STANBUL TEKNK NVERSTES
FEN BLMLER ENSTTS
GEN BANDLI YAMA ANTEN TASARIMI
YKSEK LSANS TEZ Mh. pek TANSARIKAYA (504041339)
Tezin Enstitye Verildii Tarih : Tezin Savunulduu Tarih :
20 ubat 2007 18 Ocak 2007
Tez Danman : Dier Jri yeleri
Do.Dr. Seluk PAKER Do.Dr. Ali YAPAR Yar. Do. Dr. Berk STNDA
Ocak 2007
NSZ
Burada sunulan almann, yama antenlerin software ve lboratuar
desteiyle geni bandl olarak nasl tasarlanabileceini rnekler zerinde
gstermesi asndan tasarma yeni bir bak as getirdiini dnyor ve konu
ile ilgili aratrmaclara yararl olmasn diliyorum. Bu yksek lisans
tezinin bir proje formatnda hazrlanmasnda, tasarm aamasnn ve
labaratuvar lmlerinin gerekletirilmesinde yardm ve nerilerini
benden esirgemeyen tez danmanm sayn Do.Dr. Seluk PAKER` e, tasarm
aamasnda HFSS programn altrabileceim bilgisayar ortamn bulmama
yardmc olan ikinci danman hocam olarak nitelendirebileceim Y.Do.Dr.
Burak Berk STNDA a ve hayat boyu varlklaryla bana her zaman destek
olan aileme teekkr ederim. OCAK 2007 pek TANSARIKAYA
ii
NDEKLER NSZ NDEKLER KISALTMALAR TABLO LSTES EKL LSTES SEMBOL
LSTES ZET SUMMARY 1 MKROERT YAMA ANTEN YAPILARI 1.1 Giri 1.2
Mikroerit Yama Anten Hakknda Genel Bilgi 1.3 Mikroerit Yama
Antenlerin Band Genilii 1.4 Mikroerit Yama Antenleri Besleme
Teknikleri 1.5 Mikroerit Yama Antenlerin Uygulama Alanlar 1.6
Mikroerit Yama Anten Analizi 1.7 Transmisyon Hat Modeli 2 ANTEN N
KABLOSUZ A STANDARTLARINA GENEL BAKI 2.1 Giri 2.2 802.11 b Standart
ve zellikleri 2.3 802.11 a Standart ve zellikleri 2.4 802.11 g
Standart ve zellikleri 2.5 HIPER / LAN 2 2.6 WIMAX 3 GENBANDLI
MKROERT YAMA ANTEN TASARIM VE RNEKLER 3.1 Tasarm Program : HFSS 22
3.2 E eklindeki Yama Antenin Tasarm 27 3.3 1.9 - 2.4 GHz
Frekanslarnda Kablosuz Haberleme in E eklindeki Yama Antenin Tasarm
33 3.4 Beslemesi Deiiklie Uratlm L eklinde Olan Mikroerit Yama
Antenin Tasarm 38 3.5 CPW Beslemeli Yama Antenin Tasarm 45 SONULAR
KAYNAKLAR ZGEMiii
ii iii iv v vi ix x xii
1 1 3 4 7 8 10
18 18 19 19 20 21
52 54 56
KISALTMALAR CPW Non-TEM MIC RCS HFSS : : : : : Dzlemsel Dalga
Klavuzu Enine Elektromagnetik Mikrodalga Tmleik Devresi Radar Kesit
Alan Yksek Frekans Yap Simulatr
iv
TABLO LSTES
Sayfa No Tablo.1: eitli w genilikleri iin CPW beslemeli antenin
....51 performans tablosu; L=44mm, G=72 mm, r = 4.4, h=1.6 mm, wf =
6.37 mm, g=0.5 mm, l=22.5mm
v
EKL LSTES Sayfa No ekil ekil ekil ekil ekil 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
: Mikroerit Anten ve Koordinat Sistemi ...........2 : Mikroerit
Antenleri Besleme Teknikleri ....5 : Mikroerit iletim hatt
beslemeli, mikroerit 6 yama antenin geometrisi ve edeer devresi :
Dikdrtgen Mikroerit Yama ....... 10 : Yark geometrisi ve koordinat
sistemiyle... 11 mikroerit antenin ma yapan iki yark gibi
gsterilmesi. ekil 1.6 : (a) Ima yapan mikroerit elemana edeer devre
