http___radartutorial.de_06.antennas_Parabolik_20Antenler.tr.html_2.xml
1.1 2.1 3.1 4.1 5.1 6.1 6.2 6.3 6.4 7.1 7.2 7.3 8.1 8.2 8.3 9.1 9.2 9.3 10.1 11.1 12.1 12.2 12.3 13.1 14.1 14.2 15.1 16.1 17.1 18.1 19.1 19.2
Parabolic Antenna (primary radiator) Figure 1: Principle of parabolic reflector antenna (primary radiator) Figure 1: Principle of parabolic reflector antenna The parabolic dish antenna is the form most frequently used in the radar engineering of installed antenna types of. Figure 1 illustrates the parabolic antenna. A dish antenna consists of one circular parabolic reflector and a point source situated in the focal point of this reflector. This point source is called “primary feed” or “feed”. The circular parabolic (paraboloid) reflector is constructed of metal, usually a frame covered by metal mesh at the inner side. The width of the slots of the metal mesh has to be less than λ/10. This metal covering forms the reflector acting as a mirror for the radar energy. According to the laws of optics and analytical geometry, for this type of reflector all reflected rays will be parallel to the axis of the paraboloid which gives us ideally one single reflected ray parallel to the main axis with no sidelobes. The field leaves this feed horn with a spherical wavefront. As each part of the wavefront reaches the reflecting surface, it is shifted 180 degrees in phase and sent outward at angles that cause all parts of the field to travel in parallel paths. This is an idealised radar antenna and produces a pencil beam. If the reflector has an elliptical shape, then it will produce a fan beam. Surveillance radars use two different curvatures in the horizontal and vertical planes to achieve the required pencil beam in azimuth and the classical cosecant squared fan beam in elevation. Figure 2: Parabolic radiation pattern Figure 2: Parabolic radiation pattern This ideal case shown in the figure 1 doesn't happen in the practice. The real parabolic antennas pattern has a conical form because of irregularities in the production. This main lobe may vary in angular width from one or two degrees in some radars to 15 to 20 degrees in other radars. Figure 3: Horizontal cross section of a real measured radiation pattern of a parabolic antenna in logaritmic scale,determined in a field experiment The radiation pattern of a parabolic antenna contains a major lobe, which is directed along the axis of propagation, and several small minor lobes. Very narrow beams are possible with this type of reflector. The gain G of an antenna with parabolic reflector can be determined as follows: This is an approximate formula but gives a good indication for most purposes while noting that gain will be modified by the illumination function. Figure 3: Horizontal cross section of a real measured radiation pattern of a parabolic antenna in logaritmic scale, determined in a field experiment Figure 4: 3D radiation pattern of a parabolic antenna, determined using a simulation program Note: The differences between Figure 2 and Figure 4 make sense: in Figure 2 the range is linear, so the size of the side lobes is not recognizable. Figure 4 shows the range in logarithmic scale, the side lobes are so easily recognizable, but the peak of the main lobe is flattened.
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 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
Parabolik Antenler (Birincil Işıyıcı) Resim 1: Bir parabolik yansıtıcının prensibi (Birincil Işıyıcı) Resim 1: Bir parabolik yansıtıcının prensibi Parabolik Antenler Parabolik anten, biçimi bir parabolün eğriliği ile belirlenen, bir özel büküm verilmiş antendir. Parabol eksenine paralel olarak gelen her bir düz dalga cephesinin (wave front) enerjisi, yansıtıcının önündeki bir odak noktasına odaklanır. Tam tersi durumda, bu odak noktasından yayılan her radyal ışıma yansıtıcıya çarparak bir düz dalga olarak yansır. Parabolik antenler radar tekniğinde kullanılan anten tipleri arasında en sık karşılaşılan bir anten biçimidir. Resimde bir „normal” (simetrik) parabolik anten ana hatlarıyla gösterilmiştir. Odak noktasında bulunan bir kaynak simetrik yansıtıcıyı aydınlatmaktadır. Bir dönel paraboloidin kesiti olan bu yuvarlak yansıtıcı, çoğu kez içi kafes ızgara (lattice grid) ile kaplı metal çerçeveden meydana gelen bir yapıdır. Metal kafesteki elek boyutu λ/10 dan küçük olmalıdır. Bu yansıtıcı, elektromanyetik dalgalarda bir ayna gibi çalışır. Yansıtıcı yüzeyine