http___radartutorial.de_06.antennas_Antenin_20Karakteristik_20De_C4_9Ferleri.tr.html_2.xml
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 10.1 10.2 11.1 11.2 12.1 13.1 14.1 14.2 15.1 15.2 15.3 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 21.1 22.1 22.2 23.1 24.1 25.1 25.2 25.3 26.1 27.1 27.2 27.3 27.4 28.1 29.1 30.1 30.2 30.3 30.4 31.1 32.1 32.2 33.1 34.1 35.1 35.2 35.3 35.4 35.5 36.1 36.2 37.1 37.2 37.3 37.4 37.5 37.6 38.1 38.2 38.3 38.4 39.1 40.1 41.1 42.1 43.1 44.1 45.1 45.2
Characteristic values of antennas ratio Figure 1: Antenna pattern in a polar-coordinate graph ratio Figure 1: Antenna pattern in a polar-coordinate graph « Characteristic values of antennas » Characteristic values of antennas Antenna gain and directivity Due to the special design of the antenna, the radiation density can be concentrated in certain spatial directions. A measure of the directivity of a lossless antenna is the antenna gain. It is closely associated with the directivity of the antenna. In contrast to the directivity, which only describes the directional properties of the antenna, the antenna gain also takes into account the efficiency of the antenna. It, therefore, indicates the actual radiated power. This is usually smaller than the power provided by the transmitter. However, since this power is easier to measure than the directivity, the antenna gain is used more often than the directivity. Under the assumption that a lossless antenna is considered, the directivity can be set equal to the antenna gain. A reference antenna is used to define the antenna gain. In most cases, the reference antenna is a lossless hypothetical omnidirectional radiator (isotropic radiator) that radiates uniformly in all directions or a simple dipole antenna which can also be a reference at least in the plane being considered. For the antenna to be measured, the radiation density (power per unit area) at a point at a certain distance is determined and compared with the value obtained using the reference antenna. The antenna gain is then the ratio of the two radiation densities. If, for example, a directional antenna generates 200 times the radiation density of an isotropic antenna in a certain spatial direction, the antenna gain G has the value 200 or 23 dB. Antenna pattern The antenna pattern is a graphical representation of the spatial distribution of the radiated energy of an antenna. Depending on the application, an antenna should only receive from a certain direction, but should not pick up signals from other directions (e.g. TV antenna, radar antenna), on the other hand, the car antenna should be able to receive transmitters from all possible directions. The desired directivity is achieved by the targeted mechanical and electrical construction of an antenna. A directivity indicates how well an antenna receives or transmits in a certain direction. It is indicated in a graphical representation (antenna pattern) as a function of the azimuth angle (horizontal diagram) and the elevation angle (vertical diagram). ratio back ratio Figure 2: The same antenna pattern in a rectangular-coordinate graph ratio back ratio Figure 2: The same antenna pattern in a rectangular-coordinate graph Either a Cartesian or a polar coordinate system is used. The measured values in the graphical representation can have linear or logarithmic values. Half power beamwidth The half power beamwidth is the angular range of the antenna pattern in which at least half of the maximum power is still radiated! Boundary points of the main lobe are thus the points at which the field strength in the room has decreased by 3 dB with respect to the maximum field strength. The angle Θ between these two boundary points is called the aperture angle