.....16 (b)Keyfi seilmi besleme noktasyla mikroerit yama ekil ekil
ekil ekil ekil ekil ekil 1.7 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6 :
Transmisyon hat eitliiyle koaksiyel beslemeli .17 mikroerit yama :
HFSS ile yaplan tasarm rnekleri .....23 : Geniband E eklindeki Yama
Antenin Geometrisi ...25 : E eklindeki Yama Antenin Geni Band
Mekanizmas.... 26 : Hesaplanan E eklindeki Geni Band Yama Antenin
...27 s11 Parametresi Grafii : lm yaplan E eklindeki Geni Band
Antenin s11......28 Parametresi Grafii : Tasarlanan E eklindeki
Geni Band Yama Antenin ....29 Kazan Grafii : Tasarlanan E eklindeki
Geni Band Yama Antenin .. 30 Smith Chart Grafii
ekil
3.2.7
vi
ekil 3.2.8 ekil 3.2.9
: 2.2 ve 2.45 GHz frekanslarnda alan E eklindeki ...... 30 Yama
Antenin stten fotoraf : 2.2 ve 2.45 GHz frekanslarnda alan E
eklindeki ...........31 Yama Antenin Yandan fotoraf
ekil
3.2.10
: 2.252.9 GHz frekans araln kapsayan Yama ......... 32 Antenin
s11 Parametresi Grafii
ekil 3.2.11
: E eklindeki Yama Antenin Kablosuz Haberleme .... 34 iin simule
edilen s11 Parametre Grafii
ekil 3.2.12
: Farkl Slot Uzunluklar iin Hesaplanan E ........ 35 eklindeki
Yama Antenin S11 Parametre Grafii
ekil 3.2.13
: Farkl Slot Pozisyonlar iin Hesaplanan E ..36 eklindeki Yama
Antenin S11 Parametre Grafii
ekil 3.2.14
: Farkl Slot Genilikleri (Ws) iin Hesaplanan ....37 E eklindeki
Yama Antenin S11 Parametre Grafii
ekil 3.2.15 ekil 3.2.16
: Tasarlanan L probe beslemeli antenin geometrisi .....39 :
Deitirilmi L-probe antenin S11 parametre grafii.......40 ( W= 55
mm, L=45 mm, Iw=10 mm, IL=30 mm, HFW=3 mm, HFL=10 mm, H= 10 mm, D=
3mm)
ekil 3.2.17 :Hesaplamas simule edilerek yaplan L-Probe
Beslemeli..41 Yama antenin S11 Grafii ekil 3.2.18 :lm yaplan
L-probe Beslemeli Yama Antenin S11..42 Grafii ekil 3.2.19 ekil
3.2.20 ekil 3.2.21 : Tasarlanan antenin kazan grafii....43 : L
Probe Beslemeli Yama Antenin stten Grn .........44 : L Probe
Beslemeli Yama Antenin Yandan Grn.....44vii
ekil 3.2.22 ekil 3.2.23 ekil 3.2.24 ekil 3.2.25 ekil 3.2.26
: L Probe Beslemeli Yama Antenin Beslemesinin....45 Grn : CPW
beslemeli karesel slot antenin geometrisi .....46 : Hesaplanan ve
llen prototip tasarmnn sonular......47 : Tasarm yaplan antenin
stten grn ......48 : Farkl boluklar (S) iin llen Smith Charttaki
giri empedans;L = 44mm,G = 72 mm, l= 22.5 mm, w= 32 mm,...49 r =
4.4, h=1.6 mm, wf = 6.37 mm, g=0.5 mm
ekil 3.2.27 : S11 parametre grafii (G = 72 mm, h= 16mm, L=44 mm,
......50 wf = 6.37 mm,gf= 0.5 mm,w=32 mm,l=22 mm)
viii
SEMBOL LSTES r J : dielektrik sabiti : dalga boyu : diren :
magnetik akm
ix
GENBANDLI YAMA ANTEN TASARIMI ZET Yama antenler; sahip olduklar
geometri, hafiflik, retim aamasndaki ucuzluk ve kolay
uygulanabilirlii nedeniyle, en popler anten tiplerindendir.
