Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü. Ders içeriği

Transkript

1 ANTENLER Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü Ders içeriği BÖLÜM 1: Antenler BÖLÜM 2: Antenlerin Temel Parametreleri BÖLÜM 3: Lineer Tel Antenler BÖLÜM 4: Halka Antenler 1

2 BÖLÜM 2: Antenlerin Temel Parametreleri 2.1. Giriş 2.2. Işıma Diyagramı 2.3. Işıma Güç Yoğunluğu 2.4. Işıma Şiddeti 2.5. Demet Genişliği 2.6. Yönelticilik 2.7. Nümerik Teknikler 2.8. Anten Verimliliği 2.9. Kazanç Demet Verimi BÖLÜM 2: Antenlerin Temel Parametreleri Bantgenişliği Polarizasyon Giriş Empedansı Anten Işıma Verimi Açıklık Olarak Anten: Efektif Açıklık (Etkin yüzey) Yönelticilik ve Maksimum Efektif Açıklık Friis Transmisyon Denklemi ve Radar Denklemi Anten Sıcaklığı 2

3 BÖLÜM 2: Antenlerin Temel Parametreleri 2.1. Giriş 2.2. Işıma Diyagramı 2.3. Işıma Güç Yoğunluğu 2.4. Işıma Şiddeti 2.5. Demet Genişliği 2.6. Yönelticilik 2.7. Nümerik Teknikler 2.8. Anten Verimliliği 2.9. Kazanç Demet Verimi BÖLÜM 2: Antenlerin Temel Parametreleri 2.1. Giriş Antenlerin temel parametreleri antenin, sistem içerisindeki davranışını, antenin elektriksel ve mekanik özelliklerini belirler. İki grupta incelenebilir 1. Elektriksel parametreler 2. Mekanik parametreler 3

4 BÖLÜM 2: Antenlerin Temel Parametreleri Elektriksel Parametreler Işıma eğrisi Polarizasyon Yönelticilik ve kazanç Verim Empedans Mekanik parametreler Malzeme türü Rüzgar yükü BÖLÜM 2: Antenlerin Temel Parametreleri 2.1. Giriş 2.2. Işıma Diyagramı 2.3. Işıma Güç Yoğunluğu 2.4. Işıma Şiddeti 2.5. Demet Genişliği 2.6. Yönelticilik 2.7. Nümerik Teknikler 2.8. Anten Verimliliği 2.9. Kazanç Demet Verimi 4

5 2.2. Işıma Diyagramı (Eğrisi) Işıma diyagramı (eğrisi) : Bir antenin hangi doğrultuda ne kadar güç ışınladığını belirten eğriye antenin güç ışıma eğrisi denir. Antenin ışıma eğrisi, antenin Genlik Faz Polarizasyon gibi ışıma özelliklerini açısal koordinatlara (ɵ ve Φ ) bağlı olarak gösterir Işıma Diyagramı (Eğrisi) Işıma özelliği, genelde sabit bir yarıçap boyunca gözlem pozisyonunun bir fonksiyonu olarak ışımlanan enerjinin üç boyutlu uzaysal gösterimidir. 5

6 Uzak Alan Anten ışıma eğrisi, uzak alan denilen bölgede tanımlanmaktadır. Bu bölgedeki elektrik ve manyetik alanlar, sabit yarıçaplı bir küre üzerinde hareket edildiğinde, yalnızca açısal koordinatların (küresel koordinat sistemindeki ɵ ve Φ açılarının) fonksiyonu olmaktadır. Geometrik ve optik koşul sağlanınca uzak-alan bölgesi oluşur. Optik Koşul r >> λ Geometrik koşul r >> D Her iki koşulunda sağlandığı uzaklık: Güç ışıma eğrisi Antenin ışınladığı gücün boşluktaki dağılımını belirleyen eğriye güç ışıma eğrisi denir. Antenin uzak alanlarında tanımlanır. Elektrik alan (E 2 ) veya manyetik alan (H 2 ) ile orantılı olarak çizilir. Lineer veya db cinsinden çizilebilir. 6

7 Alan ışıma eğrisi Işınlanan elektrik ve/veya manyetik alanların boşluktaki dağılımını (açısal koordinatlara göre) veren eğriye alan ışıma eğrisi denir. Antenin uzak alanlarında tanımlanır. Lineer bir skalada çizilir. Işıma Eğrisi (Polar Gösterim 3D) 7