or half power-beamwidth of the antenna. To simplify the calculations, it is often assumed that the power is evenly distributed within this angle and that no power is available outside. Beam solid angle A solid angle is a two-dimensional angle measurement with the variable name Ω. Their unit of measurement is the auxiliary unit Steradiant [Sr]. The beam solid angle ΩA is defined as the solid angle through which all the power of the antenna would flow if it's radiation intensity is constant (and equal to the maximum value) for all angles within ΩA. It is a rather theoretical value but can be approximated for antennas with very large directivity and small side lobes: There are models in which the projection of the antenna space angle onto the surface is represented as a rectangular profile with the edge lengths of the vertical and horizontal half power-beamwidths (pyramidal solid angle), as well as models in which it is represented circularly or elliptically onto a spherical surface (canonical solid angle). Sidelobe-attenuation In addition to the main lobe, the radiation pattern of an antenna contains several side lobes and a back lobe. These phenomena are undesirable because they influence the directional effect unfavorably and also draw energy from the main lobe. The relationship between the main lobe and the largest side lobe is called sidelobe attenuation. Sidelobe attenuation should be as high as possible. Forward / Reverse ratio The forward/backward ratio represents the ratio of the magnitude of the main lobe at 0° to the magnitude of the back lobe at 180°. This ratio should also be as large as possible. Figure 3: The antenna aperture is a section of a spherical surface Effective antenna area (aperture) An important parameter of antennas is the effective antenna area called Ae or “antenna aperture”. Under the condition of optimal orientation and polarization, the maximum power that can be obtained from a receiving antenna is proportional to the power density of the plane wave incident at the receiving location. The radiation density of the wavefront is a power per unit area. The proportionality factor, therefore, has the dimension of an area represented by an antenna in an electromagnetic field. This area is called the effective antenna area Ae and is closely related to the directivity D of the antenna, which is also equal to the gain for a lossless antenna: This equation shows a very important relationship: The directional characteristic of an antenna is determined by its geometric size. The larger the diameter in relation to the wavelength, the higher is its directivity. An effective antenna area can also be specified for linear antennas. It does not necessarily have to agree with the geometric extension of the antenna, which is particularly apparent with wire antennas. The ratio between the two quantities is called the aperture efficiency of the antenna Ka. For antennas with large parabolic reflectors, Ka = 0,6 … 1,0 applies. The effective antenna area of a rectangular horn radiator with dimensions a and b is slightly smaller than the geometric area a·b. The effective antenna area depends on the radiation distribution over the geometric antenna area. If this radiation distribution is linear, then Ka= 1. However, this high aperture efficiency with a linear radiation distribution also results in strong side lobes. If the side lobes are to be held on a smaller size for the practical use of an antenna, then the radiation distribution must be non-linear, and the effective antenna area is then smaller than the geometric antenna area (Ae< A). Bandwidth bandwidth of an antenna is the frequency range in which the antenna still achieves the required characteristics for: - spatial distribution (antenna pattern); - polarization; - impedance; - propagation mode. Most antenna technologies can support operation over a frequency range that is 5 to 10% of the central frequency (e.g., 100 to 200 MHz bandwidth at 2 GHz) due to their resonance characteristics. To achieve wide-band operation requires specialized antenna technologies (e.g., Logarithmic Periodical Dipole Antenna, Tapered Slot Antenna).