Gerekte, tm bu sistem, btn yanal yzeyi ak olan bir rezonatrdr.
Mikroerit yama antenlerin, anten yaplar iinde nemli bir gelime ve
yenilik salamasnn balca nedeni daha ok elektriksel olmayan
zelliklerinden kaynaklanmaktadr. Mikroerit yama antenler dk bir
profil ve arla sahiptir, mikrodalga tmleik devrelerine (MIC)
rahatlkla uyum salayabilir. Kk olmalarndan dolay ve devre
elemanlaryla ayn dielektrik katman paylaabilmeleri nedeniyle
kolayca entegre devre yaplara uyum salayabilir ve tanabilir
cihazlarn boyutlarn bytmezler. Eer malzeme ve fabrikasyon giderleri
engelleyici deilse sistem ok ucuza mal edilebilir. Elektriksel
performans, tel veya aklk gibi geleneksel anten sistemleriyle
karlatrldnda ise temel mikroerit antenler: `dar band genilii`,
`yksek besleme devre kayplar`, `dk apraz polarizasyon` ve `dk g
kontrol kapasitesi` gibi dezavantajlara sahiptirler. Bunlar
uygulama alanlarn ve aratrmalardaki performans kstlar. Ayrca
iletkeni destekleyen dielektrik alt tabakann varl nedeniyle,
mikroerit antenlerin analizini gereklemek zordur. Yakn zamanda
yaplmakta olan almalar analiz aamasnda; dikdrtgen ve dairesel
geometriler iin kullanlan transmisyon hat modeli, oyuk modeli, tam
dalga analizi gibi gelimekte olan uygulamalar zerine odaklanmtr.
Bir anteni tasarlarken, antenin geometrik ve fiziki
parametrelerinin etkileri: yama boyutu, alt tabaka ykseklii, yer
yzeyinin genilii ve bunlarn relatif bykl gibi zellikler gz nne
alnmaldr. Problarn yeri ve says, ilgili modlarn iddeti ve etkileri
zerinde etkilidir. Mikroerit antenler bir ok nemli zelliine ramen,
pek ok sistemde dar bandgenilii ile snrldrlar. Genel olarak, alt
katman kalnlatka ve dielektrik katsays dtke, band genilii
x
artar. Tezin amac: band geniliinin artrlabildii yama anten
rneklerini ortaya koymaktr. Tezin ilk blmnde mikroerit antenler
genel olarak incelenmi, ikinci blmnde kablosuz haberlemede
kullanlan ve tasarm iin nem kazanm olan standartlar incelenmi, nc
blmde ise prototipleri ve laboratuvar lmleri yaplm yama antenlerin
HFSS program kullanlarak nasl tasarland, band geniliklerinin hangi
parametrelere bal olduu grafiklerle gsterilmitir.
xi
WIDE BAND PATCH ANTENNA DESIGN SUMMARY
Microstrip antenna technology has been the most rapidly
developing topic in the antenna field in the last fifteen years,
receiving the creative attentions of academic, industrial, and
government engineers and researchers throughout the world. During
this period there have been over 1500 published journal articles,
five books and innumerable symposia sessions and short courses
devoted to the subject of microstrip antennas . As a result,
microstrip antennas have quickly evolved from academic novelty to
commercial reality, with applications in a wide variety of
microwave systems. In fact, rapidly developing markets in personal
communications systems (PCS), mobile satellite communications,
direct broadcast television (DBS), kablosuz local area networks
(WLANs), and demand for microstrip antennas and arrays will
increase even further. The basic microstrip antenna element is
comprised of a metal patch supported above a larger ground plane.
