Page 147 - bilgem-teknoloji-dergisi-6

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

3.2 Anten Ölçümleri 4 YAKIN ALAN ÖLÇÜMLERİ – kurama göre antenin (TEA) ve probun verici, alıcı ve saçıcı
DÜZLEMSEL YAKIN ALAN ÖLÇÜM SİSTEMİ özellikleri saçılma matrisi ile ifade edilebilir (Şekil 5) [4].
Antenlerin ölçüldüğü yerlere anten ölçüm alanı (antenna Çoklu yansımaların ihmal edildiği düzlemsel iletim eşitliği
ranges) denir. Bunlar ikiye ayrılır: kapalı (iç) ortamlar (tam Yakın alan testleri, ölçümü yapılan antene çok yakın bir
( x x k y
yansımasız odalar), açık (dış) ortamlar (açık saha test yüzey üzerinde, alan örnekleri alınarak yapılır. Toplanan faz b 0 ′ (, , ) = x y d ′ 0∫∫ t 10 ( )⋅ F a K s 02 ′ ( )e γ id e ik + y ) dk dk y (5)
K
x
alanları). ve genlik verileri, alan değerlerinin toplandığı yüzeyin
şekline göre farklı matematiksel dönüşümler ile işlenir ve olup, bu eşitliğe prob ışıma diyagramı ve polarizasyonundan
Anten ışıma diyagramı ölçümleri ise, ölçüm noktası ile (a) (b) uzak alan ışıma diyagramı çıkarılır. Yakın alan ölçüm kaynaklanan düzeltme faktörlerinin eklenmesi gerekmek-
anten arasındaki uzaklığa göre, “uzak alan” ve “yakın alan” sistemleri düzlemsel, silindirik ve küresel olmak üzere üç tedir.
olmak üzere ikiye ayrılır [3]. Yakın alan ölçümleri, antenin ana gruba ayrılmaktadır [3].
yakın alanında ölçülen genlik, faz ve polarizasyon verisinin 4.1 Ölçüm Alanı
analitik teknikler kullanılarak uzak alan verisine En yaygın olarak kullanılan düzlemsel yakın alan ölçüm
Düzlemsel yakın alan ölçüm sisteminde çözümleme için
çevrilmesiyle olur. Bu ölçümler iyi tanımlanmış bir yüzeyde yönteminde “Test Edilen Anten” (TEA) verici olarak toplanacak verinin ölçüldüğü açıklık, anten açıklığından
(düzlemsel, silindirik, küresel, elliptik silindir, koni vb.), kullanılır. Yaklaşık 3λ uzaklıktaki düzlemsel açıklıkta alıcı daha büyük olmaktadır (Şekil 6). Ölçüm tarama alanı, anten
belirli adımlarla elektrik alanın teğetsel bileşenin genlik ve prob 0,25λ aralıklarla, tarama alanın tamamını tarayarak
fazının ölçülmesidir. Bu veri düzlemsel, silindirik veya (c) (d) her adımdaki genlik ve faz bilgisini alıcıya ulaştırır. Bu işlem boyutu, ilgili frekans, görülmek istenen arka lob konumları,
oda boyutuna bağlıdır. D , tarama eksenindeki anten boyutu
küresel yüzeyin açısal spekturumunun hesaplanmasında Şekil 4. Anten ölçüm sahaları: (a) dış saha, (b) yer ortamı, (c) yansımasız her iki polarizasyon için tekrar edilir. Alınan bu değerlerden olmak üzere, tarama alanı şu şekilde hesaplanır: L antenden
kullanılır. Buna “modal açılım” adı verilir. Uzak alan toplu menzil alanı ve (d) yakın alan ölçüm sistemi. açısal spektrum verisi elde edilir. Sonra probtan
ölçümleri ise, antenin uzak alan koşulunun sağlandığı bir kaynaklanan hataların giderilmesi için prob kalibrasyon olan uzaklığı, θ tarama açısını göstermek üzere, ölçüm
L
tarama alanı (‘Scanning Area’, SA) SA
ortamda genlik diyagramının çıkarılmasıdır. Ayrıca, yaklaşık Ölçümü yapılacak antenin boyutları, frekansı, ışıma verisi ile birleştirilir ve elde edilen yeni spektrum verisinin = D + 2tan θ ’dır.
eş dağılımlı (uniform) düzlemsel dalgaların elde edildiği diyagramı, ölçülmesi gereken kritik anten parametrelerine Fourier dönüşümü alınarak uzak alan ifadesi elde edilir. Pratikte θ en fazla 75° ile sınırlıdır. L ise, 3λ ∼ 4λ
civarındadır.
Toplu Menzil Ölçüm Sistemleri de (Compact Antenna Test göre farklı ölçüm sistemleri kullanılabilir. Ölçüm Düzlemsel yakın alan hesaplamaları ilk defa David Kerns
Range) antenlerin ışıma diyagramlarının ölçüldüğü diğer bir sistemlerinin, sistem maliyeti, hız, karmaşıklık, frekans ve tarafından ortaya konulan Saçılma Matrisi Kuramı’ndan
ortamdır (Şekil 4). Her iki ortamda da yakın alandan uzak hassasiyet derecesine göre sınıflandırılmış bilgisi Tablo 1’de (Scattering Matrix Theory) faydalanarak yapılmıştır. Bu Ölçüm Noktaları
alana dönüşüme gerek olmadan ışıma diyagramı doğrudan verilmiştir.
elde edilmektedir [2].