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 31.1 32.1 33.1 34.1 35.1 36.1 37.1 38.1 39.1 40.1 41.1 42.1 43.1 44.1 45.1 46.1 47.1 48.1
Antenin Karakteristik Değerleri (demet genişliği) Zayıflaması Oranı Resim 1: Bir anten çizgesinin kutupsal koordinatlarla gösterimi (demet genişliği) Zayıflaması Oranı Resim 1: Bir anten çizgesinin kutupsal koordinatlarla gösterimi Antenin Karakteristik Değerleri Anten Kazancı ve Yönlülük Özel bir tasarımla bir antenin yayın yoğunluğunu belirli uzamsal (spatial) yönlere yoğunlaştırmak mümkündür. Kayıpsız bir antenin yönlendirme yeteneğinin ölçütü Anten Kazancıdır. Bu değer antenin yönlülüğü (directivity) ile yakından ilgilidir. Antenin, yalnızca yönlülük karakteristiklerini tanımlayan yönlülüğünün aksine, anten kazancı aynı zamanda anteninin verimliliğini de kapsar ve bu nedenle gerçek yayınlanan gücü de gösterir. Bu güç genellikle göndericinin sağladığı güçten daha azdır. Ancak bu gücün ölçülmesi, yönlülüğün ölçülmesinden daha kolay olduğundan, yönlülük olarak anten kazancı daha sık kullanılır. Antenin bir kayıpsız anten olduğu varsayılırsa, yönlülük, anten kazancına eşit alınabilir. Anten kazancı tanımında, gerçek antene ilaveten bir de referans anten kullanılır. Çoğu durumda her yönde eşit yoğunlukta yayın yapan bir sanal yönbağımsız ışıyıcı (omnidirectional radiator/ isotropic radiator) referans anten olarak kullanılır ya da en azından söz konusu düzlemde bulunan bir basit dipol anten de bu amaçla kullanılabilir. Gerçek bir anten için bir belirli menzildeki bir noktadaki ışıma yoğunluğu (birim yüzeydeki güç) belirlenir ve bu değer yönbağımsız anten kullanılması durumunda ortaya çıkan değer ile karşılaştırılır. Bu durumda anten kazancı, bu iki ışıma yoğunluğunun oranıdır. Örneğin, bir yönlü anten, bir belirli uzamsal yönde bir yönbağımsız antenden 200 kat daha fazla bir ışıma yoğunluğu oluşturursa, G anten kazancı, 200 veya 23 dB demektir. Anten Çizgesi Anten çizgesi, bir antenden yayılan enerjinin uzamsal dağılımının bir grafiksel gösterimidir. Kullanıma göre, bir anten sadece bir belirli yönden gelen işaretleri alır, diğer yönlerden gelen işaretleri alamaz (örneğin, TV antenleri, radar antenleri); diğer taraftan, oto antenleri gibi antenler yayınları mümkün olan her yönden alabilirler. İstenen ışıma karakteristiği, bir antenin mekaniksel ve elektriksel tasarımı ile gerçekleştirilir. Bir ışıma deseni (radiation pattern), o antenin bir belirli yönde yayını ne kadar iyi yolladığını ya da aldığını gösterir. Bu desen, yani anten çizgesi, azimut açısının (yatay çizge) ve yükseklik açısının (düşey çizge) bir işlevidir ve grafiksel olarak gösterilir. Zayıflaması verhältnis Resim 2: Aynı anten çizgesinin Kartezyen koordinatlarla gösterimi Zayıflaması Oranı Resim 2: Aynı anten çizgesinin Kartezyen koordinatlarla gösterimi Bu gösterimde Kartezyen ya da kutupsal koordinat sistemi kullanılır. Grafiksel gösterimde ölçülen değerler doğrusal ya da logaritmik olarak ölçeklenebilir. Yarı Güç Genişliği Demet genişliği veya açıklık açısı, anten çizgesinin, en büyük gücünün en azından yarısının yayınlandığı, açısal açıklıktır! Ana topuzun sınır noktaları, en büyük alan gücüne göre, alan gücünün uzayda 3 dB e düştüğü noktalardır. Bu durumda ortaya çıkan Θ açısına o antenin Açıklık Açısı veya „Yarı Güç Açıklığı” denilir. Hesaplamaları basitleştirmek amacıyla, gücün