Page 121 - bilgem-teknoloji-dergisi-4

Bahattin TÜRETKEN, Koray SÜRMELİ Radar Antenleri – IV: Faz Dizili Anten Kuramına Genel Bakış

Radar Antenleri – IV:
2 FAZ DİZİLİ ANTENLERİN ELEKTRİKSEL Pasif diziler merkezi bir verici ve bir alıcı birimi
Faz Dizili Anten Kuramına Genel Bakış MİMARİSİ kullanırlar. Hüzme tarama yapabilmek için gerek duyulan

Faz dizili antenler, Şekil 2’de gösterildiği gibi iki temel faz kaymasını sağlamak amacıyla eleman düzeyinde faz
Bahattin TÜRETKEN, Koray SÜRMELİ mimariyle ifade edilirler: pasif faz dizileri ve aktif faz kaydırıcılar kullanılır, ancak genellikle bunlar genlik
kontrolü sağlamazlar. Pasif dizilerde sistem hassasiyetini ve
dizileri. Her bir yapı kendine has özelliklere, avantajlara ve
dezavantajlara sahiptir [7]. verimliliğini artırmak için besleme ağı ve faz kaydırıcılar
içerisindeki kayıpları en düşük düzeye indirmek
Özet - Bu çalışmada, haberleşme, radar ve radyoastronomide sık vericilere yönlendirerek, bir haberleşme sistemi olarak da gerekmektedir.
kullanılan faz dizili antenlerin temel kuramı, mimari yapıları ve anten çalışabilir. Faz dizili antenlerde muazzam bir esneklik söz
tasarımları ile ilgili bilgiler verilecek ve örnek bir uygulama üzerinden konusudur. Özel durumları en iyi şekilde karşılayabilmek Pasif diziler elektronik olarak tarama yapan dizi
tasarım teknikleri incelenecektir.
amacıyla tarama ve izleme hızları ayarlanabilir. Örneğin antenlerin en düşük maliyetli olanıdır; çünkü bileşenlerinin
Anahtar Sözcükler - Aktif diziler, dizi antenler, elektronik taramalı hedeflerin manevraları gibi belirsizlik durumlarında veri hızı Faz sayısı ve maliyetleri düşüktür. Eğer çok düşük yan kulakçık
diziler, faz dizili antenler, pasif diziler, radar. Kaydırıcı düzeyleri isteniyorsa, uygun genlik ağırlıklandırılmasının
artırılmaktadır. Faz değiştirme yoluyla anten hüzme
genişliği elektronik olarak değiştirilebilir. Böylece, belirli Besleme Ağı kullanıldığı ayrı bir alıcı besleme ağının kullanılması
alanları çok daha hızlı bir biçimde, ancak daha düşük gerekmektedir.
1 GİRİŞ kazançla kapsamak mümkündür. Açıklık boyunca Aktif dizilerde eleman başına bir verici/alıcı birimi

