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

Parabolik Antenler

Yansıtıcı (İkincil Işıyıcı)
Uyartıcı
(Birincil Işıyıcı)
Besleme (Dalga Kılavuzu)

Resim 1: Bir parabolik yansıtıcının prensibi

Yansıtıcı (İkincil Işıyıcı)
Uyartıcı
(Birincil Işıyıcı)
Besleme (Dalga Kılavuzu)

Resim 1: Bir parabolik yansıtıcının prensibi

Parabolik Antenler

Parabolik anten, biçimi bir parabolün eğriliği ile belirlenen, bir özel büküm verilmiş antendir. Parabol eksenine paralel olarak gelen her bir düz dalga cephesinin (wave front) enerjisi, yansıtıcının önündeki bir odak noktasına odaklanır. Tam tersi durumda, bu odak noktasından yayılan her radyal ışıma yansıtıcıya çarparak bir düz dalga olarak yansır.

Parabolik antenler radar tekniğinde kullanılan anten tipleri arasında en sık karşılaşılan bir anten biçimidir. Resimde bir „normal” (simetrik) parabolik anten ana hatlarıyla gösterilmiştir. Odak noktasında bulunan bir kaynak simetrik yansıtıcıyı aydınlatmaktadır.

Bir dönel paraboloidin kesiti olan bu yuvarlak yansıtıcı, çoğu kez içi kafes ızgara (lattice grid) ile kaplı metal çerçeveden meydana gelen bir yapıdır. Metal kafesteki elek boyutu λ/10 dan küçük olmalıdır. Bu yansıtıcı, elektromanyetik dalgalarda bir ayna gibi çalışır.

Yansıtıcı yüzeyine gelen tüm ışınlar optik kanunlarına (ve geometriye) uygun olarak anten eksenine paralel biçimde yansıtılırlar. Besleme kaynağından küresel biçimde yayılarak yansıtıcıya varan bu ışınlar, yansıtıcı tarafından 180° faz farkıyla yansıtılır ve bütün ışınların paralel yayıldığı bir düz dalga cephesi oluştururlar. Böylece ışınlar parabol eksenine dik herhangi bir düzleme kadar yollarını değiştirmeden yayılırlar.

Grafikte bir yuvarlak yansıtıcının ideal biçimi gösterilmektedir ve bu anten kalem demet olarak anılan, çok dar bir ışın demeti meydana getirir. Yansıtıcı bir eliptik biçime sahipse, yayacağı ışının biçimi o zaman bir pervane kanadına benzer. Arama radarları düşeyde ve yatayda farklı çizgelere sahiptirler: Yatay açıda çok dar, kalem biçimli ve yükseklik açısında ise bir klasik kosekant-kare biçimli çizge.

Resim 2: Bir parabolik antenin ışıma çizgesi

Bir parabolik antenin yön çizgesi

Resim 2: Bir parabolik antenin ışıma çizgesi

Ancak bu ideal durum pratikte pek gerçekleşemez. Üretim tekniklerindeki yetersizliklerden dolayı ışıma deseni topuz biçimine dönüşür.

Geri topuzlar
Yan topuzlar
Ana topuz

Resim 3: Bir parabolik antenin saha çalışmalarıyla çizilen logaritmik ölçekteki gerçek anten çizgesi

Bir parabolik anten yüksek kazançlı, ileri-/ geri oranı büyük, geniş ölçüde dönel simetrisi bulunan ve nispeten küçük yan topuzlara sahip bir ışıma çizgesine sahiptir.

Bir parabol antenin anten kazancı aşağıdaki formülle hesaplanır:

(1)

  • ΘAz = Azimut açısı yarı değer genişliği
  • ΘEl = Yükseklik açısı yarı değer genişliği

Bu formül, yaklaşık bir formül olmasına rağmen, birçok kullanım yeri için doğruluğu yeterlidir ve anten kazancı ile anten çizgesinin yarı değer genişlikleri arasındaki ilişkiyi açık bir şekilde sergiler.

Geri topuzlar
Yan topuzlar
Ana topuz

Resim 3: Bir parabolik antenin saha çalışmalarıyla çizilen logaritmik ölçekteki gerçek anten çizgesi

Resim 4: Bir parabolik antenin bir benzetişim programı kullanılarak elde edilen 3-boyutlu anten çizgesi

Resim 4: Bir parabolik antenin bir benzetişim programı kullanılarak elde edilen 3-boyutlu anten çizgesi

Not: Resim. 2 ile Resim. 4 arasında şu anlamda farklar vardır: Resim.2 de menzil doğrusaldır, böylece yan topuzların büyüklüğü pek anlaşılmaz (ana topuzun binde biri seviyesinde). Resim.4 te ise menzil logaritmiktir, böylece yan topuzlar gayet iyi anlaşılır, ancak ana topuzun ucu düzleşmiştir.

„Tek yöne bükümlü” ya da „Çift yöne bükümlü” parabolik antenler

Resim 5: „Tek yöne bükümlü” yansıtıcı ile „Çift yöne bükümlü” yansıtıcının karşılaştırması

Resim 5: „Tek yöne bükümlü” yansıtıcı ile „Çift yöne bükümlü” yansıtıcının karşılaştırması

İstenen her bir anten çizgesine bağlı olarak yansıtıcı sadece basitçe bir parabole göre biçimlendirilmiş bir yüzey ya da yukarda verilen dönel paraboloit biçiminde olabilir. Bir basit parabol biçimi verilmiş yüzeye „tek yöne bükümlü” („Single Curvature”) denilir. Bu anten yapısı, eğer:

Eğer bir parabolik anten sadece bir tane ana ışıyıcıya sahipse, ya da diğer ana ışıyıcılar „yandan bakacak şekilde” (squinted) monte edilmiş ve bir farklı anten çizgesi meydana getiriyorsa, o zaman „çift yöne bükümlü” parabolik antenler, dönen yankı işaretlerinin alınabildikleri noktaya tam odaklandığından enerjik olarak daha verimlidir. Tek ana ışıyıcıya sahip „tek yöne bükümlü” parabolik antenlerde enerjinin bir bölümü ana ışıyıcının yanına isabet eder. „Tek yöne bükümlü” bir parabolik antenin, örneğin parabol yansıtıcıyı açı hatası olmadan aydınlatması için tüm odak hattının tamamı ışıyıcılarla kaplı ise bir anlamı olurdu (Tip 1022 deniz radarında olduğu gibi). Böylece, en azından anten çizgesinde varlığı kaçınılmaz olan yan topuzlar, bireysel ışıyıcılarda güç dağılımı daha uygun hale getirilebildiğinden dolayı küçülür.

Eğitim radarında genellikle mali nedenlerle bir ortak yansıtıcı önüne gönderim- ve alım durumu için ayrı ana ışıyıcı konulur. Bir „çift yöne bükümlü” parabolik antende odak noktasında ana ışıyıcılardan sadece biri konulabilir: diğerleri yanında yer alabilir. Kuvvetle yoğunlaşmış gönderici enerjisi bir yansıma sonrası artık alıcı antenine isabet edemez. Bu durum için sadece bir adet „tek yöne bükümlü” parabol antene sahip radar aygıtlarında alım anteni yine odak hattında yer alır: Gönderim- ve alım antenleri bu dikey odak hattında üst üste dizilirler. Enerji çok verimli değildir: Fakat bu durumda herhangi bir menzil rekoru hedeflenmemiş, daha ziyade prensibin sunumu yapılmıştır.