Tablo 1. Yakın Alan - Uzak Alan Ölçüm Sistemlerinin Karşılaştırılması Test
Edilen TAR
Anten
Yakın Alan Uzak Alan D L Prob Hareket

Düzlemsel Silindirik Küresel Dış Ortam İç Ortam Toplu Menzil

(Planar) (Cylindrical) (Spherical) (Outdoor Range) (Anechoic Chamber) (Compact Range)
TEA Prob Toplam
Yüksek Kazançlı Antenler Mükemmel İyi İyi Orta Orta Mükemmel θ tarama
Düşük Kazançlı Antenler Zayıf İyi İyi Orta İyi Mükemmel
Yüksek Frekans Mükemmel Mükemmel Mükemmel Zayıf Zayıf Mükemmel
O : TEA koordinat sistemi
Düşük Frekans Zayıf Zayıf İyi İyi Ortanın altı Zayıf O′ : Prob koordinat sistemi Şekil 6. Düzlemsel yakın alan ölçüm sistemi tarama alanı.
Kazanç Ölçümü Mükemmel İyi İyi Mükemmel İyi Mükemmel S : TEA kapısı (port)
0
Yakın Yan Kulakçıklar Mükemmel Mükemmel Mükemmel İyi Zayıf Mükemmel S ′ : Prob kapısı Dolayısıyla düzlemsel yakın alan ölçüm sistemiyle bir
0
Uzak Yan Kulakçıklar Yeterli (Orta) Mükemmel Mükemmel İyi Zayıf İyi a : Karmaşık genlik (TEA kapısına gelen) antenin arka loblarının tamamını ölçmek mümkün değildir.
0
Eksenel Oran (Axial Ratio) Mükemmel Mükemmel Mükemmel İyi Zayıf İyi b : Karmaşık genlik (TEA kapısından giden) Tüm açılardan ölçüm yapabilmek için küresel yakın alan
0
Çoklu Yansıma İyi İyi İyi Yeterli Yeterli İyi a ′ : Karmaşık genlik (Prob kapısına gelen) ölçüm sistemleri ile küresel yakın alan yüzeyinde ölçüm
0
b ′ : Karmaşık genlik (Prob kapısından giden)
Hava, Sıcaklık, Nem Mükemmel Mükemmel Mükemmel Zayıf Mükemmel Mükemmel 0 alınır [5].
K
() : Karmaşık genlik (TEA kenar açıklığına gelen)
Güvenlik Mükemmel Mükemmel Mükemmel Zayıf Mükemmel Mükemmel a () : Karmaşık genlik (TEA kenar açıklığından giden)
bK
Sistem Maliyeti Düşük Makul Makul Yüksek Makul Çok yüksek a′ () : Karmaşık genlik (Prob kenar açıklığına gelen) Ölçüm λ /2 ’den daha küçük aralıklarla (Tarama Aralığı,
K
İşletme Maliyeti Makul Makul Makul Yüksek Makul Makul bK ‘TAR’) faz ve genlik değerleri alınarak yapılmaktadır. Bunun
′
() : Karmaşık genlik (Prob kenar açıklığından giden)
için teknik özellikleri uygun işaret üreteci ve alıcı
Hız (Complete Measurements) Mükemmel İyi Orta Orta Orta Orta F′ : Empedans uyumsuzluğu faktörü gerekmektedir. Testlerin birkaç saat sürdüğü düşünülürse,

K
Hız (Simple Cuts) İyi Orta Orta Orta Orta Orta t () : TEA’nın düzlemsel veriş fonksiyonu
10
kararlılığa ve sıcaklığa duyarlık daha çok önem taşır.
Karmaşıklık Makul Makul Yüksek Makul Düşük Yüksek s ′ () : Probun düzlemsel dalga alış fonksiyonu
K
02
Mekanik Yüzey Ölçümü Mükemmel Yok Yok Yok Yok Yok e id e i ( x kx k y ) : Prob düzlemsel dönüştürme çarpanları 4.2 Yakın Alan Ölçüm Probu
+
γ
y
Anten Erişebilirliği Mükemmel Mükemmel Mükemmel İyi İyi Zayıf
Anten Hizalama Kolay Makul Zor Makul Makul Zor Şekil 5. Düzlemsel yakın alan ölçüm yöntemi ve ilgili parametreler. Yakın alan ölçüm probunun sağlaması gereken bir takım
özellikler bulunmaktadır. Mekanik sağlamlık, zamanla
144 Sayı 06 Mayıs-Ağustos 2011 http://www.bilgem.tubitak.gov.tr/ 145
·