www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Boynuz Işıyıcı

Resim 1: Bir amatör imalatı boynuz ışıyıcı

Resim 1: Bir amatör imalatı boynuz ışıyıcı

Boynuz Işıyıcı

Boynuz ışıyıcı daha yüksek frekanslar için bir özel anten biçimidir. Biçimi az ya da çok örneğin av borazanı gibi bir üflemeli müzik çalgı aletinin ses çıkış kısmını andırır. Bu huni biçimli yapı bir dalga kılavuzuyla birleşir. Boynuz ışıyıcı hem kendisi bir anten hem de birincil ışıma elemanı olarak bir yansıtıcı anteni, örneğin parabolik anteni beslemekte kullanılır. Bu anten biçiminin mümkün olabilen frekans bölgesini mekanik boyutları kısıtlar, UHF–bandından başlar ve üst sınır şimdilik açıktır, W–bandına kadar çıkabilir.

Dalga kılavuzu
İletimle yayılan dalgalar
Boynuz ışıyıcı
Dalga kılavuzunun
genişlemesi
Gök dalgaları

Resim 2: Bir dalga kılavuzundaki elektrik alan hatları, iletimle yayılan dalgaların gök dalgalarına geçişi

Dalga kılavuzu
İletimle yayılan dalgalar
Boynuz ışıyıcı
Dalga kılavuzunun
genişlemesi
Gök dalgaları

Resim 2: Bir dalga kılavuzundaki elektrik alan hatları, iletimle yayılan dalgaların gök dalgalarına geçişi

Dalga kılavuzu
İletimle yayılan dalgalar
Boynuz ışıyıcı
Dalga kılavuzunun
genişlemesi
Gök dalgaları

Resim 2: Bir dalga kılavuzundaki elektrik alan hatları, iletimle yayılan dalgaların gök dalgalarına geçişi

Bir boynuz ışıyıcının çalışması

Bir dalga kılavuzunun son kısmı elektromanyetik dalgaların uzay boşluğuna (ya da havaya) yayılabilmesi için elbette açık bırakılabilir. Ancak havanın dalga direncinin dalga kılavuz içindekinden farklı olması bu noktada uyumsuzluk (mismatch) ve buna bağlı olarak zararlı yansımalar meydana gelir. Bu nedenle dalga kılavuzunun mekanik boyutları elektromanyetik dalgaların serbest kalacağı yere doğru daha yumuşak bir geçişi sağlamak için uzatılır, yani kesiti arttırılır. Bu bölgenin uzunluğunun dalga boyundan bir hayli büyük olması gerekir. Boynuz ışıyıcının ağzı dalga kılavuzunun en az iki katı olmalıdır. Boynuz ışıyıcının ağzı açıklık (aperture) olarak adlandırılır ve ışıma yüzeyi A olarak kabul edilir.

Özellikleri

Boynuz ışıma elemanı yapısal tasarımına bağlı olarak oldukça iyi bir yönlülük (directivity) karakteristiğine sahiptir. Boynuz ışıma elemanının geometrik boyutları arttıkça daha iyi bir yönlülüğe sahip olur ve dolayısıyla kazancı artar. Kazanç boynuz elemanın uzunluğu ile açıklık alanının çarpımına orantılıdır. Bir boynuz ışıyıcıdan beklenen anten kazancı 20 ila 23 dB arasındadır. Boynuz ışıyıcının boyunun iki kat uzatılması ancak 3 dB gibi ek kazanç sağlar. Bir noktadan sonra boynuz ışıyıcının artan geometrik boyutlar nedeniyle sökülüp takılması da çok zorlaşacaktır. Boynuz ışıyıcıyı odaklayıcı bir yansıtıcı önüne monte etmek daha uygun olur. Boynuz ışıyıcıların kayıpları nispeten düşüktür, bunun sonucu olarak yönlülüğü (directivity) ve kazancı yaklaşık birbirine eşittir.

Açıklığın ışıyıcılarda olduğu gibi artan açıklık yüzeyi sonucu yönlülük karakteristiği ve anten kazancı artar ve kabaca aşağıda ki formülle hesaplanır:

D ≈ 10 log 10 A burada A = Açıklık, Açıklığın yüzeyi
λ = Dalga boyu [m]
(1)

λ2
Değişik tipte boynuz ışıyıcıları

Birçok radarda boynuz ışıyıcının ağzı dışardan dalga kılavuzuna nem ve toz girişini engellemek için polistren fiberglas bir pencere ile kapatılır. Eğer dalga kılavuzu bir hava basıncı altında tutuluyorsa dalga kılavuzunun yüzeyleri seramik malzeme veya kuvars cam ile kaplanır.

