Page 114 - bilgem-teknoloji-dergisi-5

Bahattin TÜRETKEN, Koray SÜRMELİ, Aziz U. ÇALIŞKAN Radar Antenleri – V: Faz Dizili Antenler – Besleme, Uygulama ve Gelişim Yönü
güç bölme özelliğine sahiptir. Her bir bağlaştırıcının ayrı Paralel besleme yapısında, dizinin merkezine göre
ayrı tasarlanması ve yönelme açısının frekansa bağlılığı, bu simetrik olarak yerleştirilen bir eleman çiftinden alınan
besleme yapısının dezavantajlarını oluşturur. işaretler, toplam ve fark işaretleri oluşturabilmek amacıyla
sihirli T (magic T) içerisinde birleştirilirler. Dizi açıklığı
Tek darbe toplam ve fark ışıma diyagramları dizinin
ortasından beslenmesiyle elde edilebilir. Toplam ve fark boyunca bütün eleman çiftlerinden alınan toplam işaretler,
ışıma diyagramlarını elde edebilmek için iki ayrı besleme daha sonra bir güç birleştirici ağ içerisinde birleştirilerek
hattı kullanılır. Bu hatlar bir ağ içerisinde birleştirilir [5]. toplam ışıma diyagramı elde edilir. Toplam ışıma diyagramı
Genlik dağılımlarının bağımsız olarak kontrol edilebilmesi için istenilen genlik dağılımı güç birleştirme ağı içerisinde
mümkündür. Seri besleme yapısının bant genişliği yol işaretlerin uygun şekilde ağırlıklandırılması ile elde edilir.
uzunluklarını eşit yaparak artırılabilir. Ancak bant genişliği Bütün eleman çiftlerinden alınan fark işaretleri, ayrı bir güç
fazörler ve bağlaştırıcılar tarafından sınırlandırılmış ise, bu birleştirici ağ içinde birleştirilerek fark ışıma diyagramı elde
yöntem çok az yarar sağlar. Yol farkı olmadığında hüzme edilir. Hem toplam hem de fark ışıma diyagramları için
yönlendirme hesaplamalarını yapmak daha kolaydır. düşük yan kulakçık düzeyleri elde edebilmek amacıyla, iki
birleştirme ağı içerisindeki genlik dağılımlarının farklı
2.1.2 Paralel Besleme oluşturulması gerekir. Böylece toplam ve fark ışıma
diyagramlarının bağımsız olarak kontrol edilebilmesi
Paralel besleme yapısında giriş ucundan her bir elemana mümkün olabilmektedir.
kadar tekrarlı jonksiyonlar kullanılır. Böylece giriş ucundan
her bir elemana kadar olan elektriksel yol uzunlukları 2.2 Çoklu Hüzme Besleme
birbirine eşit olur. Örnek bir besleme yapısı Şekil 2’de
gösterilmiştir. Genellikle paralel besleme, çift sayıda Faz dizili antenler için bir diğer sınırlı besleme yapısı,
elemana sahip dizilerde kullanılır ve eleman sayısının bir çoklu hüzme biçimlendirme devrelerinden oluşur. Bu tür
eksiği kadar da jonksiyona gerek duyulur. besleme devreleri ile geniş bir bölgeyi kapsayan eş zamanlı
çoklu hüzmeler oluşturulabilir. Her bir hüzme eşit kazanca
Paralel bir beslemede, eş genlikli bir besleme dağılımı ve şekle sahiptir.
için bütün güç bölücülerin aynı olması gerekmektedir. Aksi
halde, eşit olmayan güç bölücülere gerek vardır. 2.2.1 Butler Matrisi
Pasif faz dizili antenlerde besleme ağlarının düşük kayıplı Butler matrisi yaygın bir biçimde kullanılan çoklu hüzme
olması istendiğinden, genellikle dalga kılavuzları kullanılır. besleme ağ yapısıdır. Hüzme uçlarının sayısı eleman
Aktif faz dizili antenlerde ise, besleme ağındaki bir miktar uçlarının sayısına eşittir. Bağlantı iletim hatları birbirlerine
kayıp kabul edilebilir ve şerit hatlı yapılar kullanılır. Böylece 90° melezler (hybrid) kullanılarak bağlanırlar. Sabit faz
dizinin ağırlığı, maliyeti ve kalınlığı azaltılabilir. birimleri her bir hüzme için uygun fazı sağlar. Eğer faz
birimleri eşdeğer zaman geciktirme birimleri ile
+HİBRİT
p/4 p/4 FAZÖR
p/4 p/4
3p/8 p/8 p/8 3p/8
1R 4L 3R 2L 2R 3L 4R 1L
Şekil 2. Paralel besleme. Şekil 3. Butler matrisi.
112 Sayı 05 Ocak-Nisan 2011
·
değiştirilirse bant genişliği azalır (Şekil 3). süreleri ve faz kaymasını gerçekleştirebilmek için gerek
Hüzme giriş uçlarının herhangi birinden sürülen işaret duyulan güç miktarıdır. Aynı zamanda faz kaydırıcının
bütün ışıma elemanlarını eş genlikle besler. Işıma ağırlık ve boyutu ile kontrol devreleri de önemli
parametrelerdir.
elemanlarının faz farkları ise 180 N değerinin tek katı
D
olacak biçimde değişir. Burada N ışıma elemanlarının Pasif faz dizili antenlerde kullanılmak üzere elektronik
toplam sayısıdır. Eş genlikli besleme dağılımı olduğu için olarak kontrol edilen ferrit faz kaydırıcılar ve diyotlu faz
)
oluşan dizi ışıma diyagramları (sin Nx ) (sin x biçimindedir. kaydırıcılar geliştirilmiştir. Diyotlu faz kaydırıcılar hızlı
Her bir hüzmenin tepe noktası diğer hüzmelerin sıfır anahtarlama süreleri, düşük ağırlık ve düşük maliyet gibi
noktalarına yerleştirilir. Bu hüzmeler birbirlerine dik olduğu avantajlara sahiptir. Ancak araya girme kaybı (insertion loss)
için hüzmeler arasında çapraz kuplaj kaybı yoktur. Frekans değerleri yüksektir. Daha yavaş anahtarlama sürelerinin
değiştiğinde hüzmelerin hüzme genişlikleri değişmezken sorun oluşturmadığı ve düşük araya girme kaybı istenildiği
konumları değişir. durumlarda ferrit faz kaydırıcılar kullanılır.