The patch is usually printed on a microwave substrate material with
relative permititivity in the range 2 to 10, but a variety of
materials may be used, depending on the application. Air or
low-density foam usually offer the lowest loss and highest
radiation efficiency, but higher permititivity substrates result in
smaller elements with broader radiation patterns. Microstrip
antennas have been successfully operated on GaAs (r = 12.8) as well
as LaAIO3 and other substrates commonly used for high Tc super
conductors (r = 20-25). Although rectangular and circular patches
are most common, any shape that possesses a reasonably well defined
resonant mode can be used, including ellipses, annular rings and
triangles. The shape of the patch can be used to obtain special
effects, such as circular polarization.
xii
Microstrip antennas have a low profile and are light in weight,
they can be made conformal and they are well suited to integration
with microwave integrated circuits (MICs). Although microstrip
antennas have proven to be a significant advance in the established
field of antenna technology, it is interesting to note that it is
usually their nonelectrical characteristics that make microstrip
antennas preferred over other types of radiators.
xiii
1. MKROERT YAMA ANTEN YAPILARI
1.1. Giri Mikroerit yama anten kavram ilk kez 1953 ylnda
Deschamps tarafndan ortaya atld. Daha sonra Gutton ve Baissinot bir
mikroerit antene patent almlardr. Buna ramen geni bir deer
aralndaki dielektrik sabitli, bakr ya da altnla kaplanm alt tabaka
iin fotogravr tekniklerinin, kullanlabilir sl ve mekanik
zelliklerinin, dk kayp oranlarnn gelitirilerek teorik modelleri
kadar iyi pratik antenler retilene kadar yirmi yl geti. Bunun balca
nedeni iyi dielektrik tabanlarn mevcut olmamasdr. Bu tabanlarn
geliimi ile mikroerit anten de hzl bir geliim iine girmitir. lk
pratik antenler 1970 lerin balarnda, Howel ve Munson tarafndan
gelitirildi. O zamandan beri, mikroerit antenlerin, hafiflik, kk
hacim, ucuzluk, yzeysel grn, bask devrelere uygunluk gibi saysz
avantaj kullanarak yaplan aratrma ve gelitirmeler; mikrodalga
antenlerinin geni alannda, mikroerit yama antenlerin ayr bir dal
olarak yer almasna ve deiik uygulamalara klavuzluk etmesine nc
olmutur [3]. 1.2. Mikroerit Yama Anten Hakknda Genel Bilgi ekil 1.1
de grld gibi, bir mikroerit antenin basit grn, alt tarafnda bir
toprak levhas bulunan dielektrik alt tabaka ile (2.2 r 12 ) dier
taraf stndeki nm yapan yamadan oluur [1]. Mikroerit anten,
mikroerit transmisyon hatlarnn bir uzants olarak dnlebilir. Bu
hatlar non-TEM (Enine elektromagnetik) dalgalarn iletimine imkan
salar.
1
ekil 1.1. Mikroerit Anten ve Koordinat Sistemi Genelde anten
yapsnn yama ve toprak ksm bakrdr. Dielektrik taban ise ok geni bir
aralkta dalgalanan zelliklere sahip istee gre seilen yaltkan bir
malzemedir. Yama ksm ve toprak ksm birlikte bir iletim hatt
oluturarak quasiTEM dalgalarla oluan enerji iin klavuz grevi
grrler. Dielektrik malzemenin kalnl genellikle 0.005 cm ile 0.635
cm arasnda deiir. Mikrodalga devreleri iin alumina, quartz, PTFE
gibi malzemeler kullanlr fakat bunlar pahal olduklar iin genellikle
tercih edilmezler. Yksek frekanslarda entegre devrelerle
birletirilme kolayl salamak amacyla FR-4 malzeme kullanlr. Tezdeki
her tasarm iin de bu malzemeden yararlanlmtr. Bakr yamann kalnl
genellikle 0.035 mm ile 0.070 mm arasnda deiir. Dielektrik
tabanlarn elektriksel zellikleri dielektrik sabiti ve kayp tanjant
ile belirlenir. Bu kayp tanjant ne kadar byk olursa anten verimi de
o derece dk olur. Bu nedenle ou zaman dk tanjantl malzemeler tercih
edilir [ 2 ]. Gerekte, tm bu sistem, btn yanal yzeyi ak olan bir
rezonatrdr. Mikroerit antenlerden radyasyon, toprak levhas ve
mikroerit anten iletkeninin kenar arasndaki saak alanlarndan
yaymlanr. Snr art, ilk yaklaklkla, ak alan yanal yzeydeki teetsel
Magnetik alan bileenlerinin sfr olmasdr. Bylece,2
herhangi bir mod iin, alan bileenleri ifade edilebilir.
Rezonatr, uygulamada bir mikroerit hatla beslendiinden, iinde alt
ve st plakalara dik bir Elektrik alan bileeni vardr. Yani bu
dorultu esas alnarak bulunacak zm bir TM modudur. Uzaya nlanan
alan, rezonatrn evresindeki alanlar tarafndan oluturulur. Bu
sebepten, bu alanlarn, hassas bir zmle ifadesi gerekir [1] , [3].
Mikroerit yama antenlerin, anten yaplar iinde nemli bir gelime ve
yenilik salamasnn asl nedeni daha ok elektriksel olmayan
zelliklerinden kaynaklanmaktadr. Mikroerit yama antenler dk bir
profil ve arla sahiptir, mikrodalga tmleik devrelerine (MIC)
rahatlkla uyum salayabilir. Kk olmalarndan dolay ve devre
elemanlaryla ayn dielektrik katman paylaabilmeleri nedeniyle
kolayca entegre devre yaplara uyum salayabilir ve tanabilir
cihazlarn boyutlarn bytmezler. Eer malzeme ve fabrikasyon giderleri
engelleyici deilse sistem ok ucuza mal edilebilir. Elektriksel
performans, tel veya aklk gibi geleneksel anten sistemleriyle
karlatrldnda ise temel mikroerit antenler: `dar band genilii`,
`yksek besleme devre kayplar`, `dk apraz polarizasyon` ve `dk g
kontrol kapasitesi` gibi dezavantajlara sahiptirler. Detayl aratrma
ve gelitirmeler bu engellerin ounun temel mikroerit elemanlar
zerine yaplabilecek eklemeler ve deiikliklerle yok edilebileceini
veya en azndan azaltlabileceini gsterdi. Yama antenlerin baz temel
zellikleri; dk profil form faktr, dk arlk, yksek olmayan dzlemsel
devrelere kolay maliyetler, yerleme yaps bakmndan uyumluluk,
entegrasyon, dorusal ikili ve dairesel polarizasyon
yetenei ve ok ynl besleme geometrileridir. Yama antenlerin tm bu
zelliklerine ramen, bu teknolojinin en kstlayc yan temel mikroerit
elemanlarn band geniliidir [4] . 1.3 Mikroerit Yama Antenlerin Band
Genilii Dipol, yark ve dalga klavuzu anten elemanlarnn altklar band
genilikleri %1550 arasnda deiirken, geleneksel mikroerit yama
elemanlarnn ok dk yzdeli bir band genilii empedans vardr. Alt
katman kalnlatka ve dielektrik katsays dtke band genilii artar. Her
iki eilim de yama akmnn alt katmandaki toprak dzlemindeki negatif
grntsnn yaknl nedeniyle rezonatrn artan Q` suyla aklanabilir. Band
genilii iin, dk dielektrik sabitli3
kaln bir anten alt katman kullanmak tercih edilir. Ancak endktif
ykleme ve dzlemsel mikroerit devrelerden gelebilecek sahte malar
nedeniyle bir mikroerit anten alt katmannn kalnl 0.02 veya daha
dktr. Temel elemann band geniliinin snrl olmas, son 15 ylda yaplan
aratrma ve gelitirme almalar sonunda mikroerit anten band
geniliinin ykseltilmesi iin bir ok tekniin olumasna yol at, bylece
%10-40lk empedans band genilii alabildi. Mikroerit anten band
geniliinin gelitirilmesine ynelik dzinelerce teknik bulunmutur ve
bunlar kanonik yaklama gre kategorize edebiliriz: uyum devreleri
kullanarak empedans uydurma, ylm veya parazitik elemanlarla ikili
rezonanslar, kaypl elemanlar ekleyerek verimi drme [4]. 1.4
Mikroerit Yama Antenleri Besleme Teknikleri Mikroerit yama
antenlerin pek ou, dielektrik alt tabakann bir yznde nm yapan
elemanlara sahiptirler, bu nedenle mikroerit hatla ya da koaksiyel
bir hatla beslenebilir. Besleme yntemi antenin giri kablo empedansn
ile ve polarizasyonunu belirler. Dzlemsel bask devre antenleri
beslemek iin adet genel yntem vardr. Bunlardan birincisi koaksiyel
beslemektir. Koaksiyel beslemenin avantaj antenin giri empedansna
kolay uydurulmas ve paterni bozabilecek parazitik yaylmn en az
seviyede olmasdr. kinci yntem mikroerit hatlarla besleme devresi
kurmaktr. Parazitik yaylm fazla olmasna ramen bu yntem kolay
retilmesi nedeniyle tercih edilir. nc metod ise ayrk kuplaj
metodudur. Besleme tekniklerini biraz daha aacak olursak: Yaylm
besleme devresinden ayr tutulduu iin ilk iki yntemin avantajlarn
ierir. Besleme hatt ve anten arasnda genellikle bir uydurmaya
gereksinim duyulur, nk anten giri empedans, allm 50 luk hat
karakteristik empedansndan farkldr. Uydurma, besleme hattnn yerinin
uygun ekilde seilmesiyle yaplabilir. Yine de beslemenin yeri ma
karakteristiine etki edebilir. Mikroerit ve koaksiyel beslemeler
iin, Green fonksiyonu teknii, besleme yerinin etkisinin hesaplanmas
iin kullanlabilir. ekil 1.2de mikroerit antenlerin belli bal
besleme teknikleri verilmitir [3]. Besleme hattnn miktar rezonansta
empedans seviyesini kontrol eder. (Empedans denetimi iin koaksiyel
prob beslemesinin yerletirilmesine benzer bir ekilde.)