Piramit biçimli boynuz ışıyıcı

Bir boynuz ışıyıcının temel biçimlerinde açıklık bir zamanlar sadece E-düzleminde ya da sadece H-düzlemindeydi. Bu temel biçimler (“E-düzlem ya da H-düzlemdeki boynuz”) pratikte gerçekleşemedi. Genellikle hem E-düzleminde hem de H-düzleminde açılan boynuzlu ışıyıcı kullanılır (bakınız Resim.1) Bu boynuz ışıyıcı piramit biçimli boynuz ışıyıcı olarak adlandırılır. Ağız açıklığının açısal büyüklüğünün değişmesi nedeniyle simetrik olmayan anten çizgeleri meydana gelir. Bu tür bir yapının bant genişliği yaklaşık yarım oktavdır.

Üstel (exponential) boynuz ışıyıcı

Bir üstel boynuz ışıyıcı, ağız açıklık kesiti bir üstel fonksiyonla tanımlanan bir boynuz ışıyıcıdır. Bu sayede empedansın dalga kılavuzu içinden uzaya yumuşak geçişi sağlanır. İdeal durumda bu yapı biçiminde yansımalar çok düşüktür ve enerjinin büyük bölümü uzaya yayılır. Üstel boynuz ışıyıcılar hem dikdörtgen (piramit) biçimde hem de yuvarlak (konik) biçimde olabilir.

Mahyalı boynuz ışıyıcı

Mahyalı boynuz ışıyıcı boynuz ışıyıcının bir özel biçimidir. Genellikle “Double-ridged waveguide horn” olan İngilizce adı çift mahyalı boynuz ışıyıcı olarak tercüme edilmektedir. Üst ve „a“ alt kısmının ortasında dış kısma üstel biçimde açılan metalik mahyalar bulunmaktadır. Vivaldi-anteni mahyalı boynuz ışıyıcının bir düzlemsel biçimidir.

Konik boynuz ışıyıcı

Konik boynuz ışıyıcı yuvarlak biçimli bir boynuz ışıyıcıdır ve genellikle bir yuvarlak dalga kılavuzuna bağlanır. Bunlar hem piramit biçimiyle hem E-düzlemine hem de H-düzlemine açılır.

Yivli boynuz ışıyıcı

Bir geniş yapı biçiminde yivli, konik boynuz ışıyıcı hem E-düzleminde ve hem de H-düzleminde hemen hemen sabit ve eş biçimli yayın açısına sahiptir. Açılmış λ/4-derinlikteki oluklar çizge simetrisini ve polarizasyon kalitesini iyileştirir. Bu antenin öne çıkan özellikleri düşük yan topuzlara (side lobes) sahip olması ve iç kayıplarının daha az olmasıdır. Bu boynuz ışıyıcının küçük yapı biçimi hem frekansa bağımlı ve hem de E- ve H-düzlemlerinde benzer karakteristiklere sahip ışıma meydana gelmesine yol açar. Bu antenin bant genişliği bir oktavdır. Bu boynuz ışıyıcı dairesel simetrisi sayesinde tüm polarizasyon türlerinde kullanılabilir.

Yivli boynuz ışıyıcılar besleme boynuzu olarak en çok uydu yansıtıcılarında kullanılmaktadır.

TEM-boynuz ışıyıcı

Bir TEM-boynuz ışıyıcı (Transverse Electro-Magnetic Horn) boynuz ışıyıcının bir özel biçimidir. Bu aygıt birbirlerinden elektriksel yalıtılmış bir üstel huni benzeri iki adet metal yüzeyin bileşiminden meydana gelir. Bu biçim çok iyi bir yönlülüğün aranmadığı, ancak geniş bir frekans bölgesinde anten özelliklerinin türdeş (uniform) olması nedeniyle çok geniş bir mikrodalga bandında genellikle test anteni olarak kullanılır.

Resimleri

Resim 3: Bir boynuz ışıyıcının 3- boyutlu anten çizgesi

Resim 4: Tip: BBHA 9120 A Çift-mahyalı (double-ridged) boynuz ışıyıcı, Üretici: Schwarzbeck Mess-Elektronik (Broşür), Bant genişliği: 800 MHz - 5 GHz

Resim 5: Dikdörtgen kesitli bir dalga kılavuzuna geçişli yivli boynuz ışıyıcı

Resim 6: TEM- mahyalı boynuz ışıyıcı; Üretici: ETS-Lindgreen (Broşür) Bant genişliği: 750 MHz - 40 GHz

Resim 7: Dikdörtgen kesitli bir dalga kılavuzuna bağlanan konik boynuz ışıyıcı

Resim 8: Dört adet bağımsız boynuz ışıyıcı bulunanı bir Tek Darbe Boynuz Işıyıcı

Daha fazla bilgi için: