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

Boynuz Işıyıcı

Resim 1: Bir amatör imalatı boynuz ışıyıcı

Resim 1: Bir amatör imalatı boynuz ışıyıcı

Boynuz Işıyıcı

Boynuz ışıyıcı daha yüksek frekans bölgesinde kullanılmak üzere tasarlanmış bir özel anten biçimidir. Biçimi, az ya da çok örneğin av borazanı gibi bir üflemeli müzik aletinin ses çıkış kısmını andırır. Bu huni biçimli yapı, bir dalga kılavuzuyla birleşir. Boynuz ışıyıcı hem kendisi bir antendir, hem de birincil ışıyıcı olarak bir yansıtıcı anteni, örneğin parabolik anteni beslemekte kullanılır. Bu anten biçiminin olası frekans bölgesini yalnızca mekanik boyutları kısıtlar, UHF-bandından başlar ve üst sınır şimdilik açıktır.

Dalga kılavuzu
İletimle yayılan dalgalar
Boynuz ışıyıcı
Dalga kılavuzunun
genişlemesi
Gök dalgaları

Resim 2: Bir dalga kılavuzundaki elektrik alan hatları, iletilen dalgaların gök dalgalarına geçişi

Dalga kılavuzu
İletimle yayılan dalgalar
Boynuz ışıyıcı
Dalga kılavuzunun
genişlemesi
Gök dalgaları

Resim 2: Bir dalga kılavuzundaki elektrik alan hatları, iletilen dalgaların gök dalgalarına geçişi

Dalga kılavuzu
İletimle yayılan dalgalar
Boynuz ışıyıcı
Dalga kılavuzunun
genişlemesi
Gök dalgaları

Resim 2: Bir dalga kılavuzundaki elektrik alan hatları, iletilen dalgaların gök dalgalarına geçişi

Bir boynuz ışıyıcının işlevi

Bir dalga kılavuzunun son kısmı elektromanyetik dalgaların uzay boşluğuna (ya da havaya) yayılabilmesi için elbette açık bırakılabilir. Ancak havanın dalga direncinin, dalga kılavuzu içindekinden farklı olması, bu noktada uyumsuzluk (mismatch) ve buna bağlı olarak zararlı yansımalar meydana getirir. Bu nedenle, daha yumuşak bir geçişi sağlamak için dalga kılavuzunun mekanik kesiti elektromanyetik dalgaların serbest kalacağı yere doğru genişletilir. Bu bölgenin uzunluğu dalga boyundan bir hayli büyük olması gerekir. Boynuz ışıyıcının ağzı dalga kılavuzunun en az iki katı olmalıdır. Boynuz ışıyıcının ağzı, açıklık (aperture) olarak adlandırılır ve ışıma yüzeyi A olarak kabul edilir.

Özellikleri

Boynuz ışıyıcı yapısal tasarımına bağlı olarak oldukça iyi bir yönlülüğe (directivity) sahiptir ve geometrik boyutları arttıkça daha iyi bir yönlülüğe sahip olur, dolayısıyla kazancı da artar. Bir boynuz ışıyıcıdan beklenen anten kazancı 20 ila 23 dB arasındadır. Boynuz ışıyıcının boyunun iki kat uzatılması ancak 3 dB kadar bir ek kazanç sağlar. Bir noktadan sonra artan geometrik boyutlar nedeniyle boynuz ışıyıcının sökülüp takılması çok zorlaşır. Boynuz ışıyıcıyı, bir odaklayıcı yansıtıcı önüne monte etmek daha uygun olur. Boynuz ışıyıcıların kayıpları nispeten düşüktür, bunun sonucu olarak yönlülüğü ve kazancı yaklaşık birbirine eşittir.

Açıklıklı ışıyıcılarda olduğu gibi, artan açıklık yüzeyi sonucu, yönlülük karakteristiği ve anten kazancı artar ve kabaca aşağıdaki formülle hesaplanır:

D ≈ 10 log 10 A   A = Açıklık, Açıklığın yüzeyi
λ = Dalga boyu [m]
(1)
λ2
Değişik yapılı boynuz ışıyıcıları

Boynuz ışıyıcının ağzı dalga kılavuzuna dışardan nem ve toz girişini engellemek için bir dielektrik malzeme ile (örneğin, nem tutmayan polistren köpükle) kapatılır. Eğer dalga kılavuzu sistemi bir aşırı hava basıncı altında tutuluyorsa, dalga kılavuzu yüzeyleri sızdırmazlığın sağlanması için seramik malzeme veya kuvars cam ile kaplanır.

