Işıma Şiddeti (Radiation Intensity)

Transkript

1 Işıma Şiddeti (Radiation Intensity) Bir antenin birim katı açıdan yaydığı güçtür U=Işıma şiddeti [W/sr] P or =Işıma yoğunluğu [ W/m 2 ]

2 Örnek-4 Bir antenin güç yoğunluğu Olarak verildiğine göre, ışıyan toplam gücü ışıma şiddetini hesaplayarak bulunuz. Işıma Şiddeti Işıyan Toplam Güç

3 Not! Nokta kaynak için U, θ ve açılarından bağımsızdır. İzotropik kaynağın ışıma şiddeti;

4 Yönlülük ve Maksimum Yönlülük Bir antenin yönlülüğü; antenin belli bir yöndeki ışıma şiddetinin, referans antenin ışıma şiddetine oranı şeklinde tanımlanır. Referans anten olarak izotropik kaynak yani tüm yönlü anten seçilir. Maksimum Yönlülük: D :Yönlülük (Boyutsuz) U : Işıma şiddeti (W/birim katı açı) D 0 : Maksimum Yönlülük(Boyutsuz) U max : Maksimum ışıma şiddeti (W/birim katı açı) U 0 : İzotropik kaynağın ışıma şiddeti (W/birim katı açı) P T : Toplam ışıma gücü (Watt)

5 Örnek-5 Işıma güç yoğunluğu örnek-3 de verilen antenin maksimum yönlülüğünü bulunuz Maksimum ışıma θ= /2 yönünde olur Örnek 3 de toplam ışıma gücü olarak bulunmuştu Maksimum Yönlülük Yönlü açıların fonksiyonu olarak yönlülük: Işıma şiddeti yalnızca nın fonksiyonu olduğu için;

6 Örnek 6: Bir antenin güç yoğunluğu ise antenin maksimum yönlülüğünü bulunuz. Antenin yönlülüğü ise; (Yönlü açıların fonksiyonu olarak):

7 Örnek 6: Örnek 4 ve 5 yorumlamak için her iki örneğe ait ışıma şiddetlerini çizdirdik (yanda). Şekilden her iki antenin yatay düzlemde yönsüz, örnek 5 te antenin 4 e göre düşey düzlemde daha yönlü olduğu anlaşılmaktadır. Yönlülük ışıyıcının enerjiyi belli bir yönde ne kadar iyi yönlendirdiğinin bir ölçüsü olduğundan dolayı örnek 5 in yönlülüğünün 4 den daha iyi olduğu anlaşılır.

8 Özetlersek;

9 Özetlersek;

10 Sonsuz Küçük (infinitesimal)dipol

11 Yarım Dalga Dipolü

12 /2 Dipol ve İzotropik Anten Diyagramları (2-D)

13 /2 Dipol ve İzotropik Anten Diyagramları (3-D)

14 Anten Verimliliği Antenin uzaya yaydığı güç besleme gücünden küçük olduğundan e 0 <1 dir. Bunun nedeni anten ve iletim hattındaki kayıplardır. Bu kayıplar; 1) Anten ile iletim hattı arasındaki uyumsuzluktan 2) R.I 2 biçimindeki iletkenlik-yalıtkanlık kayıplarından ileri gelir. Genel olarak toplam verim; olarak yazılabilir. e iy : iletkenlik-yalıtkanlık verimi e y : yansımaya ilişkin verim : Anten giriş uçlarındaki yansıma katsayısı

15 Hatırlatma

16 Kazanç Besleme güçleri eşit iki antenin ışıma şiddetlerinin oranı, birinci antenin ikinci antene göre kazancı olarak tanımlanır. İkinci anten izotropik bir izotropik kaynak ise; P in =Antene verilen besleme gücü

17 Kazanç IEEE standartlarına göre, kazanç, empedans uyumsuzluklarından kaynaklanan kayıpları (yansıma kayıpları) ve kutuplanma kayıplarını içermez. Dolayısı ile ışıyan güç; dolayısı ile Kazanç denkleminde; / Dolayısı ile kazanç yönlülük ile ilişkilidir. Maksimum kazanç; D

18 Örnek 7 Kayıpsız yarım dalga boyu dipol antenin giriş empedansı 73Ω, bağlı olduğu iletim hattının karakteristik empedansı 50 Ω dur. Antenin maksimum kazancını bulunuz. Antenin ışıma şiddeti ifadesi yaklaşık olarak aşağıdaki gibidir. Öncelikle antenin yönelticiliğini hesaplayalım Şimdi verimliliğini hesaplayalım Kayıpsız!

19 Hüzme Verimliliği (Beam Efficiency- BE) Ana hüzmesi z- ekseni doğrultusunda (θ=0 o ) olan bir anten için hüzme verimliliği (BE) aşağıdaki gibi tanımlanabilir. BE= θ 1 açısından iletilen (alınan) güç Antenden iletilen (alınan) güç (Boyutsuz)

20 Hüzme Verimliliği (Beam Efficiency- BE) Eğer ilk sıfır veya minimumun oluştuğu açı olarak seçilirse o zaman hüzme verimliliği, toplam güce oranla ana kulakçıktaki güç miktarını gösterir. Çok yüksek hüzme verimliliği, ikincil kulaklardan alınan işaretlerin minimize edilmesi radyometri, astronomi, radar ve diğer uygulamalarda kullanılan antenler için gereklidir.

