www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Faz Dizi Antenlerin Besleme Sistemleri

Resim 1: Tornado Burun Radarı

Aktif antenler

Aktif Faz Dizi Antenler, her biri düşük seviyede güç üreten, çok sayıda gönderme-alma modüllerinde üretilen enerjinin doğrudan gönderildiği antenlerdir. Örnek olarak Tornado Burun Radarını ve Alman Hava Kuvvetlerinde kullanılan RRP-117 ve Alman Donanmasında kullanılan APAR tipi radarları gösterebiliriz.

Aktif antenler, bir merkezi yüksek frekanslı güç birimi yerine, antende bulunan her bir ışıyıcıya amaca uygun bir şekilde doğrudan monte edilmiş bir güç yükseltecinin bulunduğu bir anten türüdür. Bu yöntemin üstünlüğü çalışması gerekli olan faz kaydırıcılar için ayrılan gücün azalmasıdır.

Resimdeki anten, örneğin 428 adet aktif ışıyıcıdan oluşmaktadır. Aktif antenler Göndericiler Bölümünde ayrıntılı olarak işlenmiştir.

Pasif antenler

Pasif Faz Dizi Antenler aşağıda gösterilen alt bölümlere ayrılırlar:

Pasif faz dizi antenler
Işımayla besleme
Hatla besleme
İletim tipi besleme
Yansıma tipi besleme
Seri besleme
Paralel besleme
Şema: Pasif faz dizi antenlerin sınıflanması
Pasif faz dizi antenler ışımayla besleme ( bu tekrardan iletim tipi ve yansıma tipi olarak ikiye ayrılır) ve hatla besleme ( bu tekrardan seri ve paralel besleme olarak ikiye ayrılır) olarak ikiye ayrılır.
Pasif faz dizi antenler
Işımayla besleme
Hatla besleme

Faz Dizi Antenlerde güç beslemesinin en yaygın rastlanan tipi hatla beslemedir. Hatla beslemede merkezi olarak üretilmiş enerji bireysel ışıyıcılara dalga kılavuzu ya da bilezik-fırça sistemiyle aktarılarak dağıtılır (Örnek: PAR-80).

Çok seyrek kullanılan bir diğer yöntem ise bir besleme boynuzunun üzerinde bulunan anten yüzeyinin gönderim gücü ile aydınlatıldığı (illuminated) ışımayla besleme denilen yöntemdir. Güç burada küçük anten elemanları tarafından alınır, fazı ayarlanır ve ardından tekrar yayınlanır (Örnek: Patriot füze sistemi).

Resim 2: Işıyıcıların seri beslenmesi

Resimde bir faz dizi antene ait yayın elemanlarının seri beslenmesi gösterilmektedir: Yayın elemanlarının tamamı belirli, fakat birbirlerine daima eşit aralıkla bir besleme hattına bağlanırlar.

Resim 2: Işıyıcıların seri beslenmesi (Etkileşimli resim)

Bir pasif antenin seri beslenmesi

Faz Dizi Antenlerin seri beslemesinde ışıyıcılar birbiri ardına gönderim gücü ile beslenirler. Daha uzun hatlarla beslenen ışıyıcılarda hat uzunluklarından dolayı gittikçe artan faz kayma miktarının faz kaydırma devrelerinin ayarı sırasında dikkate alınması gerekir. Bir ilave seri besleme yapılmaksızın bir frekansın değiştirilmesi mümkün değildir.

Bir frekans değişimi mutlaka gerekiyorsa, bu faz kaydırma devre işlemcilerinin yeniden programlanmasıyla yapılmalıdır (ya da genellikle pratikte yapıldığı gibi: bir başka faz açı çizelgesi kullanılmalıdır).

Besleme hattından enerji, toplam gücün yalnızca bir belirli kısmı geçecek şekilde ayarlanmış bir yönlü bağlaştırıcı vasıtasıyla alınır (decoupled). Bu alınan kısmın büyüklüğü genellikle Gauss ya da ikiterimli dağılım (binomial distribution) gibi bir belirli düzene uygun olarak gerçekleşir. Bu güç dağılımının anten çizgesinin yan topuzlarının (side lobes) büyüklüğünü üzerinde etkisi vardır.

Resim 3: Işıyıcıların paralel beslenmesi

Resimde bir faz dizi antene ait yayın elemanlarının paralel beslenmesi gösterilmektedir: Besleme hattı daima iki dala ayrılarak ilerler, böylece sonuçta tüm ışıma elemanlarının (iki üzeri n sayıda) aynı faza ve güce sahip olmaları sağlanır.

Resim 3: Işıyıcıların paralel beslenmesi (Etkileşimli resim)

Bir pasif antenin paralel beslenmesi

Faz Dizi Antenlerin paralel beslenmesinde gönderim gücü her düğüm noktasında aynı fazda dağılır. Her ışıyıcı aynı uzunluktadır ve dolayısıyla frekanstan bağımsızdır. Sonuç olarak 2n ışıyıcının tamamı aynı büyüklükte güce ve aynı faza sahiptir.