Günümüzde mikrodalga ve yazılım tekniklerindeki yerleştirilen çok katlı güç üreteçleri sayesinde çok yüksek güç kullanılarak genlik ve faz kontrolü sağlanmaktadır. Pasif
gelişmelerle birlikte, radar uygulamalarında kullanılan değerleri elde edilebilmektedir. Güç dağılımı, tarama Alıcı dizilerde kullanılan merkezi verici birimi her bir verici/alıcı
antenlerden çok daha farklı görevler beklemek olağan hale alanında bilgisayar yardımıyla kontrol edilebilir. Elektronik Koruma Yüksek Güçlü birimi içerisinde kullanılan ayrı güç kuvvetlendiricileriyle yer
gelmiştir; zira, klasik radarlar tehditlere karşı etkisiz olarak kontrol edilen faz dizili antenler eldeki belirli bir Verici değiştirmiştir. Bu kuvvetlendiriciler verici durumda yüksek
kalmaya başlamıştır. Bundan dolayı çok fonksiyonlu ve çoklu görevi en iyi biçimde yerine getirebilmek için gerek duyulan güç kuvvetlendiricisi, alıcı durumda ise düşük gürültülü
görev ifa eden akıllı sistemleri kullanmak kaçınılmaz çeşitli fonksiyonların tamamını gerçekleştirebilme LNA Besleyici kuvvetlendiricidir. Bu durum Şekil 2’deki verici/alıcı
ve
olmuştur. Böylelikle, modern radarlar birçok işlevi yerine yeteneğine sahiptir. Örneğin ters sentetik açıklık gibi hedef Alıcı biriminin basitleştirilmiş şemasından da görülmektedir.
getirmek için faz dizili yapılar kullanmaya başlamıştır sınıflama fonksiyonlarını desteklerler. Fonksiyonlar sayısal Aktif dizilerde sistem hassasiyeti, sistem gürültü faktörünün
(Şekil 1). hüzme tarama bilgisayarları ile hızlı bir biçimde ayarlanması ve RF gücünün açıklıkta üretilmesiyle
programlanabilirler. Faz dizili antenler kargaşayı (clutter) (a) artırılmaktadır. Aktif dizilerde kullanılan verici/alıcı
Bilindiği gibi anten dizileri, istenilen ışıma özelliklerini daha etkili bir biçimde bastırabilirler [2].
verecek şekilde uygun genlik ve faz ilişkileri bulunan özdeş birimleri hem alıcı hem de verici durumda tamamen esnek
genlik ve faz kontrolü sağlar. Aktif dizilerde besleme ağının
antenlerin değişik biçimlerde düzenlenmiş gruplarına denir Yukarıdaki avantajlarından dolayı faz dizili radarlar en düşük kayıp için optimize edilmesine gerek duyulmaz. Bu
[1]. Dizi antenler anten hüzmesini daraltmak, hüzmeyi 1950’li yıllardan beri birçok askeri ve sivil radar nedenle, aktif diziler tasarım esnekliğine ve sistemin hacim
şekillendirmek, yönlendirmek ve kazancı artırmak için uygulamalarında yoğun olarak kullanılmaktadır [2]–[6]. ve ağırlık değerlerinin en düşük düzeye indirilebilme
kullanılırlar. Dizi antenlerin önemli ışıma özellikleri; ana yeteneklerine sahiptir. Aktif dizilerin bu avantajları sistemin
demet doğrultusu, yan kulakçık düzeyleri ve yarım güç Besleme Ağı
hüzme genişliğidir. karmaşıklığını ve maliyetini de doğal olarak artırmaktadır.
1980’lerden itibaren düşük maliyetli GaAs tek parça
Faz dizili antenler ise, istenilen bir hüzme yapısını mikrodalga tümdevreleri, yüksek hızlı sayısal işleme
oluşturabilmek amacıyla, diziyi oluşturan elemanların her bileşenlerinin geliştirilmesiyle birlikte, aktif dizilerin birçok
birinin besleme genlik ve faz değerlerinin ayrı ayrı kontrol radar ve haberleşme uygulamasında tercih edilen dizi yapısı
edilebildiği bir dizi yapısıdır. Hüzmenin konumu diziyi Alıcı Besleyici haline gelmesini sağlamıştır. Ancak GaAs teknolojisi,
oluşturan elemanların besleme faz değerlerinin ayarlanması maliyeti, yüksek yoğunlukta tümleştirme yapılamaması, güç
ile elektronik olarak kontrol edilir. Böylece ana hüzme tüketiminin yüksek olması nedenleriyle, yerini 1955’lerde
anteni fiziksel olarak hareket ettirmeden yönlendirilebilir. HPA başlayan, 2000 yıllarında hızla artan Silisyum-Germanyum
Faz dizili antenlerin mikrosaniye mertebesinde hızlı ve Anten (SiGe) teknolojisine bırakmıştır ve bu pazar bu yönde hızla
doğru (accurate) hüzme tarama (beam steering) yapabilme ilerlemektedir [8], [9].
Faz
yetenekleri, sistemlerin birçok fonksiyonu birden Kaydırıcı Melez bir faz dizisi yapısı aktif ve pasif dizilerin bazı
gerçekleştirebilmesine izin vermektedir. Elektronik olarak LNA Sınırlayıcı özelliklerini birleştirir. Pasif faz dizili antenlerde olduğu
hüzme tarama yapabilen radarlar çok sayıdaki hedefleri gibi, merkezi bir verici birimi diziyi besler; fakat sistemin
izleme ve bu hedeflerden bazılarını radyo frekans (RF) (b) toplam gürültü faktörünü iyileştirebilmek amacıyla her bir
enerjisi ile aydınlatabilme yeteneklerine sahiptir. Böyle bir faz kaydırıcının önüne bir düşük gürültülü kuvvetlendirici
radar yüksek kazançlı hüzmelerini uzak mesafedeki alıcı ve Şekil 1. Faz dizili anten fonksiyonları eklenmiştir. Düşük yan kulakçık düzeyleri elde edebilmek
Şekil 2. Temel faz dizisi mimarileri: (a) Doğrusal pasif dizi, (b) aktif dizi.
için ayrık bir alıcı besleme ağı kullanılmaktadır.

118 Sayı 03 Mayıs-Ağustos 2010 http://www.uekae.tubitak.gov.tr/ 119
·