4
Bu elemann edeer devresi mikroerit besleme hattnn yakn alan
etkisini temsil eden seri endktans + paralel RLC rezonans
devresidir.(Ayn edeer devre probe -beslemeli mikroerit antenler iin
de uygulanabilir. Probe ve hat besleme, alann edeer elektrik akm ve
yama (patch) rezonatrn ayn yndeki elektrik alan arasndaki kuplajdan
yama elemann uyarr. Bu, yamann merkezinin altnda bir maksimuma
sahiptir. Mikroerit antenin bir mikroerit iletim hattyla
beslenebilmesi, elemann bir diziyle veya aktif devreyle
tmletirilmesinde zellikle
ekil 1.2. Mikroerit Antenleri Besleme Teknikleri yararldr.
Dorudan temasl koaksiyel prob ve mikroerit hat beslemeleri basitlik
gibi bir avantaja sahiptirler fakat baz dezavantajlar da vardr. nce
bir alt tabakadan dolay bandgenilii snrlanmtr. Buna ek olarak, bu
beslemelerin Elektrik alan dzlemindeki asimetrisi apraz
polarizasyona neden olan yksek dereceli modlar retmektedir.
Koaksiyel besleme durumunda, lehimleme gereksinimi gvenirlilii
drebilir ve ok sayda eleman kullanlyorsa maliyet artabilir.
5
ekil 1.3. Mikroerit iletim hatt beslemeli, mikroerit yama
antenin geometrisi ve edeer devresi . Bir mikroerit anten elemann
deiik ekillerde, temas etmeyen, beslemeleri kullanarak da beslemek
mmkndr. ekil 1.3.de gml mikroerit iletim besleme hattn barndran 2
katmanl bir alt tabakaya sahip yaknlk (proximity) beslemesi
grlmektedir. Ima yapan yama, mikroerit besleme hattnn zerine
yerletirilmi bir alt tabakann tepesinde bulunmaktadr. Besleme hatt
yamann altnda ak devre yan hatla sonlandrlmaktadr. Yaknlk
(proximity) kuplaj literatrde elektromanyetik kuplaj olarak da
adlandrlmaktadr fakat bu terim, tm besleme yntemlerinin rahatlkla
elektromanyetik olarak snflandrlabilecei dnlrse, daha az aklayc
olmaktadr. Yaknlk kuplaj yamann, nispeten kaln bir alt tabakann
zerine yerletirilmesine imkan verme avantajna sahiptir. Bu band
geniliini iyiletirmektedir. Ayrca besleme hatt daha ince bir alt
tabaka grmektedir. Bu da sahte ma ve kuplaj azaltmaktadr.
Fabrikasyon, tek tabaka koaksiyel veya hat beslemesinden daha
zordur. Bunun nedeni ban (bonding) ve 2 alt katmann
birletirilmesini gerektirmektedir[5].