Dolayısıyla frekanstaki değişikliklerin faz farkları üzerinde bir etkisi olmaz. Bunun, bilgisayarın faz kayma miktarlarını hesaplarken hat uzunluklarını dikkate almasına gerek kalmaması gibi bir üstünlüğü bulunmaktadır ve böylece antene giden besleme hattının bant genişliği de artar. Bu durum frekans ataklık için bir üstünlüktür ve frekans-çeşitlemesinin ve darbe sıkıştırmasının yapılabilmesine imkân sağlar.

İletim tipi besleme
Geçiş süresi

Resim 4: Işıyıcıların iletim tipi beslenmesi

Grafikte iletim tipi faz dizi antenin çalışması görülmektedir.
Geçiş süresi

Resim 4: Işıyıcıların iletim tipi beslenmesi (Etkileşimli resim)

Işıma ile beslenen Faz Dizi Antenlerde, gücün, her bir ışıyıcıya dağılımının boynuz ışıyıcı tarafından zaten ayarlanmakta oluşu gibi bir üstünlüğü bulunmaktadır. Merkez bölgeleri kuvvetli bir ışıma alırken, Gauss dağılımına uygun olarak aydınlatılmış kenar bölgelerdeki ışıma daha zayıftır. Gücün bu şekildeki dağılması sayesinde anten çizgesindeki yan topuzlar küçülür. İletim tipi besleme, gönderim gücünün anten yüzeyinin arka tarafındaki boynuz ışıyıcı tarafından aktarıldığı bir besleme türüdür. Bu güç küçük anten elemanları tarafından kapılır, fazı ayarlanır ve ardından tekrar yayınlanır.

Aslında Faz Dizi Antenlerin arka bölümü besleme alanı tarafından engellenmektedir. Bu yöntemde öndeki boynuz ışıyıcı antene herhangi bir gölgeleme yapmaz. Ana ışıyıcı anten alanının ne kadar yakınına monte edilmişse, bireysel ışıyıcılar arasındaki geçiş süreleri arasındaki farkta o kadar büyük olmaktadır. Bu geçiş sürelerinin faz kaydırma kontrolü sırasında dikkate alınması gerekir. (Bu bakımdan bu anten tipi faz kaydırma kontrolü anlamında daha ziyade bir seri beslemeyi andırır ve bu nedenle anten bant genişliğinde bazı kısıtlamaları söz konusudur.)

Patriot” Hava Savunma Füze sistemi iletim beslemeli tip bir Faz Dizi Anten ile çalışmaktadır.

Yansıma tipi besleme
Yansıma
düzlemi

Resim 5: Işıyıcıların yansıma tipi beslenmesi

Yansıma tipi besleme
Yansıtıcı

Resim 5: Işıyıcıların yansıma tipi beslenmesi (Etkileşimli resim)

Yansıma tipi besleme, gönderim enerjisinin anten yüzeyinin önünde yer alan bir besleme boynuzu tarafından aydınlatıldığı bir besleme türüdür. Bu enerji küçük antenler tarafından kapılır, fazı ayarlanır, bir yansıma düzlemine yansıtılır, buradaki faz kaydırıcılarla tekrardan fazları ayarlanır ve ardından tekrar yayınlanır.

Yansımalı tip sistemlerde antenin arka bölümünde tüm devreleri (örneğin, faz kaydırma kumanda devreleri, besleme devreleri gibi) yerleştirebilecek kadar bir yer bulunur. Buna karşılık boynuz ışıyıcının bozucu etkisi söz konusudur. Yayının en iyi olduğu yönde (ortada), boynuz sadece bir gölgeleme yapmakla kalmaz; yansıtılmış enerjiyi tekrardan kapar, ardından besleme sisteminde bir duran dalga (standing wave) meydana getirir.

Bununla beraber, besleme boynuzunun ışıyıcılarda tekrardan farklı geçiş sürelerine neden olmaması için olabildiğince ortada yer alması gerekir. Eğer bu farklı geçiş süreleri faz kaydırıcıların kontrolü sırasında dikkate alınırsa, o zaman boynuz ışıyıcıyı bir ofset antende olduğu gibi yayın yönünün dışında bir yere monte etmek mümkündür. Hatta o zaman faz kaydırma bir anahtar ile kumanda edilerek gönderim ve alım için farklı boynuz ışıyıcıları kullanmakta mümkün olur ve bu sayede alım- ve gönderim hatları birbirinden iyice ayrılmış olur! Anten, bu tür bir faz kaydırma kontrolü ile ilaveten bir gönderim-alım anahtarının (transceiver) işlevini de yüklenmiş olmaktadır.