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

Yakın Alan/Uzak Alan

Yakın Alan ve Uzak Alan kavramları bir elektromanyetik dalga kaynağının, yani konumuz için, bir antenin etrafındaki bölgeyi tanımlar. Bir antenin yakın alanında, kaynağın yayın alanında bulunan farklı noktaların menzil ve buna karşılık gelen antene ulaşma süreleri nedeniyle işaretin bir evreuyumlu toplamı önlenir.

Yönbağımsız ışıyıcı (isotropic radiator) gibi bir noktasal yayın kaynağı yakın alana sahip değildir. Bir yakın alanın varlığı, sadece ışıyıcı kaynağın geometrik büyüklüğü dalga boyunun büyüklüğüne ulaştığında ya da onu aştığında söz konusu olabilir. Anten, yakın alanında sadece ışıma yapmakla kalmaz, aynı zamanda çevreden yayılan işaretleri de alır.

Resim 1: Bir anten grubunun yakın alanı

Resim 1: Bir anten grubunun yakın alanı

Resim 1: Bir anten grubunun yakın alanı

Resim. 1 de her biri aynı fazda beslenen, dört adet ışıma elemanından meydana gelen bir anten grubu yer almaktadır. Belirli bir uzaklıktan sonra bu dört bağımsız alan bir dalga cephesinde (wave front) birleşmeye başlarlar. Resmin çok büyük çizilmesine rağmen, burada her şey halâ bir yakın alanmış gibi tanımlanmıştır. Bir uzak alanı göstermek için, resmin aynı ölçekle, dört kat daha büyük çizilmesi gerekirdi. Ancak şimdi, bu dört alan tam olarak birbiri üzerine otururlar.

Uzak alan, küçük antenlerde (genellikle geometrik boyutları dalga boyundan daha küçük olan bireysel ışıyıcılara sahip) antenden yaklaşık ruzak ≈ 2 · λ uzaklıktan itibaren başlar.

Daha büyük antenlerde (anten gruplarında ya da parabolik anten gibi yansıtıcı antenlerde) bu uzaklık aşağıdaki formülle hesaplanır:

ruzak = 2 · L2 L = Antenin geometrik boyutu
λ = Dalga boyu
(1)
λ

Elektromanyetik alanlar Maxwell denklemi ile tanımlanmıştır. Yakın alan ve uzak alan kavramlarının matematiksel içeriği uzak alan için basitleştirici kestirimlerin mümkün olabileceğini gösterir. Dalgaların yakın alanda, r uzaklığındaki özellikleri r - n polinomunun n kuvveti ile ifade edilirler. İfade, uzak alandaki büyük uzaklıklar için polinomun ilk teriminin diğer terimlerden çok daha büyük olması nedeniyle sadeleşir. Diğer taraftan, yakın alanda, tüm elektromanyetik alanın tanımlanması için r uzaklığının, örneğin r - 2 ve r - 4 gibi üssü (exponent) farklı kuvvetleri yer alırlar. Yakın alan-terimi olarak belirtilen terimler o zaman artan uzaklıkla hızla azalan terimlerdir. Çok uzakta bulunan nesneler için hesaplama yapılırken, yakın alan-terimleri olarak adlandırılan bu terimler genellikle ihmal edilebilirler.

Uzak alan, Fraunhofer-bölgesi ve yakın alan ise Rayleigh-bölgesi olarakta adlandırılmaktadırlar.

Bir sözde Rayleigh-bölgesi içerisinde, antenden L²/(2·λ) uzaklığa kadar, anten yalnızca ışıma yapmakla kalmaz, aynı zamanda ortamdan yayılan enerjiyi de emer. Bu, özellikle radom mahfaza içerisinde bulunan radar antenleri için önemlidir, çünkü radom içindeki yansımalar ve anten tarafından tekrardan alınan güç bileşenleri göndericiyi etkileyebilir. Bunun Duran Dalga Oranı (Standing Wave Ratio) üzerinde bir metrolojik etkisi vardır. Bu güç bileşeni, enerjik olarak, kör güç (reactive power) olarak kabul edilir.

Bir Geniş Açıklıklı Antenin eni L = 9,4 m dir. Frekansı 1030 MHz e sabitlenmiştir. Dalga boyu λ = 0,291 m alınarak yapılan hesaplamada:

  • Yakın alan, yaklaşık 607 m bir uzaklıkta uzak alanın içine girer.
  • Rayleigh-bölgesi 152 m ye kadar uzanır.

Anten çizgesi için bir ölçüm anteninin Geniş Açıklıklı Antenden en az yaklaşık 607 m öteye kurulması gerekir (hatta çok daha büyük bir uzaklık önerilir).