www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Faz Dizi Antenlerin Besleme Sistemleri

Foto einer typischen Bordradarantenne: Auf einer kreisförmigen Fläche sind winzige Strahlerelemente zeilenweise angebracht.

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 hava kuvvetlerinde kullanılan RRP-117 ve donanmada kullanılan APAR tipi radarları gösterebiliriz.

Aktif antenler, tek bir merkezi yüksek frekanslı (HF) güç birimi yerine, her ışıyıcıda uygun bir şekilde doğrudan monte edilmiş ayrı bir güç yükselticisinin bulunduğu bir anten türüdür. Bunun şöyle bir avantajı vardır: tüm faz kaydırıcılar yerine, sadece gerekli olan faz kaydırıcı çalışacağından radarın güç ihtiyacı azalmaktadır.

Resimde ki anten örneğinde görülen anten 428 adet aktif yayın elemanından oluşmaktadır. Aktif antenler tavsiyeGönderici” 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
Yansıma tipi
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 çok rastlanan türü hatla besleme olanıdır. Bu enerji dalga kılavuzu ya da bilezik-fırça sistemiyle aktarılarak elemanlara dağıtılır (Örnek: PAR-80).

Çok seyrek kullanılan diğer bir yöntem, besleme boynuzu üzerinde bulunan anten yüzeyinin gönderim-gücü ile aydınlatıldığı (illumination) ışımayla besleme denilen yöntemdir. Burada güç küçük anten elemanları tarafından alınır, fazı ayarlanır ve ardından tekrar yayınlanır (Örnek: Patriot füze sistemi).

Resim 2: Yayın elemanlarının seri beslenmesi (etkileşimli resim)

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: Yayın elemanlarının seri beslenmesi (etkileşimli resim) (Etkileşimli resim)

Bir pasif antenin seri beslenmesi

Faz Dizi Antenlerin seri beslemesinde yayın elemanları sırayla gönderim gücü ile beslenirler. Daha uzun hatlarla beslenen yayın elemanlarında hat uzunluklarından ötürü gittikçe artan faz kayma miktarının faz kaydırma devreleri ayarı sırasında dikkate alınması gerekir. Bir ilave seri besleme yapılarak frekansın değiştirilmesi mümkün değildir.

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

Besleme hattından enerji toplam enerjinin sadece bir belirli kısmı geçecek şekilde ayarlanan bir yönlü bağlaştırıcı vasıtasıyla sağlanır. Enerjinin sağılan bu bölümünün büyüklüğü genellikle bir belirli düzene uygun olarak (örneğin Gauss ya da ikiterimli (binomial) dağılım gibi) gerçekleşir. Bu, güç dağılımının anten çizgesinin yan topuzlarının (side lobes) büyüklüğünü etkiler.

Resim 3: Yayın elemanlarının 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: Yayın elemanlarının paralel beslenmesi (Etkileşimli resim)

Bir pasif antenin paralel beslenmesi

Faz dizi antenlerin paralel beslenmesinde gönderim gücü her düğüm noktasında aynı-fazda dağılır. Her ışıma elemanı aynı uzunluktadır ve dolayısıyla frekanstan bağımsızdır. Sonuç olarak 2n ışıma elemanının tamamının gücü aynı büyüklükte ve aynı fazdadır.

Böylece frekanstaki değişikliklerin faz farkları üzerinde bir etkisi olmaz. Bilgisayarın faz kayma miktarlarını hesaplarken hat uzunluklarını dikkate almasına gerek kalmaz ve böylece antene giden besleme hattının bant genişliği de artar. Bu durum frekans ataklık için bir üstünlüktür ve frekans-çeşitlemesine ve darbe sıkıştırmasına imkân sağlar.

İletim tipi
Süre farkı

Resim 4: İletim tipi besleme (etkileşimli resim)

Grafikte iletim tipi faz dizi antenin çalışması görülmektedir.
Süre farkı

Resim 4: İletim tipi besleme (etkileşimli resim) (Etkileşimli resim)

Işıma ile beslenen faz dizi antenin bireysel ışıyıcılara olan güç dağılımının boynuz ışıyıcı tarafından ayarlanmakta oluşu gibi bir üstünlüğü bulunmaktadır. Merkez bölgeleri kuvvetli bir ışıma alırken Gauss dağılımına uygun olarak 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 devreleri ile bloke edilmiştir. Bu yöntemde öndeki boynuz ışıyıcı antene herhangi bir gölgeleme yapmaz. Ana ışıyıcı anten alanında ne kadar yakına monte edilmişse bireysel ışıyıcılar arasındaki yayılma süreleri arasındaki farkta o kadar büyük olmaktadır. Bu yayılma sürelerinin faz kaydırma kontrolü sırasında dikkate alınması gerekir. (Bu bakımdan bu anten tipi faz kaydırma biçimi anlamında daha ziyade bir seri beslemeyi andırır ve bu nedenle anten bant genişliğinde bazı kısıtlamaları vardır.)

Patriot” Hava Savunma Füze Kompleksinde iletim beslemeli tip bir faz dizi anten kullanılmaktadır.

Yansıma tipi
Yansıma
düzlemi

Resim 5: Yansıma tipi besleme

Yansıma tipi besleme
Yansıma
düzlemi

Resim 5: Yansıma tipi besleme (Etkileşimli resim)

Yansıma tipi besleme, gönderim enerjisini sağlayan besleme boynuzunun anten yüzeyinin önünde yer aldığı bir besleme türüdür. Bu enerji küçük yayın elemanlarınca kapılır, fazı ayarlanır, bir yansıma düzlemine yansıtılır, buradaki yansıma düzleminden tekrardan faz kaydırıcılara gelir, fazı bir daha kaydırılarak tekrardan yayınlanır.

Yansıtıcı tip sistemlerde antenin arka bölümünde tüm elemanları (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 alır, ardından besleme sisteminde bir duran dalga meydana getirir.

Bununla beraber boynuzun, yayın elemanlarında tekrardan farklı yayılma sürelerine yol açmaması için olabildiğince ortada yer alması gerekir. Eğer bu farklı yayılma süreleri faz kaydırıcıların kontrolü sırasında dikkate alınırsa o zaman boynuz ışıyıcı bir ofset antende olduğu gibi yayın yönünün dışında bir yere monte edilebilir. Hatta o zaman gönderim ve alım yönünde konulan farklı boynuz ışıyıcılarını bir anahtar kullanarak seçmek mümkün olur ve bu sayede alım- ve gönderim hatları birbirinden iyice yalıtılmış olur! Anten, ilaveten bu tür faz kaydırma kontrolü ile bir gönderim-alım anahtarının (transceiver) işlevini de yüklenmiş olmaktadır.