8 Işıma Eğrisi (Polar Gösterim 3D) Ana Hüzme (Demet): ışıma eğrisinin, en yoğun ışıma yapılan bölgeyi tanımlayan bölümüne ana hüzme denir. Yan Hüzme (Demet): ana hüzmenin yanında yer alan hüzmecikler yan hüzme adını alırlar. Geri Hüzme(Demet): Ana hüzme doğrultusuna ters doğrultuda da ışınlanmanın söz konusu olması halinde, ışıma eğrisinin bu bölümü geri hüzme olarak tanımlanır. Işıma Eğrisi (Polar Gösterim 3D) Yan Demet Seviyesi (oranı): Ana demetlerin dışındaki demetlere küçük hüzmeler denir. Küçük hüzmelerdeki güç yoğunluğu toplamının, ana demetteki güce oranı yan demet seviyesini (oranını) verir. HPBW (Yarı Güç Demet Genişliği): Işıma diyagramının yarıya, kazanç diyagramının 3 db, alan diyagramının ye düştüğü yönler arasındaki açısal genişliktir. FNBW (Birinci Sıfır Demet Genişliği): Işımanın ilk sıfıra düştüğü yönler arasındaki açısal genişliktir. 8

9 Işıma Eğrisi (Lineer Gösterim-2D) 3-D Gösterim 9

10 İzotropik, Direksiyonel (Yöneltici) ve Omnidireksiyonel Diyagramlar İzotropik Anten: Her yönde eşit miktarda ışıma yapan antendir. Bir noktasal kaynak izotropik antene örnektir. Bu tür anten fiziksel olarak gerçekleştirilememekle birlikte, pratikte kullanılan antenlerin yönelticiliklerinin hesaplanması için bir referans olarak kullanılırlar. İzotropik, Direksiyonel (Yöneltici) ve Omnidireksiyonel Diyagramlar Yöneltici (Direksiyonel) Anten: Bazı yönlerde diğer yönlerden daha çok verimli elektromanyetik dalgaları alma veya ışıma özelliğine sahip antenlerdir. 10

11 İzotropik, Direksiyonel (Yöneltici) ve Omnidireksiyonel Diyagramlar Omnidireksiyonel Anten: Yöneltici antenin özel bir türüdür. Elektrik alanın ve manyetik alanın farklı düzlemlerde değiştiği antenlerdir. Ana Diyagramlar Genelde bir antenin performansı E-düzlemi ve H-düzlemi ışımalarına göre değerlendirilir. E- düzlemi: Işıma yönü ile elektrik alan vektörünü kapsayan düzlemdir. (x-z düzlemi) H-Düzlemi: Işıma yönü ile manyetik alan vektörünü kapsayan düzlemdir. (x-y düzlemi) 11

12 Antende Alan Bölgeleri 1. Reaktif Yakın-alan (Reactive Near-Field) 2. Işıma Yakın-alan : Radiating Near-Field (Fresnel) 3. Uzak-alan: Far-field (Fraunhofer) Antende Alan Bölgeleri 1. Reaktif Yakın-alan (Reactive Near-Field) Yakın alan bölgesinde yüksek bir dalga empedansı ışımlanmayan yüksek bir enerji vardır. 12

13 Antende Alan Bölgeleri 2. Işıma Yakın-alan : Radiating Near-Field (Fresnel) Bu alanın oluşması için D >> λ olmalıdır. Alanlar neredeyse aynı fazdadır. Alanlar mesafeye bağlı olarak değişir (r ye bağlıdır). Yakın-alan ölçümleri bu bölgede yapılır. Antende Alan Bölgeleri 3. Uzak-alan: Far-field (Fraunhofer) Alanlar mesafeye bağlı olarak değişmez (r ye bağlı değildir). Alanlar aynı fazdadır. Dalga empedansı reeldir. 13

14 Alan Dağılımı Değişimi Alan Dağılımı Değişimi 14

15 Radyan Radyan: r kadarlık yayı gören açı 1 radyandır. Yarıçapı r kadar olan bir dairenin çevresi 2πr olduğu için tam bir dairede 2π rad vardır. Steradyan Steradyan: Kürenin üzerinde r 2 lik bir alanı gören açı 1 steradyandır. Yarıçapı r kadar olan bir kürenin alanı A = 4πr 2 olduğu için bir kürede 4π sr vardır. (4π = 4πr 2 / r 2 ) Kürenin katı açısı 15