2.3 Mercekler 3.2 Ferrit Faz Kaydırıcılar
2.3.1 Rotman Mercekleri Genel olarak dört farklı ferrit faz kaydırıcı yapısı
mevcuttur [7]–[11]. Bunlar değişken manyetik geçirgenlik
Rotman mercekleri paralel levha dalga kılavuzları, şerit katsayısına sahip olan ferrit faz kaydırıcılar, halka (toroidal)
hat veya mikroşerit gibi iki boyutlu dalga kılavuzlama ferrit faz kaydırıcılar, çift mod (dual-mode) ferrit faz
ortamından oluşur [6]. Hüzme uçları konkav bir yay üzerine, kaydırıcılar ve döner alan ferrit faz kaydırıcılardır. Değişken
eleman uçları ise bu yayın karşısında yer alan başka bir manyetik geçirgenlik katsayısına sahip olan ferrit faz
konkav yay üzerine yerleştirilirler. Genellikle hüzme kaydırıcılarda bir ferrit parça bir dalga kılavuzunun
uçlarının sayısı ile eleman uçlarının sayısı eşit değildir. merkezine yerleştirilir ve bir sarmal bobin ile boyuna olarak
Rotman merceklerinde hüzme pozisyonları geometri ile sabit
manyetize edilir. İlerleyen RF dalgasının faz kayma miktarı,
tutulur. Frekans değiştikçe hüzmeler daralır veya genişler. sarmal bobin içerisinden geçirilen akım miktarı ile kontrol
2.3.2 Bootlace Mercekleri edilen manyetik alanın genliğine bağlıdır. Değişken
manyetik geçirgenlik katsayısına sahip olan ferrit faz
Bootlace mercekleri optik olarak kaynak işaretini dağıtma kaydırıcılar genellikle değişken ve karşılıdır (resiprok), fakat
yoluyla dizi elemanlarının beslenmesini sağlar. İletim tipi ve manyetik bobinin yüksek endüktansı nedeniyle düşük
yansıma tipi olamak üzere iki çeşit Bootlace mercek yapısı anahtarlama hızlarına sahiptirler.
vardır. Mercek sistemi diğer besleme ağı yapılarına göre
daha basittir. Ancak genlik kontrolü sağlamazlar. Ayrıca, Karşılı olmayan halka faz kaydırıcılar sabit kontrollü
besleme sistemini oluşturabilmek için fiziksel olarak büyük akım yapısını kullanmazlar. Halka faz kaydırıcılar bir dalga
kılavuzunun merkezine yerleştirilmiş ferromanyetik bir
bir alana gereksinim duyulur. halkadan oluşurlar ve bir kare histerezis halka ile ferritin
manyetizasyonu üzerinde çalışırlar. Farksal faz kayması
3 VERİCİ/ALICI BİRİMLERİ
manyetizasyonun bir doğrultudan diğerine anahtarlan-
3.1 Faz Kaydırıcılar masıyla elde edilir. Halkanın manyetizasyonunu değiştirmek
için halkanın merkezinden bir kontrol teli geçer. Halka
Faz kaydırıcılar (phase shifters), elektronik olarak hüzme manyetizasyonu ikinci duruma geçiren bir anahtarlama
tarama yapılan dizi antenlerde en önemli bileşenlerden darbesi gelene kadar enerji harcamadan belirli bir durumda
biridir. Hüzmeyi belirli bir açıya yönlendirebilmek için kalır.
elemanlar arasında belirli bir faz farkına ihtiyaç duyulur. Bir Çift mod karşılı ferrit faz kaydırıcılar karşılı faz
D
6
6 bit faz kaydırıcı 2 = 64 adet 5,625 ’lik faz artımına kaydırıcılarının avantajlarını ve karşılı olmayan faz
sahiptir. 64 adet farklı faz artımı, farksal faz artımları 5,625°,
11,25°, 22,5°, 45°, 90° ve 180° olan altı tane faz kaydırıcının kaydırıcılarının da verimliliğini sağlar. İstenilen faz
uygun olanlarının art arda bağlanmasıyla elde edilir. Daha kaymasını sağlamak için çift mod ferrit faz kaydırıcısının
sonra istenilen faz kaymasını sağlamak için faz kaydırıcıların merkezinde yer alan değişken ferrit eksenel olarak
uygun bitleri anahtarlanır. Sayısal fazörler özel manyetize edilir. Bu merkezi bölümün sonunda karşılı
bilgisayarlarla kontrol edilebildiklerinden, elektronik olmayan dairesel kutuplama fonksiyonunu elde edebilmek
taramalı diziler için daha uygundur. amacıyla, sabit bir “dört kutuplu” (quadrapole) alan ile enine
manyetize edilmiş, kısa, çeyrek dalga boyunda ferrit
Bir faz kaydırıcı için kritik parametreler RF kaybı, faz bölümler kullanılır. Çalışma durumunda giriş çeyrek dalga
kayması ile birlikte olan genlik değişimi, anahtarlama
http://www.bilgem.tubitak.gov.tr/ 113