (Prof. Dr. Constantine Balanis) ile irtibat kurmu, bu çeviri hakk ndaki görü ve önerilerini alm ve ön sözde bundan k saca bahsetmeyi uygun bulmu tur. Yazar kendi ön sözündeki noktalara i aret ederek bu çeviriye yönelik a a daki dikkat çekici yorumlarda bulunmu tur: Türkiye de farkl düzeylerde ngilizce ve Türkçe e itim veren okullar farkl kaynaklar kullanmaktad r. Kitab n ngilizce versiyonu ile birlikte Türkçe çevirisi sayesinde, Türkiye deki tüm ö renci ve ö retim elemanlar na bir di er seçenek daha sunulmas ndan dolay çok memnunun. Editörlerin kararl l ve yay nevinin iddial çeviri sürecini takdir ediyorum. Çeviri editörleri olarak, kitab n uzun soluklu çeviri sürecinde yer alan çevirmenler ba ta olmak üzere, tüm yay nevi çal anlar na te ekkür ediyoruz. Doç. Dr. Elif Ayd n Yrd. Doç. Dr. Mehmet Fatih Ça lar Doç. Dr. Ali Kara xix