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 8.2 8.3 8.4 9.1 9.2 9.3 10.1 10.2 10.3 10.4 11.1 11.2 11.3 11.4 12.1 12.2 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 14.1 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 20.1 20.2 20.3 20.4 20.5 21.1 22.1 23.1 23.2 23.3 23.4 23.5 24.1 25.1 25.2 25.3 25.4 25.5 25.6 26.1 27.1 27.2 28.1 29.1 30.1 30.2 30.3 31.1 31.2 31.3 31.4
Antenna Characteristics ratio Figure 1: Antenna pattern in a polar-coordinate graph ratio Figure 1: Antenna pattern in a polar-coordinate graph Antenna Characteristics Antenna Gain Independent of the use of a given antenna for transmitting or receiving, an important characteristic of this antenna is the gain. Some antennas are highly directional; that is, more energy is propagated in certain directions than in others. The ratio between the amount of energy propagated in these directions compared to the energy that would be propagated if the antenna were not directional (Isotropic Radiation) is known as its gain. When a transmitting antenna with a certain gain is used as a receiving antenna, it will also have the same gain for receiving. Most radiators emit (radiate) stronger radiation in one direction than in another. A radiator such as this is referred to as anisotropic. However, a standard method allows the positions around a source to be marked so that one radiation pattern can easily be compared with another. The energy radiated from an antenna forms a field having a definite radiation pattern. A radiation pattern is a way of plotting the radiated energy from an antenna. This energy is measured at various angles at a constant distance from the antenna. The shape of this pattern depends on the type of antenna used. To plot this pattern, two different types of graphs, rectangular-and polar-coordinate graphs are used. The polar-coordinated graph has proved to be of great use in studying radiation patterns. In the polar-coordinate graph, points are located by projection along a rotating axis (radius) to an intersection with one of several concentric, equally-spaced circles. The polar-coordinate graph of the measured radiation is shown in Figure 1. The main beam (or main lobe ) is the region around the direction of maximum radiation (usually the region that is within 3 dB of the peak of the main beam). The main beam in Figure 1 is northbound. The sidelobes are smaller beams that are away from the main beam. These sidelobes are usually radiation in undesired directions which can never be completely eliminated. The sidelobe level (or sidelobe ratio) is an important parameter used to characterize radiation patterns. It is the maximum value of the sidelobes away from the main beam and is expressed in Decibels. One sidelobe is called backlobe. This is the portion of radiation pattern that is directed opposing the main beam direction. 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 The now following graph shows the rectangular-coordinated graph for the same source. In the rectangular-coordinate graph, points are located by projection from a pair of stationary, perpendicular axes. The horizontal axis on the rectangular-coordinate graph corresponds to the circles on the polar-coordinate graph. The vertical axis on the rectangular-coordinate graph corresponds to the rotating axis (radius) on the polar-coordinate graph. The measurement scales in the graphs can have linear as well as logarithmic steps. For the analysis of an antenna pattern the following simplifications are used: Beam Width The angular range of the antenna pattern in which at least half of the maximum power is still emitted is described as a „Beam With”. Bordering points of this main lobe are therefore the points at which the field strength has fallen in the room around 3 dB regarding the maximum field strength. This angle is then described as beam width or aperture angle or half power (- 3 dB) angle - with notation Θ (also φ). The beamwidth Θ is exactly the angle between the 2 red marked directions in the upper pictures. The angle Θ can be determined in the horizontal plane (with notation ΘAZ) as well as in the vertical plane (with notation ΘEL). Main and Side Lobes (Minor Lobes) The pattern shown in the upper figures has radiation concentrated in several lobes. The radiation intensity in one lobe is considerably stronger than in the other. The strongest lobe is called main lobe; the others are (minor) side lobes. Since the complex radiation patterns associated with arrays frequently contain several lobes of varying intensity, you should learn to use appropriate terminology. In general, main lobes are those in which the greatest amount of radiation occurs. Side or minor lobes are those in which the radiation intensity is least. Front-to-Back Ratio The front-to-back ratio of an antenna is the proportion of energy radiated in the principal direction of radiation to the energy radiated in the opposite direction. A high front-to-back ratio is desirable because this means that a minimum amount of energy is radiated in the undesired direction. Aperture Figure 3: The antenna aperture is a section of a spherical surface The effective aperture of an antenna Ae is the area presented to the radiated or received signal. It is a key parameter, which governs the performance of the antenna. The gain is related to the effective area by the following relationship: The aperture efficiency depends on the distribution of the illumination across the aperture. If this is linear then Ka= 1. This high efficiency is offset by the relatively high level of sidelobes obtained with linear illumination. Therefore, antennas with more practical levels of sidelobes have an antenna aperture efficiency less than one (Ae< A).
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.