http___radartutorial.de_06.antennas_Besleme_20Sistemleri.tr.html_2.xml
1.1 2.1 3.1 4.1 4.2 5.1 5.2 6.1 6.2 7.1 8.1 9.1 9.2 10.1 10.2 10.3 10.4 11.1 12.1 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 14.1 15.1 16.1 17.1 17.2 18.1 18.2 18.3 19.1 20.1 21.1 21.2 21.3 21.4 21.5 21.6 22.1 23.1 24.1 25.1 26.1 26.2 26.3 26.4 27.1
Feeding Systems of Phased Arrays Figure 1: Tornado Nose Radar Active Antenna Active phased-array antennae are antennae at which the transmit power is produced by many rx/tx- modules of low impact on the antenna directly. E.g.: the airborne Tornado-Nose-Radar, the air defense radar RRP-117 and the naval radar APAR. Active antennae are usually phased array antennae at which instead of a central high-power oscillator/amplifier, every radiating element got a small power amplifier in the antenna directly. This has the advantage that the necessary phase shifters must only process a small power. This e.g. antenna shown in the beside picture consists of 428 active radiator elements. Deeper explanation of active antennae you'll find in the chapter „Transmitter” Passive Antenna Passive phased-array antennae are subdivided in: The constrained feeding is the most applied manner of feeding the passive phased-array antenna. The constrained feeding needs a wave guide wiring or a strip line network for the power supplying. A method more seldom used represents the space feeding (quasioptical feed). At this the antenna area is illuminated with the transmit power by a feed horn. The power is received by small antennae elements, then modified in the phase and emitted again. (E.g.: FRK - Patriot). Figure 2: End-fed series feed of phased array Series Feed At the series feed of the phased-array antennae the radiator elements are in series and progressively farther and farther removed from the feed point. An end-fed series array is shown in Figure 2. A center-fed array can be considered as two end feeds. Series feed arrays are frequency-sensitive and lead to bandwidth restrictions. When the frequency is changed, the phase at the radiating elements changes proportionately to the length of feed line so that the phase at the aperture tilts in a linear manner and the beam is scanned. This effect can be useful for frequency-scanning arrays, but normally it is undesirable. The increased electrical path length to each radiating element has to be computed as a function of frequency and taken into account when adjusting the phase shifters. Should a frequency change be carried out anyway the computer also must calculate the phase shifting newly (or most in the practice: it use another phase shift table). Figure 3: Parallel feed of phased array Parallel feed of passive antenna The transmit power is divided up in-phase at every power-divider at the shunt feed of the phased-array antennae. Every radiating element has an equal long feeding line and is provided therefore in-phase exactly. Changes in frequency don't affect phase differences therefore. This has the advantage that the computer can ignore the length of the feeding lines at the calculation of the phase shifting. This is an advantage for the frequency agility of the radar set and a requirement for frequency diversity and pulse compression. Transmission Type of Space Feeded Phased-Array Antenna Figure 4: transmission type of space feeding The space (optical) feed can be considered to be somewhat between a parallel feed and a center-fed series feed. Using a very long focal length, the space feed approximates a parallel feed. With a very short focal length it approximates a center-fed series feed, because there are essential differences in the path length from the feed horn to the individual antenna elements of the lens array. At a transmission type the primary feed is behind the lens array. The place behind the lens array is obstructed by the feeding field. For this the horn radiator doesn't make any shadow in the radiating field in front of the antenna. The “Patriot” SAM- complex has got a transmission type of space feeded phased-array antenna. Reflection Type of Space Feeded Phased-Array Antenna reflection Figure 5: reflection type radiation feeding At the reflection type behind the antenna is sufficient place to mount modules (E.g.: phase shifter controls and power supplies). Against this the horn radiator disturbs now. Exactly in the best ray direction he forms not only a shadow but he would take the reflected energy again, too. This then produces a standing wave in the feeding system! But the horn feed already should liking lightly be in the center someplace, if this is not the case different propagation times appear to the radiator elements again.