6
1.5
Mikroerit Yama Antenlerin Uygulama Alanlar Mikroerit yama
antenler, allm mikrodalga antenlere gre eitli
avantajlara sahip olduundan pek ok uygulamas 100 MHz 50 GHz
frekans aralndadr. Mikroerit antenlerin, allm mikrodalga
antenlerine gre belli bal avantajlarndan bazlar unlardr: -Hafiflik,
kk hacim ve dk profilli yzeysel grnme sahiptir . -Dk retim
maliyeti, ktlesel retim kolayl vardr. -nce yaplabilir, bundan dolay
tayc uzay aralarnn aerodinamiini bozmaz. -Antenler, byk deiiklikler
olmadan fze, roket ve uydulara kolayca monte edilebilir. -Bu
antenlerin RCS alan ( Radar Cross Section ) dktr. -Besleme yerinde
kk deiikliklerle dorusal ya da dairesel polarizasyon yaplabilir.
-Mikroerit yama antenler modler tasarma uygundur ( Modlatrler,
deiken zayflatclar, anahtarlar, osilatrler, kuvvetlendiriciler,
kartrclar, faz kaydrclar gibi yar iletken elemanlar dorudan anten
alt tabaka katna Bunlarla birlikte mikroerit antenler karlatrldnda
u dezavantajlara sahiptir: -Bant genilikleri dardr. -Kayplar
nedeniyle kazanlar dktr. -Maksimum kazancn pratik snrlar yaklak 20
dB dir. -Ima yapan elemanlar ve besleme arasndaki yaltm zayftr.
-Boyuna dizi ma performans zayftr. -Mikroerit antenlerin ou yarm
bir uzaya ma yaparlar. Pek ok pratik tasarm iin, mikroerit
antenlerin antenlerin avantajlar, pek ok eklenebilirler ).
antenleriyle mikrodalga
dezavantajlarna gre daha ar gelir. Aratrma ve gelitirmelerin
srmesi ve mikroerit anten uygulama iin kullanmnn artmasyla ,
mikroerit allm antenlerin yerine eninde sonunda gemesi
beklenebilir.
Mikroerit antenleri ieren belli bal baz sistem uygulamalar
unlardr:
7
-Kablosuz Sistemler, -Uydu haberlemesi, -Silahlarn otomatik
atelenmesi, -Biomedikal nlayc, -evresel enstrmantasyon ve uzaktan
alglama. Mikroerit antenlerin imkanlarnn fark ediliinin artmasyla,
bu
uygulamalarn says artmaya devam edecektir [ 3 ]. 1.6 Mikroerit
Yama Anten Analizi Mikroerit anten, geni toprak alan zerinde, arada
dielektrik madde ile desteklenmi metal paradan oluur.
Elektromagnetik dalga, st paradan topraa dielektrik madde iinden
geerek saaklanr. Saaklanma alan sonucunda topraktan geri yansyan
dalga bolua yaylr. Mikroerit antenler ince profilli, hafif, ucuz,
her trl yzeye uygun ve kolay retilebilir olmalar nedeniyle ok ynl
uygulama alanlarna sahiptir. zellikle mobil uydu haberlemesinde alc
anteni olarak tercih edilir. Bu antenlerin en byk avantaj dar bandl
ve dk kazanl olmalardr. Anten bandgenilii, antenin etkili alt
frekans spektrumu olarak aklanr. Saysal olarak ifade etmek iin
antenin tasarland frekans aralndaki duran dalga oran l alnr. Ticari
anten tasarmlarnda anten band genilii, duran dalga orannn 1.5:1
snrn amad aralk olarak nerilir. Klasik bir mikroerit anten, merkez
frekansnn %2-3 kadar bir band geniliine sahiptir. bir kiisel uydu
haberleme sisteminde kullanlan 1.5 ve 1.6 GHz spektrum bandnda ayrm
% 7 dir. Byle bir antenin, hem uydu gnderme hem de alma bandlarnda
ilevsel olmas mmkn deildir. rnek olarak L-bandnda alan artrmak iin
bir ok teknik kullanlr. Bu tekniklerden birisi dielektrik maddenin
kalnln arttrmaktr. Bu yntem, ayn zamanda anten ve besleme hatlarnn
boyutunun da artmasn gerektirdiinden ancak baz zel uygulamalarda
tercih edilir. Bandgeniliini gelitiren bir dier popler yntem ise
anten zerine uygun boy ve genilikte yarklar amaktr. Bu yntem ayn
zamanda anten boyutlarnn azaltlmas iin de kullanlan bir yntem
olduundan uygun tasarlanan bir antenle birok avantaj elde edilir.
Mikroerit antenleri analiz etmek iin de pek ok metot vardr. En
yaygn olan8
modeller: transmisyon
hat modeli, rezonatr modeli ve tam dalga (full wave) hesaplama
zordur.
modelidir. Transmisyon hat modeli, dier modellerden daha az
uygun sonulara ulatrr, ancak bu yntemle kuplaj modellemek
gerektirir, bu yzden incelikleri daha azdr; pek ok mhendislik
uygulamas iin Transmisyon hat modeli ile rezonatr modelini
karlatrdmzda; rezonatr modeli daha hassas hesaplamalar gerektirir,
bununla birlikte iyi fiziksel yaklamlar verir, ancak kuplaj
modellemek bu yntemde daha zordur. Tasarm uygulamalarnda bavurulan
bir dier modelleme olan tam dalga modellemesi ok ynldr; tek
elementlere, sonlu ve sonsuz dizilere ve kuplaja uygulanabilmesine
ramen en kompleks model olmas ve fiziksel yaklamlarnn doruluunun ok
iyi olmamasndan dolay kullanm pek yaygn deildir. Mikroerit
antenler, allm mikrodalga antenlerine gre daha ok fiziksel
parametre ile karakterize edilebilir. Mikroerit yama antenler
herhangi bir geometrik ekil ve boyutta olabilirler. Buna ramen tm
mikroerit antenler temel kategoriye ayrlabilirler: Mikroerit yama
antenler, mikroerit yryen dalgal antenler ve mikroerit yark
antenler. En basit mikroerit anten, yama biimi ekil 1.4.de grlen,
kukusuz arkasnda toprak levhas olan ince bir dielektrik alt tabaka
stndeki iletkenden oluan temel anten elemanyla dikdrtgen mikroerit
antendir. En yaygn olarak kullanlan konfigurasyondur.Yapnn sadelii,
dikdrtgen mikroerit antenin nm karakteristiini saptamak iin ok
sayda deneme ve aratrmaya yol gstermitir. Bu en basit mikroerit
anten yapsn incelemek amacyla bu blmde setiimiz model, transmisyon
hat modelidir [ 3 ].
9
ekil 1.4. Dikdrtgen Mikroerit Yama
1.7 Transmisyon Hat Modeli Transmisyon Hat Modeli daha nceden de
sylendii gibi dier modellerden daha az hesaplamay gerektirir. Model
zellikle, sadece dikdrtgen ya da kare yama geometrilerine
uygulanabilir olduundan kendine has kusurlarnn olmas kanlmazdr.
Buna ramen analiz, ma mekanizmasnn karakteristik eldesi iin bile
basit ifadeler verebildiinden ou zaman tercih edilir. Mikroerit ma
eleman, enine alan deiimi olmayan hat rezonatr gibi tahlil
edilebilir. Alanlarn deiimi genellikle yarm dalga boyunda olan
uzunluk boyunca olur ve ak devre sonundaki saaklanma alanlarnda
esas ma oluur. Inlayc, x-y dzleminde aralarnda L kadar uzaklk
konularak yerletirilmi iki yark gibi gsterilebilir. (ekil 1.5.)
10
ekil 1.5. Yark geometrisi ve koordinat sistemiyle mikroerit
antenin ma yapan iki yark gibi gsterilmesi. Her iki yark da, bir
magnetik dipol gibi aadaki magnetik akmla ayn alan yaymlarlar :
Bu denklemde, 2 arpan toprak levhas civarndaki Jnin pozitif
grntsnn gerekliliini ortaya karr, V0 yarn geniliince x ekseni
dorultusunda sabit olan gerilim, h ise tabakann kalnldr. Tek bir
yark iin, orjinden r uzaklktaki bir yerde uzak alan :
yazlabilir.11
Oysa H dzlemi diyagram L`den bamszdr ve (1.1) eitliiyle verilir.
Yaymlanan g, yar kre stndeki Poynting vektrnn gerel ksm integre
edilerek bulunabilir ve h
