Page 145 - bilgem-teknoloji-dergisi-6

Bahattin TÜRETKEN, Umut BULUŞ, Ömer YILMAZ Anten Ölçüm Sistemleri ve Hata Analizleri – I: Düzlemsel Yakın Alan Ölçüm Sistemi

‘Voltage Standing Wave Ratio’), S parametreleri), ışıma U max : Maksimum Işınım Yoğunluğu [W/sr]
Anten Ölçüm Sistemleri ve Hata Analizleri – I: diyagramı, (ana, yan ve arka kulakçıklar, sıfır noktaları, fark U : İzotropik Kaynağın Işınım Yoğunluğu [W/sr]
0
P
diyagramı, hüzme şekli, hüzme genişliği, verimlilik,
: Toplam Işıyan Güç [W]
rad
Düzlemsel Yakın Alan Ölçüm Sistemi yönlendiricilik/kazanç, ana hüzme bakış yönü) ve olmak üzere yönlülüğün matematiksel ifadesi şu şekildedir:
polarizasyon (doğrusal, dairesel ve çapraz/aynı) olmak üzere
π
üç ana ölçüm gerçekleştirilir (Şekil 2). D = U = 4 U (1)
U P
Bahattin TÜRETKEN, Umut BULUŞ, Ömer YILMAZ 0 rad
Eğer bir yön belirtilmemişse, yönlendiriciliğin en yüksek
olduğu değer ifade edilir:
π
Özet - Anten ölçümleri, kapalı veya açık ölçüm alanlarında (iç veya dış Reaktif yakın alan, Poynting vektörünün reaktif olduğu U max 4 U max
ortamlarda, tam yansımasız odalarda veya açık saha test alanlarında) (ışıma yapmayan) bölge olup, kaynağın hemen yakınında D max = D = 0 U = P (2)
yapılır. Uzak alan ve yakın alan ölçüm sistemleri ile antenin ışıma başlar ve λ /2π ’ye kadar devam eder. Burada alanın bütün 0 rad
diyagramı elde edilir. Bu çalışmada, ölçülmek istenen anten parametreleri Kazanç, antenin yönlendiriciliğini göstermesinin yanı sıra
ile uzak ve yakın alan ölçüm sistemleri hakkında bilgi verilecek, düzlemsel bileşenleri 1/ r ’den oldukça hızlı olarak azalır. Reaktif yakın
yakın alan ölçüm sistemi ile hata çözümlemeleri (analizleri), ölçümlerle alanın hemen ötesinde “ışıyan yakın alan” başlar ve D ışınım verimliliğini de dikkate alır. Kazanç en genel
desteklenerek sunulacaktır. antenin en büyük boyutu olmak üzere 2D λ ’ya kadar anlamda yönlendiriciliğin ışınım verimi ( e rad ) ile çarpımına
2
/
Anahtar Sözcükler - Anten ölçümü, uzak alan ölçüm sistemi, yakın alan devam eder. Bu bölge ise kendi içinde iki ana bölgeye eşittir:
ölçüm sistemleri, düzlemsel yakın alan ölçüm sistemi, hata çözümlemeleri ayrılır: Birisi D 2 / 4λ ’ya kadar olan bölge olup, burada alan G = e D (3)
(analizleri). rad
bileşenleri 1/ r ’den oldukça hızla azalır ve r ’ye oldukça
2
/
bağımlıdır. Diğer bölge ise D 2 / 4λ << 2D λ koşulunun Şekil 2. Işıma diyagramına ilişkin parametreler. Burada ışınım verimi olarak ifade edilen değer, antene
r
sağlandığı bölgedir; alan bileşenleri 1/ r oranında azalır ve gelmiş olan gücün ne kadarının ışıdığını gösterir. Zira
1 GİRİŞ r ’ye bağlıdır. Bir antenin polarizasyonu anten tarafından yayılan antene gelen gücün bir kısmı ısıya dönüşür ve kayba neden
olur.
Elektromanyetik ve anten problemlerinin çözümünde üç dalganın polarizasyonunu ifade eder. Polarizasyon, genel
değişik yöntem bulunmaktadır. Bunlar analitik yöntemler, olarak doğrusal, dairesel ve eliptik olmak üzere üçe ayrılır. Gerçekleşen kazanç ise, antenin ışınım veriminin yanında
benzetim ve ölçüm yöntemleridir. Analitik çözümü mevcut Işıyan Giriş empedansı, antenin giriş ucundaki gerilim ile akım empedans uyumsuzluğundan kaynaklanan kaybı da hesaba
olmayan ve benzetim yöntemlerinin imkân verdiği ölçüde Uzak Alan arasındaki oranı belirler ve eğer antende iyi empedans dahil eder. Böylece, e uyumsuzluk verimi olmak üzere,
r
çözümlenebilen (analiz edilebilen) problemlere önerilen Işıyan uyumluluğu söz konusu değilse, duran dalgalar oluşur [2] gerçekleşen kazanç
çözümler, ölçümler ile desteklenmelidir. İyi tanımlanmış bir Yakın Yakın Alan G gerçek = e e D (4)
r rad
yöntem ve hassas ölçüm alt yapısıyla desteklenmiş bir Alan Yönlendiricilik, belirli bir yöndeki ışınım yoğunluğunun,
düzenek ile yapılan ölçümler gerçeğe en yakın yaklaşımı λ/2π tüm yönlere yayılan ortalama ışınım yoğunluğuna oranıdır. olarak ifade edilir [1].
verir. Bundan dolayı, çoğu zaman analitik olarak tam (Ortalama ışınım yoğunluğu, toplam gücün 4π ’ye Işıma diyagramı bir antenin uzaysal koordinatlarda (, )θ φ
çözümü bulunmayan anten problemlerinde ölçümler hayati 2D /λ bölünmesine eşittir.) Eğer bir yön belirtilmemişse, ışıma özelliklerini gösterir. Işıma diyagramı, aksi
2
önem taşımaktadır. Anten ölçümleri, uzun aşamalı ve veya yönlendiricilik en yüksek ışınım yoğunluğu değeri olarak belirtilmedikçe antenin uzak alandaki ışımasını gösterir.
oldukça maliyetli olup, anten tasarım sürecinin önemli bir 10λ verilir. Diğer bir deyişle, yönlendiricilik bir antenin belirli Işıma diyagramında ana lob, yan loblar, arka lob, sıfır
ayağını oluşturur. bir yöndeki ışıma şiddetinin, izotropik bir kaynağın aynı noktaları, hüzme genişliği gibi parametreler görülür
Şekil 1. Işıma bölgeleri. ışıma gücü için oluşturduğu ışıma şiddetine oranı olarak
Bu çalışmada anten parametreleri, ölçüm yöntemleri, tanımlanır. (Şekil 3).
düzlemsel yakın alan ölçüm sistemi ve bazı ölçüm hataları Burada ışıma diyagramı, antenin açıklığındaki alan Anten gürültü sıcaklığı, istenilen frekanstaki anten
anlatılacaktır. dağılımının Fourier dönüşümü ile bulunur. Faz hatası 22,5° tarafından alınan gürültü gücünü tanımlayan bir ölçüdür.
olup, r →∞ oldukça sıfır değerini alır. Bu bölge “Fresnel” Anten gürültü gücü, genel olarak KT B olarak ifade edilir,
2 ANTEN IŞIMA BÖLGELERİ a
bölgesi diye adlandırılır. Işıyan yakın alanın hemen ötesinde burada K Boltzman değişmezini, T anten gürültü sıcaklığını
a
Antenler en genel tanımıyla, elektriksel akım ve gerilimi ”uzak alan” başlar (Şekil 1). Burada Poynting vektörü gerçel B ise sistemin bant genişliği gösterir. G kazanç, T alıcı
elektromanyetik enerjiye dönüştüren veya bunun tersini (real) bir değer alır ve iki bileşeni bulunur. Alan 1/ r ile sistemin Kelvin cinsinden gürültü gücünü göstermek üzere
/
yapabilen, bu enerjiyi belirli bir frekans aralığında istenilen azalır ve ışıma diyagramı r ’den bağımsızdır. Bu bölgedeki GT oranı da önemli bir parametre olarak karşımıza çıkar
uzaysal dağılıma yönlendiren, düşük geriye dönüş kaybına ışıyan alan da 22,5°’den daha az bir hatayla anten ve anten tarafından alınan işaret gürültü oranıyla orantılı bir
sahip elemanlardır. E, elektrik alanı, H, magnetik alanı açıklığındaki alan dağılımının Fourier dönüşümüyle değerdir [2].
göstermek üzere, bir antenden ışıyan alan karmaşık hesaplanır [2]. Önemli anten parametrelerinden biri de yarım güç
∗
poynting vektörü EH ile ifade edilir. Bu ifade antenin Şekil 3. Anten yönlendiriciliği, kazanç ve gerçekleşen kazanç gösterimi. hüzme genişliğidir. Yarım güç hüzme genişliği, antenin
×
yakınında sanal (imajiner) bir değere sahiptir ve antenden 3 ANTEN PARAMETRELERİ VE ÖLÇÜMLER ışıma diyagramının maksimum olduğu noktadaki güç
uzaklaştıkça hızlı bir şekilde azalır [1]. Bu durum anten D : Yönlendiricilik [-] düzeyinin yarısına (3 dB aşağısına) düşüldüğü noktalar
etrafında 3 değişik alan bölgesinin oluşmasına sebep olur. 3.1 Anten Parametreleri D : Maksimum Yönlendiricilik [-] arasındaki açıdır.
0
Antenin hangi parametrelerini ölçeriz? Bir antende, giriş U : Işınım Yoğunluğu [W/sr]
kapısı (port), (geriye dönüş kaybı, duran dalga oranı (VSWR,

142 Sayı 06 Mayıs-Ağustos 2011 http://www.bilgem.tubitak.gov.tr/ 143
·