Radar Temelleri

Yagi antenleri

Yagi antenler uzunlamasına ışıyıcılardandır ve uyartılmış-ışıyıcı elemanlar kullanırlar. Bu anten biçimi kısa dalgadan, üst UHF-bandına kadar olan frekans bölgesindeki radyo dalgaları için özel olarak tasarlanmıştır. (Adı, mucidi Japon bilim insanı Prof. Yagi' den gelmektedir.) Bu antenler aynı zamanda radarlarda da kullanılırlar.

Yagi antenler karşılıklı bağlaşımla (mutual coupling) bir ortak güce sahip, yönlü (directive) yayın çizgesi yaratan, aktif ve pasif (parazitik) elemanların bulunduğu bir gruptan meydana gelir. Bu antenler, sıkça bir besleme elemanı (genellikle bir dipol) ve birkaç parazitik ışıma ile beslenen elemanlardan meydana gelir.

Grafikte görülen Yagi anten, aktif eleman olarak bir dipol ışıyıcı (radiator) ve pasif elemanlar olarak bir yansıtıcı (reflector) ve eşit olmayan aralıklarla yerleştirilmiş üç adet yönlendiriciden (director) meydana gelmiştir. Pasif elemanların sayısı arttıkça anten kazancı da yükselir, beraberinde bant genişliği küçülür ve anten ışıma çizgesi daha da keskinleşir.

Yagi antenin dalga kılavuz sistemi

Resim 2: Parazitik ışıyıcı olarak bir yönlendiricinin işlevi: kapasitif kör reaktansa bağlı olarak yönlendiricide meydana gelen faz kayması, bağlaşım (coupling) sırasındaki yayın süresi (propagation time) farkı ile oluşan faz kaymasıyla binişir (superimposed).

Resim 2: Parazitik ışıyıcı olarak bir yönlendiricinin işlevi: kapasitif kör reaktansa bağlı olarak yönlendiricide meydana gelen faz kayması, bağlaşım (coupling) sırasındaki yayın süresi (propagation time) farkı ile oluşan faz kaymasıyla binişir (superimposed).

En küçük bir Yagi anteni üç elemandan oluşur. Elemanların uzunluğu; yansıtıcıda yarı dalga boyundan genellikle %15 daha fazladır, yönlendiricide ise yaklaşık % 5 lik kademelerle azalır. Yönlendiriciler yayınlayıcıdan (dipolden) uzaklaştıkça yarı dalga boyunun % 5 i kadar kademelerle kısalırlar. Her bir yönlendirici, beslenen dipol tarafından uyartılır, bundan bir miktar enerji çeker ve bu bağlamda yönlendiriciler „parazitik ışıyıcı“ olarakta adlandırılır. Yagi antenlerin yönlendiricileri dalga kılavuzu olarak adlandırılan bir sistem oluştururlar ve uyartıcı (exciter) ile birlikte salınıma başlarlar. Fakat bu salınım aynı ritimde gerçekleşmez ve yayın yönünde bir miktar gecikir. Bu gecikme sadece yayılma süresiyle değil, aynı zamanda yönlendiricilerin uzunlukları ile belirlenen bir faz kaymasına sebep olur. Tınlaşım (resonance) uzunluklarındaki sapma, akımın faz kayma miktarına bağlı olarak, yönlendiricilerin kapasitif özelliklerini de etkiler. Eğer dipolun uzunluğu yayın alanının yarı dalga boyundan bir miktar daha kısa ise dipol kendi tınlaşım frekansının daha altında bir değerde çalışmaya başlar. Bu durumda empedans kapasitif karakterdedir ve akım, gerilimden yaklaşık λ/2 öndedir (leading). Tersi durumda, eğer dipol λ/2'den biraz daha uzunsa, indüklenen gerilimin akımı ve dolayısıyla elektrik alan kuvveti yaklaşık λ/2 kadar geride (lagging) kalır.

Yönlendirici, ışıyıcıdan bu gecikme süresi kadar uzağa monte edildiğinden, salınımı istenilen ışıma yönündeki ilk uyartıcıda hemen hemen aynı faz açısıyla binişir (superimposed). Bununla beraber, ters yöndeki ilave ışıyıcıların aralarındaki açıklıklardaki geçiş süre farkı (transit time difference), yayılma süresi farkına eklenir ve bu yöndeki iki kısmi ışıma birbirlerini karşılıklı olarak kısmen iptal ederler. Sadece kısmen: faz farkına göre eleman aralıklarının bir en uygun ayarlaması yapılsa dahi kayıpların önüne geçilemez ve yönlendiricinin ışıyıcı ile aynı genlikte salınması mümkün olmaz.

Resim 3: 3-elemanlı Yagi anten; yansıtıcı, ışıyıcı ve yönlendiriciye ait bireysel alanların binişmesi

Resim 3: 3-elemanlı Yagi anten; yansıtıcı, ışıyıcı ve yönlendiriciye ait bireysel alanların binişmesi

Sadece bu bir yönlendiriciden meydana gelen antenin kazancı 3 dBi kadardır, yani bir basit dipolde olduğu gibi, bu 2-elemanlı antenin istenen ışıma yönündeki kazancının neredeyse iki katıdır! Bir eleman ister yansıtıcı gibi, ister yönlendirici gibi çalışsın, bu elemanlar özellikle uzunlukları tarafından belirlenen reaktanslarına bağımlıdır. Endüktif karakterli yansıtıcı, salınımının faz açısını kapasitif davranış gösteren yönlendiricinin tersine olan yöne kaydırır. Sonuç olarak, bireysel salınımlar istenen yayın yönünde birbirlerine eklenir, ters yönde ise birbirini yok ederler.

Anten elemanlarının alanı bazen Dalga Kılavuzu Sistemi olarakta nitelenir. Bu sistem gönderilen işaretin fazını geciktirir. Bu faz gecikmesi sonucu salınım, yönlendiriciden yönlendiriciye ışık hızından bir miktar daha yavaş yayılır: Bu etki „Faz Hızı“ olarak adlandırılır. Bu Faz Hızı, antene bağlı olarak ışık hızının yaklaşık % 70 ila % 90 ı kadardır. İlave dipollerin, bir önceki dipolden yarı dalga boyundan biraz daha kısa bir mesafeye monte edilmesi ve daha kısa boyutlandırılmış olması gerekir. Yagi antenlere bu faz kaydırıcı bağlaşma özelliği nedeniyle Yürüyen Dalga Anteni de denilmektedir.

Resim 4: 8-elemanlı ve uyartıcı olarak 11 dBm ile beslenen katlamalı (folded) dipole sahip bir Yagi antenin 3-boyutlu anten çizgesi

Resim 4: 8-elemanlı ve uyartıcı olarak 11 dBm ile beslenen katlamalı (folded) dipole sahip bir Yagi antenin 3-boyutlu anten çizgesi.

Resim 5: Yagi anten grubu bulunan P-18 „Spoon Rest D” radarının anten kazancı G = 69