açıklık açısı içinde düzgün dağıldığı ve açıklık açısı dışında ise herhangi bir gücün olmadığı kabul edilir. Anten Katı Açısı Bir katı açı, Ω değişkeniyle gösterilen iki boyutlu bir açı ölçümüdür. Katı açının ölçüm birimi steradyandır. Anten katı açısı ΩA (“beam solid angle”), ışıma yoğunluğunun bu katı açı içindeki tüm açılar için sabit olması durumunda, anten gücünün tümünün içinden geçeceği katı açı olurdu. Bu daha ziyade bir kuramsal değerdir, ancak çok kuvvetli yönlülüğe ve küçük yan topuzlara sahip antenler için yaklaşık bir hesaplama yapılabilir: Anten katı açısının, bir düz yüzeye izdüşümünün, yatay- ve dikey kenar uzunluklarının (piramidal katı açı) yarı güç genişliği kadar olan dik açılı modelleri yanında, bir küresel yüzey üzerinde dairesel ya da elips biçimli, izdüşümleri kanonik katı açılı (canonical solid angle) olan modelleri de vardır. Yan Topuzların Zayıflaması Bir anten çizgesine ana topuz dışında birden daha fazla sayıda yan topuz ve bir adet geri topuz bulunur. Bu durum yönlendirmeyi olumsuz etkilemesi ve ilaveten ana topuzda güç kaybına neden olması yüzünden arzu edilmez. Ana topuz ile en büyük yan topuz arasındaki oran Yan Topuz Zayıflaması olarak adlandırılır. Bu oran olabildiğince büyük olmalıdır. İleri- /Geri Oranı İleri-/Geri Oranı (Geri Zayıflama Oranı da denilir), 0° deki ana topuzun kazancının 180° deki geri topuzun kazancına olan oranıdır. Aynı şekilde bu oran da olabildiğince büyük olmalıdır. Resim 3: Etken anten yüzeyi bir küre yüzeyinin kesitidir Etken Anten Yüzeyi (Açıklık) Antenlerin bir önemli parametresi de Ae Etken Anten Yüzeyidir (Antenna Aperture). En uygun konumlandırma ve polarizasyon koşulu altında, bir alıcı antenin alabileceği en büyük alım gücü, alım noktasına isabet eden düzlem dalganın güç yoğunluğuna orantılıdır. Dalga cephesinin ışıma yoğunluğu birim yüzeye düşen bir güçtür. Bu yüzden orantılılık katsayısı, bir elektromanyetik alanda bir anten tarafından temsil edilen bir yüzeyin boyutudur. Bu yüzeye Etken Anten Yüzeyi, Ae denir ve kayıpsız bir antende kazanca eşit olan D yönlülüğü (directivity) ile yakından ilgilidir: Bu denklem bize çok önemli bir ilişkiyi göstermektedir: Bir antenin yönlülük karakteristiğini o antenin geometrik büyüklüğü belirler. Yarıçap dalga boyuna göre ne kadar büyükse, o antenin yönlülüğü de o kadar kuvvetli olur. Bir etken anten yüzeyi doğrusal antenler için de geçerlidir. Bunun mutlaka, özellikle tel antenlerde göze çarpacak kadar belirgin olan antenin geometrik boyutlarıyla uyumlu olması da gerekmez. Her iki büyüklüğün oranına antenin Ka Açıklık Verimliliği denir. Büyük parabolik yansıtıcıya sahip antenlerde Ka = 0,6 … 1,0 dir. Boyutları a ve b olan bir dikdörtgen boynuz ışıyıcının etken anten yüzeyi, a·b ile hesaplanan geometrik yüzeyinden biraz daha küçüktür. Etken Anten Yüzeyi, geometrik anten yüzeyi üzerindeki ışıma dağılımına bağlıdır. Eğer bu dağılım doğrusal ise o zaman Ka= 1 olur. Bir doğrusal ışıma dağılımı durumunda bu yüksek açıklık verimi, hayli güçlü yan topuzların oluşmasına sebep olur. Eğer antenin pratik kullanımı için yan topuzlar boyutsal olarak küçük tutulacaksa, ışıma dağılımı doğrusal olmamalıdır. Bu durumda etken anten yüzeyi, antenin geometrik yüzeyinden daha küçüktür (Ae< A). Bant Genişliği Bir antenin bant genişliği, antenin aşağıda belirtilen özelliklere sahip olması gerektiği frekans aralığıdır: - Boşluk dağılımı (anten çizgesi); - Polarizasyon; - Empedans; - Yayılma modu. Çoğu anten tipinde bant genişliği, tınlaşım (resonance) özellikleri nedeniyle, merkez frekansının yaklaşık % 5 ila 10'u (örneğin, 2 GHz de 100 ila 200 MHz) gibi oldukça dar bir genişliktir. Daha büyük bant genişlikleri için örneğin, Logaritmik Periyotlu Anten ya da Vivaldi-anten gibi özel antenler kullanılır.