Page 122 - bilgem-teknoloji-dergisi-4

Bahattin TÜRETKEN, Koray SÜRMELİ Radar Antenleri – IV: Faz Dizili Anten Kuramına Genel Bakış
Şekil 3. Aktif faz dizili atış kontrol radarı.
3 FAZ DİZİLİ ANTENLERİN FİZİKSEL YAPILARI
Faz dizili antenlerde elemanların nasıl gruplanıp
besleneceğine bağlı olarak, geometrik gereksinimleri
sağlamak üzere belirli frekans aralıkları için tasarlanmış üç
temel dizi yapısı bulunmaktadır. Bu yapılar tuğla, kiremit ve
tepsi olarak adlandırılmaktadır. Bu adlandırma verici/alıcı
birimlerinin, işaret ve güç dağılımına ve besleme
devrelerinin fiziksel yerleşimine göre yapılmıştır.
Bir örneği Şekil 3’te görülen tuğla (brick) tipi dizilerde
verici/alıcı birimleri tuğlaya benzeyen dikdörtgen bir
yapıdadır. Verici/alıcı birimleri; enerji depolama
θ ışıma diyagramı diziyi oluşturan elemanların herhangi
d fazına) bağlı olan bir fonksiyondur. Eğer bir dizi özdeş
nd sinθ
n = 0 1 2 3 n N − 2 N − 1
Şekil 4. Temel doğrusal dizi yapısı.
120
D
N elemandan oluşan ve elemanlar arasındaki uzaklığın d olacaktır ve ana hüzme φ = 90 ’de oluşacaktır.
kondansatörleri, işaret ve güç dağıtma devreleri ve doğrusal olduğu bir doğrusal dizi için dizi faktörü, her bir elemanın
alt dizileri düzenleyebilmek için kullanılan RF katlarıyla uzak alanda herhangi bir noktada oluşturduğu elektrik alan Işıma diyagramında, ana hüzmeye göre ilk yan kulakçık
birlikte soğutma biriminin her iki tarafına monte edilirler. ifadelerinin toplanması ile elde edilir. Dizi faktörü, düzeyinin değeri önemli bir parametredir. Bu değer büyük
Tuğla yapısı düşük maliyetli olarak üretilmektedir. Yapı N − 1 N değerleri için
içerisinde kullanılan elemanlar ise geniş bantlı A () = ∑ a e jnψ (1)
ψ
n
tasarlanabilmektedir [10]. n = 0 1 1 ≅ 1 1 = 2 = 0,212 (7)
Tepsi (tray) tipi dizilerin yapısı temel olarak tuğla biçimindedir. Burada a n. elemanın besleme genlik N sin ⎜ ⎛ 3π ⎞ ⎟ N 3π 3π
n
yapısına benzer. Ancak tepsi yapısında her bir alt dizi kendi katsayısını ifade etmektedir. Eğer antenler ⎝ 2N ⎠ 2N
güç kaynağını ve hüzme tarama kontrol birimini • x eksenine yerleştirilmiş ise olarak hesaplanır.
içermektedir.
θ
ψ = kd sin cosφ , (2) İlk yan kulakçık ana hüzmeden 13,5 dB kadar aşağıdadır.
Kiremit (tile) mimarisinde verici/alıcı birimleri dikdörtgen Bu değer N büyük olduğu sürece, N ’den hemen hemen
kiremit biçimindedir ve açıklığa paralel şekilde soğutma • y eksenine yerleştirilmiş ise bağımsızdır.
birimi üzerine monte edilirler [11]. Enerji depolama, işaret ψ = kd sin sinφ ve (3) Yan kulakçık düzeyleri elemanların besleme genlik
θ
ve güç dağıtma devreleri ve RF katları verici/alıcı
birimlerinin arkasına monte edilir. Bu yapı bir kekin katları • z eksenine yerleştirilmiş ise katsayısı dağılımının değiştirilmesiyle azaltılabilir. Dizinin
şeklinde düşünülebilir. Kiremit mimarisi dizi ağırlığını ψ = kd cosθ (4) merkezindeki eleman en yüksek genlikli akım ile
beslenirken diğer elemanların genlik değerleri simetrik
önemli ölçüde azaltır. Ancak daha gelişmiş soğuk tabaka
olacaktır. olarak değiştirilir. Sonuçta yan kulakçık düzeyleri azaltılır,
tasarımlarına ve yeni RF bağlantılarına gerek duyar.
