Mikroşerit Yama Anten ve Uygulama Alanları

Kablosuz haberleşme sistemlerindeki gelişmeler antenlere duyulan ihtiyacı her geçen gün artırmaktadır. Bu ihtiyaç doğrultusunda anten teknolojileri sürekli gelişim ve iyileştirme sürecindedir. Daha az yer kaplayan, daha fazla menzili olan tasarımlar üzerinde çalışılmaktadır. Bu yazımızda, küçük boyutları gereği oldukça az yer kaplayan ve birçok alanda kullanılan mikro şerit anteni tanıyacağız.

A- A+

05.01.2019 tarihli yazı 17780 kez okunmuştur.

Anten Nedir?

Anten, elektromanyetik dalgaları gönderebilen ve alabilen sistem ya da sistemlerdir. Belli frekans değerlerinde haberleşme veya bilgi taşımak için kullanılırlar. Hem alıcı hem de verici olarak kullanılabilirler. Üzerinde uygulanan elektrik enerjisini elektromanyetik dalgaya çevirene verici anten, kendisine iletilen elektromanyetik dalgayı elektrik enerjisine çevirene alıcı anten denir.

Antenler, uygulama alanlarına, ışıma özelliklerine, yapısal özelliklerine göre sınıflandırabilir. Dipol anten, monopol anten, huni anten, mikro şerit anten, Yagi-Uda anten; yapısal sınıflandırma içinde yer alan farklı tipteki antenlerdir.

Mikroşerit Anten Nedir?

Mikroşerit anten teknolojisinde gelişmeler 1970’li yıllarda başlamıştır. 1980 yıllarında gelindiğinde ilk örnekleri üretilmeye başlanmış. Günümüzde baskı antenler olarak, fotolitografi teknikleri ile üretilmektedirler.

Basit bir mikroşerit yama anten; iletken bir yama, yer düzlemi ve bunların arasında bulunan belirli bir dielektrik sabitine sahip alt katmandan oluşur.

►İlginizi Çekebilir: Antenler ve Çeşitleri

Üst yüzeyde bulunan yama bakır ya da altın gibi iletken malzemelerden yapılır. Kullanılacak iletkenin geometrik şekli tasarım özelliklerine göre değişebilir. Kare, dikdörtgen, elips, halka vb. şekillerde kullanılabilir.

►İlginizi Çekebilir: Mitsubishi Deniz Suyundan Anten Geliştirdi

Yamanın uyarılması, enerjilenmesi için iletim hattı beslemesi veya koaksiyel besleme veya kuplaj açıklı besleme kullanılır. Besleme noktasının konumları ve boyutları, tasarım ve formülasyonlara göre değişir.

Mikroşerit yama antende, iletken yamanın uyarılması ile, yamanın kenarlarından yer düzlemine doğru bir elektromanyetik dalga hareketi olur. Yer düzleminden yansıyan dalgalar ise boşluğa yayılır. Yamaların kenarlarında meydana gelen saçaklanma olayına ‘fringing effect’ denir. Antenin ışıma yapması saçaklanma olayına bağlıdır.

►İlginizi Çekebilir: Nano Antenler Kuantum Bilgisayarların Gelişiminde Büyük Rol Oynayacak

Enerjilenen yama, açık devre gibi davranarak alt katman içinden toprak zemine doğru elektromanyetik dalga gönderir. Köşelerinden saçaklanan dalgalar asıl ışımayı yaparlar. Yamaya dik olan dalgalar birbirini sönümler ve ışıma yapmazlar.

►İlginizi Çekebilir: Kablolarda Kullanılan İletken Tipleri ve Özellikleri

Düşük dielektrik sabitli alt katman kullandığımızda saçaklanan dalgalar ‘eğrileşecek’ ve yamadan daha uzağa uzanacaklar. Böylelikle de daha iyi ve daha fazla ışıma gerçekleşecektir. Tersine yüksek dielektrik sabitli alt katman kullanıldığında daha az aşıma meydana gelecektir. Genelde antenin tasarımı yapılırken dielektrik sabitinin 2.2 ile 12 arasında olması tercih edilir.

Alt katman için önemli bir diğer parametre ise tanjant kaybıdır. Tanjant kaybı, dielektrik kaybı anlamına gelmektedir ve frekans ile artmaktadır. Yüksek verimli bir anten için düşük tanjant kaybına sahip alt katman kullanmak gereklidir.

►İlginizi Çekebilir: Kuru Tip Trafolarda Güç Faktörü Testi

Anten Parametreleri

1. Giriş Empedansı: Z_in olarak ifade edilen giriş empedansı, antenin besleme noktasındaki empedansını temsil eder. Karışık bir sayı değeri vardır ve frekansa bağlıdır.

