www.radartutorial.eu Radar Temelleri

Oluklu Işıyıcılar

Uyartım -
sistemi

Resim 1: Bir oluğun uzunluğu oluklu ışıyıcının tınlaşım frekansını, eni ise bant genişliğini belirler.

Uyartım -
sistemi

Resim 1: Bir oluğun uzunluğu oluklu ışıyıcının tınlaşım frekansını, eni ise bant genişliğini belirler.

Oluklu Işıyıcılar

Oluklu ışıyıcılar daha ziyade 300 MHz ila 25 GHz frekans aralığında çalışan yöngüdüm radar aygıtlarında kullanılan ve genellikle bir dalga kılavuzu ile beslenen grup antenlerdir. Keza daha eski büyük faz dizi antenlerde frekansa bağlı olarak tarama yapan bu grup antenleri fiyatları oldukça hesaplı oluşu nedeniyle kullanıyorlardı. Oluklu antenlerde yaklaşık λ/2 uzunluğunda bir sonsuz iletken gibi kabul edilen plakaya 0,1 λ dan daha küçük uzunlukta açılmış bir oluk bulunur ve merkezden uyartılır. Bu oluklu anten Fransız fizikçi Jacques Babinet (1794 - 1872) tarafından 1837 yılında ortaya atılan Babinet prensibine uygun olarak bir tınlaşım ışıyıcısı gibi davranır. Bu prensibe göre sonsuz bir plaka içinde açılan bir yarık E ve H alanları yer değiştirerek bir manyetik dipol gibi davranır. Her iki durumda da ışıma deseni aynıdır. Dipolde elektrik alanı polarizasyonu dikey, oluklu plakada yatay, yani oluğa dikey konumdadır. Polarizasyon dikeyden yataya döner. Polarizasyonlar doğrusaldır.

Bir dar oluğun ışıma direnci (empedansı):

Zd · Zs = η2/4   Zs = Oluğun ışıma direnci
Zd = Bir dipolün ışıma direnci
η  = Boşluk öz empedansı
(1)

Buradan Zs = 485 Ω bulunur.

Oluğun boyutları, biçimi ve gerekirse arka planı değiştirilebilir ve bu da oluğun tınlaşım özelliklerini değiştirebilmesine imkân tanır. Bir dikdörtgen biçimli küçük oluğun eşdeğeri olan dipolün bant genişliği aynıdır ve çapı oluğun genişliğine eşit bir silindirik dipolün bant genişliği ise tam yarısıdır. Resim. 2 de bant genişliği artan değişik dikdörtgensel biçimi oluklu ışıyıcılar görülmektedir.

Resim 2: Muhtelif geniş bantlı oluklu ışıyıcılar.

Resim 2: Muhtelif geniş bantlı oluklu ışıyıcılar.

Teorik olarak sonsuz büyüklükte iletken bir yüzey gerekiyorsa da, teorik değerden sapma iletken alanının yüzeyi dalga boyunun karesinden büyük olması durumunda küçük kalmaktadır. Oluklu ışıyıcı basit iki iletkenli hatla beslenebilir. Oluklu ışıyıcının empedansı dipolde olduğu gibi besleme noktasının yerine bağlıdır. 485 Ω empedans değeri oluklu ışıyıcının merkezden beslenmesi durumunda geçerlidir. Besleme noktasının ortadan kenara doğru kayması durumunda empedans gittikçe azalır.

Oluklu ışıyıcıların değişik kullanım alanları vardır. Işıyıcı uzunlamasına polarizasyonun dikey gerektiği durumlarda bir dipol olarak kullanılabilir. Örneğin bir dipol fan pervanesi tipi demete sahip bir parabol antenin beslemesi için kullanılacaksa yatay polarizasyon için bu dipolün yatay konumda takılması gerekir. Bunun sonucunda yansıtıcının kenara yakın bölümleri yeterince aydınlatılmayacak ve yansıtıcının alt ve üst yarılarında fazla enerji kaybı meydana gelecektir. Dahası bir parabol yansıtıcının odak noktası için nokta biçiminde ışıma kaynağı gerekirse dipol boylamasına bir düzlemde uzatılarak genişletilir. Eğer bu dipolün yerini oluklu anten alırsa bu dezavantajlar ortadan kalkar.