Piramit biçimli boynuz ışıyıcı

Bir boynuz ışıyıcının temel biçimlerinde, açıklık (aperture) bir zamanlar sadece E-düzleminde ya da sadece H-düzlemindeydi. Bu temel biçimler („E-düzlemindeki ya da H-düzlemdeki sektörel boynuz“) uygulamada gerçekleşemedi. Genellikle hem E-düzlemine, hem de H-düzlemine açılan boynuzlu ışıyıcı kullanılır (bakınız Resim.1). Bu boynuz ışıyıcı, piramit biçimli boynuz ışıyıcı olarak adlandırılır. Ağız açıklığının açısal büyüklüğünün farklı olabilmesi nedeniyle simetrik olmayan anten çizgeleri meydana gelir. Bu tür bir yapının bant genişliği yaklaşık yarım oktavdır.

Üstel (exponential) boynuz ışıyıcı

Bir üstel boynuz ışıyıcı, ağız açıklık kesiti bir üstel işlevle tanımlanan bir boynuz ışıyıcıdır. Bu sayede dalga kılavuzu içinden empedansın uzaya yumuşak geçişi sağlanır. İdeal durumda bu yapı biçiminde yansımalar çok düşüktür ve enerjinin büyük bölümü uzaya yayılır.

Üstel boynuz ışıyıcılar hem dikdörtgen (piramit) biçimde, hem de yuvarlak (konik) biçimde olabilir.

Mahyalı boynuz ışıyıcı

Mahyalı boynuz ışıyıcı, boynuz ışıyıcının bir özel biçimidir. İngilizce adı “Double-ridged waveguide horn” olan bu boynuz ışıyıcı Türkçeye genellikle „Çift-mahyalı Boynuz Işıyıcı“ olarak tercüme edilmektedir.

Üst ve „a“ alt kısmının ortasında dış kısma üstel biçimde açılan metalik çubuklar bulunmaktadır. Vivaldi-anteni mahyalı boynuz ışıyıcının bir düzlemsel biçimidir.

Konik boynuz ışıyıcı

Konik boynuz ışıyıcı yuvarlak biçimli bir boynuz ışıyıcıdır ve genellikle bir yuvarlak dalga kılavuzuna bağlanır. Bunlar, piramit biçimiyle hem E-düzlemine, hem de H-düzlemine açılır.

Yivli boynuz ışıyıcı

Geniş yapı biçimiyle, yivli konik boynuz ışıyıcı hem E-düzleminde ve hem de H-düzleminde hemen hemen sabit ve düzgün bir yayın açısına sahiptir. Açılmış λ/4-derinlikteki oluklar çizge simetrisini ve polarizasyon kalitesini iyileştirir. Bu antenin öne çıkan özellikleri düşük yan topuzlara (side lobes) sahip olması ve iç kayıplarının daha az olmasıdır. Bu boynuz ışıyıcının küçük yapı biçimi hem frekansa bağımlı ve aynı zamanda E- ve H-düzlemlerinde benzer karakteristiklere sahip ışıma çizgesinin meydana gelmesine yol açar. Bu antenin bant genişliği bir oktavdır. Bu boynuz ışıyıcı, dairesel simetrisi sayesinde tüm polarizasyon türlerinde kullanılabilir.

Yivli boynuz ışıyıcılar en çok uydu antenlerinde kullanılır.

TEM-boynuz ışıyıcı

Bir TEM-boynuz ışıyıcı (Transverse Electro-Magnetic Horn) boynuz ışıyıcının bir özel tasarımıdır. Bu aygıt birbirlerinden elektriksel yalıtılmış, bir üstel huniye benzeyen iki adet metal yüzeyin bileşiminden meydana gelir. Bu biçim çok iyi bir yönlülüğün aranmadığı, ancak anten özelliklerinin türdeş (uniform) olması nedeniyle, genellikle çok geniş bir frekans bölgesinde mikrodalga test anteni olarak kullanılır.

Boynuz ışıyıcı resim galerisi

Resim 3: Bir boynuz ışıyıcının 3-boyutlu anten çizgesi

Resim 4: BBHA 9120 A Çift-mahyalı (double-ridged) boynuz ışıyıcı, Üretici: Schwarzbeck Mess-Elektronik (Broşür), bant genişliği: 800 MHz - 5 GHz

Resim 5: Dikdörtgen kesitli bir dalga kılavuzuna takılabilen yivli boynuz ışıyıcı

Resim 6: TEM-mahyalı boynuz ışıyıcı; Üretici: ETS-Lindgreen (Veri sayfası) Bant genişliği: 750 MHz - 40 GHz

Resim 7: Dikdörtgen kesitli bir dalga kılavuzuna bağlanan konik boynuz ışıyıcı

Resim 8: Dört adet bağımsız boynuz ışıyıcının toplandığı Tek-darbe Boynuzu

Daha fazla bilgi için: