gain | turancakil

ANTEN KAZANCI ve ANTEN KAZANCINA ETKİ EDEN FAKTÖRLER

turancakil™®

Özet

Bu makalede, anten kazancının tanımı, anten kazancının hesaplanması, kazanç hesaplamasının bize sağladığı avantajları, anten kazancı etkileyen faktörler ve anten kazancı ile ilgili MATLABTM çizimleri ve program kodları ile analizi yapılmıştır. Anten kazancının pratikte ne için kullanılması, anten kazancının anten çeşitleri için davranışları konu alınmıştır.

In this article, the definition of antenna gain, antenna gain calculation, allows us to gain the advantages of calculation, the analysis of the factors affecting the antenna gain and antenna gain and program code in MATLABTM related drawings were made. Antenna gain practical use for what has been subject to the antenna gain of the antenna types of behavior.

Anten kazancı anten performansı ile ilgili önemli bir paradokstur. Anten kazancı, anten yönlülüğü ile ilişkili olmasına rağmen anten etkinliği gibi durumlara da bağ-lıdır. Antenin tek yönlü özelliklerini açıklayan bir ölçüdür. Belirli bir yöndeki anten kazancı, yoğunluk oranı olarak tanımlanmaktadır. Anten kazancı, radyasyon şiddetinin U(θ,φ) antenin giriş tarafına uygulanan güce(Pin) oranı ile sabit bir sayı olan 4π ile çarpılması ile bulunur.

Abstract

Anten Kazancı Nedir?

Anten Kazancı Nasıl Hesaplanır?

Yön belirtilmediği zaman, güç kazancı anten yönünde alı-nır.(maksimum radyasyon).Işıma gücüyle(Prad) antenin giriş gücüne uygulanan (Pin) birbirine bağlıdır. Bu bağlan-tı yandaki bağıntıda gösterilmektedir

Kayıpsız durumlara, IEEE Standartlarına göre, "kazanç empedans uyumsuzlukları (yansıma kayıpları) ve polari-zasyon uyumsuzlukları (zararlar) kaynaklanan kayıplar dâhil değildir.

Anten kazancı ayrıca ANTENİN VERİMLİLİĞİNE de bağlı-dır. Buna göre yandadaki formülüzasyon bunun ispatıdır.

Anten kazancı hem gönderim yönünde hem de alış yönünde önemli bir parametredir. Antenler Çok Yönlü (omnidirectioanal) ve Yönlendirilmiş (directional) anten-ler olarak 2 grupta toplanır. Çanak antenler yönlendiril-miş (directional) anten sınıfına girerler ve kazançları çok yönlü antenlerin kazançlarına kıyaslanarak hesaplanır.

Elektromanyetik dalgalar antenden yayılırlarken 2 temel yönde hareket ederler. Horizontal (Yatay ) ve Vertical (Düşey), ancak her iki yönde de aynı genişlikte yayılım açısına sahip değildirler. Horizontal ve ya Vertical antenler olarak adlandırılırlar. Örnek vermek gerekirse omni antenler Vertical antenlerdir. Çünkü yatayda 360 derecelik bir yayım yaparlarken düşeyde 70 derecelik bir yayım yaparlar. Daha çok geniş alanların kapsamasında kullanılırlar.

Çanak antenler (directional) ise omni antenlerin 360 dereceye yaptıkları yayılımı belirli bir alana odaklayıp gönderirler. Çanak antenlerin yayılım şemalarını içine hava üflediğimiz bir balona benzetebiliriz. Balon hava ile dolduruldukça; yatayda düzlemde az bir genişleme olur-ken düşey düzlemde büyüme çok daha fazla olmaktadır. Yönlendirilmiş antenlerde yataydaki yayılım çok az olmaktadır. Zaten amaçlarından biride iletilmek istenen sinyali hedeflenen noktaya en güçlü şekilde ulaştırabil-mektir. Bunu sadece bir el feneri gibi düşünmek yanlış olabilir. Çünkü hedef yönü dışında da antenin 360 derece çevresinde yayılımlar olmaktadır.

*Antenin baktığı yönde oluşan yayılım (esas istediğimiz yayılım)

(Main Lobe)

*Antenin arkasında oluşan yayılım (Backlobe)

*Antenin yanlarında oluşan yayılım (Sidelobe)

Anten kazancı pratikte başka bir yöntemlerle de hesapla-nır. Bunların bir tanesi üretici firmaların verdiği paramet-reler kullanılarak hesaplanır. Bu değerlere bakarak ön ar-ka yayılım oran değeri (front to back ) ve ön-yan yayılım oran değeri (front to side) hesaplanır. Örneğin anten ka-zancımız 46 dB ise ve verilen backlobe 3 dB ve sidelobe 8dB ise:

front-to-back: 46-3 = 43dB front-to-side: 46-8 = 38dB ola-rak hesaplanır.

Antenlerin temel karakteristik özelliklerini Kazançları ve 3dB beamwitdh açıları belirler. Beamwidth üzerinde kısa-ca durmak gerekirse, yayılım sırasında gücün 3dB düştü-ğü açıdır. Diğer bir deyimle yarıya düştüğü açıdır. Çünkü herhangi bir sistemde gücün 3dB azalması, gücün yarıya düşmesi anlamına gelir. Örneğin bir anten için 2 derece-lik 3dB beamwitdh verilmişse ve biz point ederken bu anteni 1 derece yanlış ayarlamışsak, alış sinyal seviye-miz 3dB düşük çıkacaktır. Küçük anten çapları ve düşük frekanslar daha büyük 3dB beamwith açısı verirler ve an-ten ayarlaması (pointingi) daha kolay olur.

Yönlendirilmemiş (Omni directional) bir anten ile yayın yapıldığında, antenden yayılan enerji tüm yönlerde eşit olarak dağılır, enerji yoğunluğu yayım yapılan alan içeri-sinde her yönde eşit olacaktır. Kullanılan güç değiştir-meden, aynı yayını, yönlendirilmiş (Directional Örneğin: Çanak Anten) bir anten ile yaptığımızda; antenin yönlen-dirildiği tarafta enerji yoğunluğu bir önceki duruma göre artacaktır. Bu artış anten kazancının sonucudur. Güç sabitken, yönlendirilmiş bir antenden elde edilen enerji yoğunluğunun, aynı noktadaki yönlendirilmemiş bir antenden elde edilen enerji yoğunluğuna oranına anten kazancı denir.

Anten kazancı ile ilgili sayısal bir örnek çözersek;

Anten Kazancına Bir Başka Bakış Açısı

Aşağıda sadece alış (RO-Receice Only) yapan 2 farklı boyuttaki antenin C-Bant (Downlink: 3,7-4,2 GHz) ve Ku-Band (Downlink: 11,7 – 12,2 GHz) 3dB beamwitdh açıları-nı görebilirsiniz. Anten çapı ve Frekans ile beam-witdh açısı ters orantılıdır. Çap ve frekans büyüdükçe açı küçü-lür, Çap ve frekans küçüldükçe açı büyür. 1.8 Metrelik anten Ku-Band’da 0.9 derece 3dB beamwitdh’e sahipken, aynı anten frekans küçüldüğünde; C-Bant ’da 2.9 derece-lik bir açıya sahip oluyor. Beamwidth aynı zamanda “anten kazancının” ölçülmesi içinde kullanılmaktadır.

Yukarıda enerji yoğunluklarının oranlanmasından bahse-derken, gücü sabit tuttuğumuz varsayımında bulunmuş-tuk. Genel olarak yönlendirilmiş antenlerin kazancının nasıl hesaplandığını teorik olarak gördük. Güç sabit olsa bile, yönlendirilmiş her anten ile aynı sonucu alamayız.

Maksimum kazanç G0 küresel koordinat sisteminde bulunan dik (θ,φ) bileşenleri anten için yazılırsa maksi-mum kazanç aşağıdaki gibidir;

Matlab Çözümünde ise numerik olarak;

Anten Kazancına Etki Eden Faktörler

**Anten verimliliği (Efficiency),

**Anten Boyutu, Odak uzaklığı,

**Antenin yapıldığı malzeme anten kazancına doğrudan etki ederler.

Anten Verimliliği: Verimlilik (Efficiency); Antene uygula-nan gücün anten tarafından yayılması ya da anten içinde harcanması ile ilgilidir. Eğer bir anten girişine uygulanan bu gücü uzağa yayabiliyorsa; Yüksek verimli anten (High efficiency), uzağa yaymak yerine içinde harcayıp büyük bir kısmını absorbe ediyorsa düşük verimli (Low efficien-cy) anten olarak adlandırılır. Anten verimliliği, antenle i-letim hattının uyumsuz empedans değerlerinde seçilmesi sonucu değişir. Kısaca, anten çıkışında elde edilen güc-ün, anten girişindeki güce oranlanması bize anten verim-liliğini (Efficiency) verir.

Anten Çeşitleri ile İlgili MATLABTM Çizimleri

**İzotropik antenin karakteristiği çizilmiştir.(Alıntı değildir.)

**Dipol Antenin karakteristiği aşağıda gösterilmiştir.(Alıntı değildir.)

İzotropik Anten Tipi

Direk Dipol Anten Tipi

Anten Kazancı ile İlgili MATLABTM Çizimleri

**Power density (W/m2) decreases as range r increases, Gain is relative to isotropic antennaDirectional antenna produces a gain radiation pattern that depends on the aspect anglePeak gain and peak power density increase for a directional antenna compared to an isotropic antenna.