Dalga kılavuzlarında oluklar

Resim 3: Bir dalga kılavuzunda değişik oluk yerleşimleri

Resim 3: Bir dalga kılavuzunda değişik oluk yerleşimleri

Dalga kılavuzlarında oluk düzenleriyle uygun maliyetli bir grup anten yapımı mümkün olmaktadır. Resim. 3 de kırmızı renkli çizgiler bir dikdörtgen kesitli dalga kılavuzunun yan duvarlarındaki şematik akım dağılımını görüntülemektedir. Duvarlarda oluklar açıldığında akım akışı bu açılan yere bağlı olarak az ya da çok kuvvetli etkilenir. Eğer oluklar yeterince küçük ise Resim.3 teki B ve C oluklarının akım dağılımı üzerindeki etkisi az olacaktır. Bu iki oluktan ya çok az ya da hiç ışıma olmaz. Bununla beraber A ve D olukları akımın akışına engel olacaktır. Bu akım akışı oluğun bir ışıma elemanı olarak çalışması için bir uyartıcı sistem gibi hareket eder. Dalga kılavuzundaki salınım ileriye doğru hareket eder, bu kırmızı hatlar üzerinde dolanır. Oluk, dalga kılavuzundaki frekans değerine bağlı olarak keza oluk duvarlarında bir değişken gerilim üretir. A ve D olukları dalga kılavuzundaki taşınan YF – enerjisinin en fazla bağlaştığı yerlerdir. Bu bağlaşımı azaltmak için örneğin A oluğu dalga kılavuzunun dar kenarına doğru yaklaştırılabilir. Bu azaltma etkisi olukların A ile B veya C ile D konumlarının dikeye göre fark açısı kadar döndürülmesi ile aynen sağlanabilir. Oluğun, D oluğunda dikey konumdan ya da A oluğundan paralel konumdan sapmaya karşılık gelen bir θ açısı kadar döndürülmesinin bağlaşım üzerindeki etkisi bu dönme açısının sinüs karesi kadardır.

Grup antenleri

Resim 4: Dikdörtgen dalga kılavuzunun geniş kenarında oluklu ışıyıcılardan oluşan grup anteni

Resim 4: Dikdörtgen dalga kılavuzunun geniş kenarında oluklu ışıyıcılardan oluşan grup anteni

Bir dalga kılavuzunda ki oluklu ışıyıcılar bir grup anteni oluşturur. Her bir ışıyıcının doğru fazda ışıma yapabilmesi için bunların dalga boyu uzunluğuna eşit aralıklarla yerleştirilmiştir. Bu dalga kılavuzunun iç kısmı için geçerlidir. Bu dalga boyu boşluktaki dalga boyundan farklıdır ve bir dikdörtgen biçimli dalga kılavuzunun daha uzun kenarının bir fonksiyonudur. Bu dalga boyu genellikle kullanılan H10 modunda aşağıdaki formülle hesaplanır:

a  = Dikdörtgen kesitli dalga kılavuzunun uzun kenarı
λh = Dalga kılavuzu içindeki dalga boyu
λ  = Boşlukta dalga boyu
(2)

Resim 5: Dikdörtgen dalga kılavuzunun dar kenarında yaklaşık 30° döndürülmüş oluklu ışıyıcıdan oluşan grup anteni

Resim 5: Dikdörtgen dalga kılavuzunun dar kenarında yaklaşık 30° döndürülmüş oluklu ışıyıcıdan oluşan grup anteni

Dalga kılavuzu içindeki dalga boyu boşluktaki dalga boyundan bir miktar daha uzundur. Gruptaki ışıyıcılar arasındaki yerleşim açıklıkları boşluktaki λ dalga boyundan bir miktar daha fazla olacak şekilde yerleştirilir. Bu durum yan lobların adedini ve büyüklüğünü olumsuz etkiler. Oluklar genellikle merkezden kaçık (daha düşük bağlaşımlı) ve sırayla bir sağa bir sola olmak üzere yerleştirilir. Oluğun dalga kılavuzunun dar kenarına açıldığı bazı hallerde bu kenar bazen oluklu ışıyıcının tınlaşım frekansında ışıma yapması için gereken uzunluktan daha kısa olabilmektedir. Bu durumda dar kenara sığamayan oluk uzun kenarla birleştiği köşeden uzun kenarın bulunduğu a- kısmına bir miktar taşarak yerleştirilir. Dalga kılavuzundaki bu oluklar dalga kılavuzunun iç kısımlarının korunabilmesi amacıyla ince bir yalıtıcı katmanla kaplanırlar. Bu kaplama nemçeker bir malzeme olmamalı ve hava koşullarına karşı dayanıklı olmalıdır.

Bir küçük oluklu ışıyıcının kendisi tınlaşım frekansının % ±5 … ±10 değerleri arasında çalışabilir. Grup antenlerinde ise durum böyle olamamaktadır. Bu tür grup antenlerinin frekansı sabittir ve bu frekans değeri λg açıklığına bağlıdır. Frekans değiştirilirse bu açıklıkların bir anlamı kalmaz ve antenin performansı azalır. Bir ışıyıcıdan diğerine ortaya çıkan faz farkı anten boyunca birbirine eklenerek artık ihmal edilemeyecek bir değere ulaşır. Bundan sonra anten “şaşı” bakmaya başlar, yani anten ışıma çizgesi optik merkez akstan farklı bir yöne döner. Bu etki anten demetinin gönderim frekansının değiştirilmesinin bir fonksiyonu olarak anten çizgesini elektronik saptırmak için kullanılabilir.