Doğrusal bir dizinin genelleştirilmiş dizi faktörü ise ancak ana hüzmenin genişliği artar. Dolph-Chebyshev
4 DİZİ ANTEN KURAMI Nψ ⎞ Taylor, Binom, Bayliss vb. çeşitli sentez teknikleri bu amaç
sin ⎜ ⎛ ⎟ için kullanılmaktadır [12]-[14]. Bu teknikler literatürde
Doğrusal veya düzlemsel dizi antenlerin ışıma A ψ 1 ⎝ 2 ⎠ (5) ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Eş aralıklarla yerleştirilmiş
() =
diyagramları, genel dizi yapısının (doğrusal, dairesel, N sin ⎛ ⎜ ψ ⎞ ⎟ 32 elemandan oluşan doğrusal bir dizi için sentez teknikleri
düzlemsel vb.), elemanlar arası uzaklığın, elemanların ⎝ 2 ⎠ uygulandıktan sonra elde edilen ışıma diyagramları
besleme genlik ve faz katsayılarının ve diziyi oluşturan olarak ifade edilir. Şekil 5’te verilmiştir.
elemanların ışıma diyagramlarının fonksiyonudur [12], [13].
Genellikle özdeş elemanlar eş aralıklı bir şekilde doğrusal Doğrusal dizilerin ana hüzme doğrultusu, ilk yan 5.1 Elektronik Hüzme Tarama
olarak, dikdörtgen bir ızgara üzerinde olacak biçimde veya kulakçık düzeyi gibi önemli bazı parametreleri yukarıdaki Hüzme tarama dizi antenlerin en önemli özelliklerinden
dizi faktörü ifadesi kullanılarak elde edilir.
bir daire üzerinde olacak şekilde yerleştirilirler. İlk durumda biridir. Diziyi oluşturan antenleri uygun fazlarda besleyerek
doğrusal dizi, ikinci durumda düzlemsel dizi, üçüncü Ana hüzmenin doğrultusu dizinin en fazla ışıma yaptığı hüzme belirli bir açıya yönlendirilebilir. Doğrusal dizilerde
durumda ise dairesel dizi yapısı elde edilir. açı değerini göstermektedir. Bu açı değeri dizi faktöründe elemanların faz değerleri doğrusal artırılarak ana hüzme
ψ ’yi sıfır yapan değerdir. Örneğin x eksenindeki bir dizi yönlendirilir. Bu durumda dizi faktörü
Özdeş elemanlardan oluşan bir dizi için ışıma diyagramı için yatay düzlemde (θ = 90 )
D
diyagram çarpım ilkesi yoluyla bulunabilir. Bu ilkeye göre A () = N − 1 a e jn ( − 0 )ψψ (8)
∑
ψ
dizinin ışıma diyagramı, dizi elemanının ışıma diyagramı ile ψ kd cosφ = (6) n = 0 n
dizi faktörünün çarpımından elde edilir. Dizi elemanının
biçimini alır.
birinin ışıma diyagramıdır. Dizi faktörü ise dizinin Burada ψ eklenen faz faktörüdür ve ana hüzmenin
0
geometrisine ve elemanların besleme katsayısına (genlik ve pozisyonunu istenilen açıya yönlendirir. Eğer antenler
• x eksenine yerleştirilmiş ise
elemanlardan oluşuyorsa dizi faktörünün anten tipinden
bağımsız olduğu düşünülür. ψ = kd sinθ 0 cosφ 0 , (9)
0
• y eksenine yerleştirilmiş iseler;
5 DOĞRUSAL DİZİLER
ψ = kd sinθ sinφ ve (10)
Daha önce de bahsedildiği gibi, doğrusal diziler özdeş 0 0 0
elemanların bir eksen üzerine eşit aralıklarla yerleştirilmesi • z eksenine yerleştirilmiş iseler;
ile elde edilir. Böyle bir dizi yapısı Şekil 4’te gösterilmiştir. ψ = kd cosθ 0 (11)
0
Doğrusal dizilerde bütün elemanlar aynı akım dağılımına
sahiptir. Sadece akımın genlik ve faz değerleri olacaktır.
değiştirilebilir. Şekil 5. -30 dB yan kulakçık düzeyi için elde edilen ışıma diyagramları.
Sayı 03 Mayıs-Ağustos 2010 http://www.uekae.tubitak.gov.tr/ 121
·