21 Polarizasyon (Kutuplanma) Antenden ışınan elektromanyetik dalganın polarizasyonu, anten polarizasyonu diye isimlendirilir. Üç tip polarizasyon vardır; 1.Doğrusal polarizasyon 2.Dairesel polarizasyon 3.Eliptik polarizasyon

22 Doğrusal polarizasyon Eğer bir zaman harmonik dalganın uzayda verilen bir noktada elektrik alan (veya manyetik alan) vektörü, zamanla da,maaynı düz çizgi boyunca yönleniyorsa bu dalga doğrusal olarak kutuplanmıştır (polarize olmuştur). Yatay Vertical

23 Dairesel polarizasyon Eğer bir zaman harmonik dalganın uzayda veren bir noktada elektrik alan (veya manyetik alan) vektörü, zamanın fonksiyonu olarak bir daire çiziyorsa bu dalga dairesel polarize olmuştur. Dönme saat yönlü, Sağ El Dairesel Polarizasyon Dönme saat yönü tersi, Sol El Dairesel Polarizasyon

24 Eliptik polarizasyon Eğer bir zaman harmonik dalganın uzayda veren bir noktada elektrik alan (veya manyetik alan) vektörü, zamanın fonksiyonu olarak eliptik bir şekil izliyorsa bu dalga eliptik polarize olmuştur. Eğer dönme saat yönlü ise sağ el eliptik polarizedir. Eğer dönme saat yönü tersinde ise sol el eliptik polarizedir.

25 Dairesel polarizasyon

26 Dairesel polarizasyon

27 Düzlem Dalgaların Kutuplanması İki doğrusal kutuplanmış dalganın üst üste bindirilmesini düşünelim. Biri x- yönünde kutuplanmış diğeri de y- yönünde kutuplanmış ve zaman fazında 90 derece (veya /2 radyan) gecikmeli olsun. Fazör gösterimi; Burada ve bu iki doğrusal kutuplanmış dalganın genliğini gösteren reel sayılardır. E nin anlık ifadesi ise;

28 Düzlem Dalgaların Kutuplanması Verilen bir noktada t değişirken E nin yön değişimini incelerken z=0 almak uygundur. Böylece denklem aşağıdaki gibi yazılabilir:

29 Düzlem Dalgaların Kutuplanması t, 0 dan /2, ve 3 /2 ye artıp 2 de döngüyü tamamlarken E(0,t) vektörünün ucu saat yönünün tersinde eliptik bir yörünge çizecektir. y E 20 0 x

30 Düzlem Dalgaların Kutuplanması 0 y x Birbirine uzayda ve zamanda dik iki doğrusal kutuplanmış dalganın toplamı olan E, eğer E 20 E 10 ise Eliptik Kutuplanmıştır. Eşit ise Dairesel Kutuplanmış dalga denir. E 20 =E 10 olduğunda E nin t=0 da x- ekseni ile yaptığı anlık açısı aşağıdaki gibi tanımlanır. = t Bu bir sağ-el veya pozitif dairesel kutuplanmış dalgadır.

31 Düzlem Dalgaların Kutuplanması Eğer zaman fazında E 1 (z) nin 90 derece önünde bir E 2 (z) ile başlarsak sırasıyla, olacaktır. E, saat yönünde açısal hızıyla dönecektir. Böyle bir dalga sol-el veya negatif dairesel kutuplanmış dalga diye isimlendirilir.

32 Düzlem Dalgaların Kutuplanması Eğer E 2 (z) ve E 1 (z) uzayda dik ama zamanda eş fazlı ise E nin z=0 daki ifadesi aşağıdaki gibi olur. Vektörün ucu t=0 iken P 1 noktasında olacaktır. t açısı /2 ye doğru artarken vektörün büyüklüğü sıfıra doğru azalacaktır. E Doğrusal Kutuplanmıştır. y E 20 P 1 x E 10 P 2

33 AXIAL RATIO - AR

34 AXIAL RATIO - AR

35 Polarizasyon kayıp faktörü Genelde, alıcı antenin polarizasyonu gelen dalganın polarizasyonu ile aynı olmaz. Bu durum genelde polarizasyon uyumsuzluğu şeklinde ifade edilir ve güç kaybına neden olur. Gelen dalganın elektrik alanı aşağıdaki gibi yazılabilir. : Dalganın birim vektörü Alıcı antende alınan elektrik alan: : alınan dalganın birim vektörü Polarizasyon kayıp faktörü, (Polarization Loss Factor PLF)

36 Örnek 8: ile verilen doğrusal kutuplu bir elektromanyetik dalganın elektrik alanı bir elektrik alan kutuplanmasına sahip doğrusal kutuplu bir anten üzerine düşüyor. PLF polarizasyon kayıp faktörü bulunuz. Gelen dalga için; Anten için ; PLF ise; db cinsinden ise; PLF (db)=10logplf(boyutsuz)=-3 db

37 Açıklık Antenler için polarizasyon kayıp faktörleri

38 Tel Antenler için polarizasyon kayıp faktörleri