gelen tüm ışınlar optik kanunlarına (ve geometriye) uygun olarak anten eksenine paralel biçimde yansıtılırlar. Besleme kaynağından küresel biçimde yayılarak yansıtıcıya varan bu ışınlar, yansıtıcı tarafından 180° faz farkıyla yansıtılır ve bütün ışınların paralel yayıldığı bir düz dalga cephesi oluştururlar. Böylece ışınlar parabol eksenine dik herhangi bir düzleme kadar yollarını değiştirmeden yayılırlar. Grafikte bir yuvarlak yansıtıcının ideal biçimi gösterilmektedir ve bu anten kalem demet olarak anılan, çok dar bir ışın demeti meydana getirir. Yansıtıcı bir eliptik biçime sahipse, yayacağı ışının biçimi o zaman bir pervane kanadına benzer. Arama radarları düşeyde ve yatayda farklı çizgelere sahiptirler: Yatay açıda çok dar, kalem biçimli ve yükseklik açısında ise bir klasik kosekant-kare biçimli çizge. Resim 2: Bir parabolik antenin ışıma çizgesi Resim 2: Bir parabolik antenin ışıma çizgesi Ancak bu ideal durum pratikte pek gerçekleşemez. Üretim tekniklerindeki yetersizliklerden dolayı ışıma deseni topuz biçimine dönüşür. Resim 3: Bir parabolik antenin saha çalışmalarıyla çizilen logaritmik ölçekteki gerçek anten çizgesi Bir parabolik anten yüksek kazançlı, ileri-/ geri oranı büyük, geniş ölçüde dönel simetrisi bulunan ve nispeten küçük yan topuzlara sahip bir ışıma çizgesine sahiptir. Bir parabol antenin anten kazancı aşağıdaki formülle hesaplanır: - ΘAz = Azimut açısı yarı değer genişliği - ΘEl = Yükseklik açısı yarı değer genişliği Bu formül, yaklaşık bir formül olmasına rağmen, birçok kullanım yeri için doğruluğu yeterlidir ve anten kazancı ile anten çizgesinin yarı değer genişlikleri arasındaki ilişkiyi açık bir şekilde sergiler. Resim 3: Bir parabolik antenin saha çalışmalarıyla çizilen logaritmik ölçekteki gerçek anten çizgesi Resim 4: Bir parabolik antenin bir benzetişim programı kullanılarak elde edilen 3-boyutlu anten çizgesi Resim 4: Bir parabolik antenin bir benzetişim programı kullanılarak elde edilen 3-boyutlu anten çizgesi Not: Resim. 2 ile Resim. 4 arasında şu anlamda farklar vardır: Resim.2 de menzil doğrusaldır, böylece yan topuzların büyüklüğü pek anlaşılmaz (ana topuzun binde biri seviyesinde). Resim.4 te ise menzil logaritmiktir, böylece yan topuzlar gayet iyi anlaşılır, ancak ana topuzun ucu düzleşmiştir. „Tek yöne bükümlü” ya da „Çift yöne bükümlü” parabolik antenler Resim 5: „Tek yöne bükümlü” yansıtıcı ile „Çift yöne bükümlü” yansıtıcının karşılaştırması İstenen her bir anten çizgesine bağlı olarak yansıtıcı sadece basitçe bir parabole göre biçimlendirilmiş bir yüzey ya da yukarda verilen dönel paraboloit biçiminde olabilir. Bir basit parabol biçimi verilmiş yüzeye „tek yöne bükümlü” („Single Curvature”) denilir. Bu anten yapısı, eğer: - ana ışıyıcının ışıma çizgesinde yükseklik açısında hiçbir değişiklik istenmiyorsa; - ya da çok sayıda yan yana ya da üst üste konulmuş ışıyıcılarda, bir odak noktası yerine bir odak hattı gerekiyorsa, kullanılır. Eğer bir parabolik anten sadece bir tane ana ışıyıcıya sahipse, ya da diğer ana ışıyıcılar „yandan bakacak şekilde” (squinted) monte edilmiş ve bir farklı anten çizgesi meydana getiriyorsa, o zaman „çift yöne bükümlü” parabolik antenler, dönen yankı işaretlerinin alınabildikleri noktaya tam odaklandığından enerjik olarak daha verimlidir. Tek ana ışıyıcıya sahip „tek yöne bükümlü” parabolik antenlerde enerjinin bir bölümü ana ışıyıcının yanına isabet eder. „Tek yöne bükümlü” bir parabolik antenin, örneğin parabol yansıtıcıyı açı hatası olmadan aydınlatması için tüm odak hattının tamamı ışıyıcılarla kaplı ise bir anlamı olurdu (Tip 1022 deniz radarında olduğu gibi). Böylece, en azından anten çizgesinde varlığı kaçınılmaz olan yan topuzlar, bireysel ışıyıcılarda güç dağılımı daha uygun hale getirilebildiğinden dolayı küçülür. Eğitim radarında genellikle mali nedenlerle bir ortak yansıtıcı önüne gönderim- ve alım durumu için ayrı ana ışıyıcı konulur. Bir „çift yöne bükümlü” parabolik antende odak noktasında ana ışıyıcılardan sadece biri konulabilir: diğerleri yanında yer alabilir. Kuvvetle yoğunlaşmış gönderici enerjisi bir yansıma sonrası artık alıcı antenine isabet edemez. Bu durum için sadece bir adet „tek yöne bükümlü” parabol antene sahip radar aygıtlarında alım anteni yine odak hattında yer alır: Gönderim- ve alım antenleri bu dikey odak hattında üst üste dizilirler. Enerji çok verimli değildir: Fakat bu durumda herhangi bir menzil rekoru hedeflenmemiş, daha ziyade prensibin sunumu yapılmıştır.