Zi_n=R_in + j X_in

2. Yansıma Katsayısı, Geri Dönüş Kaybı ve Gerilim Duran Dalga Oranı (VSWR): Antende giriş empedansı ile besleme hattı karakteristik empedansı aynı olmalıdır. Besleme hattı için genellikle gerçek değeri 50 Ω olan kablo kullanılır. Empedansın sanal kısmının ise sıfıra yakın olması istenir. (Kayıpları önlemek amacıyla) Giriş empedansı 50Ω değerini aldığında eşitlik sağlanacak ve geri yansıyan sinyal olmayacaktır. Ancak bu sadece teoride geçerlidir. Pratikte yüzde yüz eşleşme sağlanamamaktadır.

Aşağıdaki formül, yansıma katsayısını yani; antenden çıkan dalgaların geri yansıma oranını verir. (Zin: giriş empedansı, Zo: iletim hattı karakteristik empedansı)

Teoride yansıma katsayısının sıfır değerini alması, antenden çıkan her dalganın diğer kaynağa kayıpsız ulaştığı anlamına gelir. Bu da verimin %100 olmasıdır. Ancak %100 verime ulaşmak kayıplar, parazitler nedeniyle mümkün değildir.

RL, geri dönüş kaybını yani antene gönderilen enerjinin ne kadarının geri döndüğünü gösterir. İyi tasarlanmış antenlerde bu kayıp -10 db ve altında olmalıdır.

Gerilim duran dalga oranı (VSWR) ise iletim hattının üzerindeki maksimum gerilimin, minimum gerilime oranıdır. Giriş empedansı ile iletim hattının karakteristik empedansının uyumluluğunu gösterir.

3. Işıma Örüntüsü: Antenlerin ışıma örüntüsü yaydıkları gücün dağılımını gösteren modellerdir.

►İlginizi Çekebilir: Hawking Işıması Nedir?

4. Yönlülük: Antenlerde yönlülük belirli bir yöndeki ışımanın o yöndeki izotropik anten ışımalarına göre karşılaştırılmasıdır. (İzotropik anten her yöne eşit miktarda ışıma yapabilen anten, bir nevi ideal antendir.)

5. Kazanç: Anten kazancı, antenin ışımasının ideal yani izotropik antenin aynı miktarda enerji verildiğinde yaptığı ışımaya oranıdır. Kazanç ne kadar yüksekse yönlülüğü o kadar fazladır ve izotropik anten olmaya o kadar yakındır.

6. Verimlilik: Antene verilen enerji ile harcanan yani sinyale dönüşen enerjinin oranıdır. Antenlerde kullanılan malzemeler ısıl kayba neden olduğu için verimlilik hiçbir zaman %100 olamaz.

7. Kutuplanma: Antenler elektrik alanlarının yayılma yönü bakımından gruplara ayrılırlar. Dikey kutuplanmada elektrik alan dikey yayılım yapar. Yatay kutuplanmada elektrik alan yatay yayılım yapar. Dairesel kutuplanmada ise dikey ve yatay kutuplanma aralarında 90 derece olacak şekilde birlikte yayılım yaparlar.

8. Bant Genişliği ve Frekans: Antenlerin belirli bir çalışma rezonans frekansları vardır. Bu merkez frekans ve belirlenen bant genişliği kapsamı dahilinde dalgalar yayılım yaparlar. Bu frekans alanlarının dışında çıkılırsa elektromanyetik dalgalar yakalanamaz. Mikro şerit antenler 500 MHz’ den 50 GHz’ e kadar geniş bir frekans aralığında tasarlanabilir, çalışabilir.

Mikroşerit Antenin Avantajları

►Küçük boyutları ve hafifliği
►İnce yapısıyla kullanılacakları, birleştirilecekleri yapıları bozmamaları
►Düşük güç tüketimi
►Doğrusal (dikey veya yatay) ve dairesel kutuplanma özelliğine sahip olmaları
►Çift frekans uygulamalarında kullanılabilmeleri
►Çeşitli geometrik şekillerde yamaların kullanılabilmesi

Mikroşerit Antenin Dezavantajları

►Dar bant genişliğine sahip olmaları (Yaklaşık olarak % 1-5 oranlarında)
►Kazançlarının düşük olması
►Kayıplarının fazla olması

Mikroşerit Antenin Kullanım Alanları

►Uzay endüstrisi (uydu görüntüleme sistemleri)
►Kablosuz haberleşme alanı (Bluetooth, WLAN, Wi-Fi)
►Askeri telsiz ve ekipman sistemleri (Füze sistemleri, akıllı silah uygulamaları)
►GPS ve GSM uygulamaları