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 10.1 11.1 12.1 13.1 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 21.1 22.1 23.1 24.1 25.1 26.1 27.1 28.1 29.1 30.1
Faz Dizi Antenlerin Besleme Sistemleri Resim 1: Tornado Burun Radarı Aktif antenler Aktif Faz Dizi Antenler, her biri düşük seviyede güç üreten, çok sayıda gönderme-alma modüllerinde üretilen enerjinin doğrudan gönderildiği antenlerdir. Örnek olarak Tornado Burun Radarını ve Alman Hava Kuvvetlerinde kullanılan RRP-117 ve Alman Donanmasında kullanılan APAR tipi radarları gösterebiliriz. Aktif antenler, bir merkezi yüksek frekanslı güç birimi yerine, antende bulunan her bir ışıyıcıya amaca uygun bir şekilde doğrudan monte edilmiş bir güç yükseltecinin bulunduğu bir anten türüdür. Bu yöntemin üstünlüğü çalışması gerekli olan faz kaydırıcılar için ayrılan gücün azalmasıdır. Resimdeki anten, örneğin 428 adet aktif ışıyıcıdan oluşmaktadır. Aktif antenler Göndericiler Bölümünde ayrıntılı olarak işlenmiştir. Pasif antenler Pasif Faz Dizi Antenler aşağıda gösterilen alt bölümlere ayrılırlar: Faz Dizi Antenlerde güç beslemesinin en yaygın rastlanan tipi hatla beslemedir. Hatla beslemede merkezi olarak üretilmiş enerji bireysel ışıyıcılara dalga kılavuzu ya da bilezik-fırça sistemiyle aktarılarak dağıtılır (Örnek: PAR-80). Çok seyrek kullanılan bir diğer yöntem ise bir besleme boynuzunun üzerinde bulunan anten yüzeyinin gönderim gücü ile aydınlatıldığı (illuminated) ışımayla besleme denilen yöntemdir. Güç burada küçük anten elemanları tarafından alınır, fazı ayarlanır ve ardından tekrar yayınlanır (Örnek: Patriot füze sistemi). Resim 2: Işıyıcıların seri beslenmesi Bir pasif antenin seri beslenmesi Faz Dizi Antenlerin seri beslemesinde ışıyıcılar birbiri ardına gönderim gücü ile beslenirler. Daha uzun hatlarla beslenen ışıyıcılarda hat uzunluklarından dolayı gittikçe artan faz kayma miktarının faz kaydırma devrelerinin ayarı sırasında dikkate alınması gerekir. Bir ilave seri besleme yapılmaksızın bir frekansın değiştirilmesi mümkün değildir. Bir frekans değişimi mutlaka gerekiyorsa, bu faz kaydırma devre işlemcilerinin yeniden programlanmasıyla yapılmalıdır (ya da genellikle pratikte yapıldığı gibi: bir başka faz açı çizelgesi kullanılmalıdır). Besleme hattından enerji, toplam gücün yalnızca bir belirli kısmı geçecek şekilde ayarlanmış bir yönlü bağlaştırıcı vasıtasıyla alınır (decoupled). Bu alınan kısmın büyüklüğü genellikle Gauss ya da ikiterimli dağılım (binomial distribution) gibi bir belirli düzene uygun olarak gerçekleşir. Bu güç dağılımının anten çizgesinin yan topuzlarının (side lobes) büyüklüğünü üzerinde etkisi vardır. Resim 3: Işıyıcıların paralel beslenmesi Bir pasif antenin paralel beslenmesi Faz Dizi Antenlerin paralel beslenmesinde gönderim gücü her düğüm noktasında aynı fazda dağılır. Her ışıyıcı aynı uzunluktadır ve dolayısıyla frekanstan bağımsızdır. Sonuç olarak 2n ışıyıcının tamamı aynı büyüklükte güce ve aynı faza sahiptir. Dolayısıyla frekanstaki değişikliklerin faz farkları üzerinde bir etkisi olmaz. Bunun, bilgisayarın faz kayma miktarlarını hesaplarken hat uzunluklarını dikkate almasına gerek kalmaması gibi bir üstünlüğü bulunmaktadır ve böylece antene giden besleme hattının bant genişliği de artar. Bu durum frekans ataklık için bir üstünlüktür ve frekans-çeşitlemesinin ve darbe sıkıştırmasının yapılabilmesine imkân sağlar. İletim tipi besleme Resim 4: Işıyıcıların iletim tipi beslenmesi Işıma ile beslenen Faz Dizi Antenlerde, gücün, her bir ışıyıcıya dağılımının boynuz ışıyıcı tarafından zaten ayarlanmakta oluşu gibi bir üstünlüğü bulunmaktadır. Merkez bölgeleri kuvvetli bir ışıma alırken, Gauss dağılımına uygun olarak aydınlatılmış kenar bölgelerdeki ışıma daha zayıftır. Gücün bu şekildeki dağılması sayesinde anten çizgesindeki yan topuzlar küçülür. İletim tipi besleme, gönderim gücünün anten yüzeyinin arka tarafındaki boynuz ışıyıcı tarafından aktarıldığı bir besleme türüdür. Bu güç küçük anten elemanları tarafından kapılır, fazı ayarlanır ve ardından tekrar yayınlanır. Aslında Faz Dizi Antenlerin arka bölümü besleme alanı tarafından engellenmektedir. Bu yöntemde öndeki boynuz ışıyıcı antene herhangi bir gölgeleme yapmaz. Ana ışıyıcı anten alanının ne kadar yakınına monte edilmişse, bireysel ışıyıcılar arasındaki geçiş süreleri arasındaki farkta o kadar büyük olmaktadır. Bu geçiş sürelerinin faz kaydırma kontrolü sırasında dikkate alınması gerekir. (Bu bakımdan bu anten tipi faz kaydırma kontrolü anlamında daha ziyade bir seri beslemeyi andırır ve bu nedenle anten bant genişliğinde bazı kısıtlamaları söz konusudur.) „Patriot” Hava Savunma Füze sistemi iletim beslemeli tip bir Faz Dizi Anten ile çalışmaktadır. Yansıma tipi besleme düzlemi Resim 5: Işıyıcıların yansıma tipi beslenmesi Yansıma tipi besleme, gönderim enerjisinin anten yüzeyinin önünde yer alan bir besleme boynuzu tarafından aydınlatıldığı bir besleme türüdür. Bu enerji küçük antenler tarafından kapılır, fazı ayarlanır, bir yansıma düzlemine yansıtılır, buradaki faz kaydırıcılarla tekrardan fazları ayarlanır ve ardından tekrar yayınlanır. Yansımalı tip sistemlerde antenin arka bölümünde tüm devreleri (örneğin, faz kaydırma kumanda devreleri, besleme devreleri gibi) yerleştirebilecek kadar bir yer bulunur. Buna karşılık boynuz ışıyıcının bozucu etkisi söz konusudur. Yayının en iyi olduğu yönde (ortada), boynuz sadece bir gölgeleme yapmakla kalmaz; yansıtılmış enerjiyi tekrardan kapar, ardından besleme sisteminde bir duran dalga (standing wave) meydana getirir. Bununla beraber, besleme boynuzunun ışıyıcılarda tekrardan farklı geçiş sürelerine neden olmaması için olabildiğince ortada yer alması gerekir. Eğer bu farklı geçiş süreleri faz kaydırıcıların kontrolü sırasında dikkate alınırsa, o zaman boynuz ışıyıcıyı bir ofset antende olduğu gibi yayın yönünün dışında bir yere monte etmek mümkündür. Hatta o zaman faz kaydırma bir anahtar ile kumanda edilerek gönderim ve alım için farklı boynuz ışıyıcıları kullanmakta mümkün olur ve bu sayede alım- ve gönderim hatları birbirinden iyice ayrılmış olur! Anten, bu tür bir faz kaydırma kontrolü ile ilaveten bir gönderim-alım anahtarının (transceiver) işlevini de yüklenmiş olmaktadır.