Işıma Şiddeti (Radiation Intensity)

Işıma Şiddeti (Radiation Intensity)
Bir antenin birim katı açıdan yaydığı güçtür
U=Işıma şiddeti [W/sr]
Por=Işıma yoğunluğu [ W/m2]
Örnek-4
Bir antenin güç yoğunluğu
Olarak verildiğine göre, ışıyan toplam gücü ışıma şiddetini
hesaplayarak bulunuz.
Işıma Şiddeti
Işıyan Toplam Güç
Not
!
Nokta kaynak için U, θ ve  açılarından bağımsızdır.
İzotropik kaynağın ışıma şiddeti;
Yönlülük ve Maksimum Yönlülük
Bir antenin yönlülüğü; “antenin belli bir yöndeki ışıma şiddetinin,
referans antenin ışıma şiddetine oranı “ şeklinde tanımlanır. Referans
anten olarak izotropik kaynak yani tüm yönlü anten seçilir.
Maksimum Yönlülük:
D
:Yönlülük (Boyutsuz)
U : Işıma şiddeti (W/birim katı açı)
D0 : Maksimum Yönlülük(Boyutsuz)
Umax: Maksimum ışıma şiddeti (W/birim katı açı)
U0 : İzotropik kaynağın ışıma şiddeti (W/birim katı açı)
PT : Toplam ışıma gücü (Watt)
Örnek-5
Işıma güç yoğunluğu örnek-3’de verilen antenin maksimum yönlülüğünü
bulunuz
Maksimum ışıma θ=/2 yönünde olur
Örnek 3’de toplam ışıma gücü
olarak bulunmuştu
Maksimum
Yönlülük
Yönlü açıların fonksiyonu olarak yönlülük:
Işıma şiddeti yalnızca ’nın fonksiyonu olduğu için;
Örnek 6:
Bir antenin güç yoğunluğu
ise antenin maksimum yönlülüğünü bulunuz.
Antenin yönlülüğü ise;
(Yönlü açıların
fonksiyonu olarak):
Örnek 6:
•
•
•
Örnek 4 ve 5 yorumlamak için
her iki örneğe ait ışıma
şiddetlerini çizdirdik (yanda).
Şekilden her iki antenin yatay
düzlemde yönsüz, örnek 5’te
antenin 4 e göre düşey
düzlemde daha yönlü olduğu
anlaşılmaktadır.
Yönlülük ışıyıcının enerjiyi belli
bir yönde ne kadar iyi
yönlendirdiğinin bir ölçüsü
olduğundan dolayı örnek 5’in
yönlülüğünün 4 ‘den daha iyi
olduğu anlaşılır.
Anten Verimliliği
Antenin uzaya yaydığı güç besleme gücünden küçük olduğundan e 0<1’dir.
Bunun nedeni anten ve iletim hattındaki kayıplardır. Bu kayıplar;
1) Anten ile iletim hattı arasındaki uyumsuzluktan
2) R.I2 biçimindeki iletkenlik-yalıtkanlık kayıplarından ileri gelir.
Genel olarak toplam verim;
olarak yazılabilir.
eiy : iletkenlik-yalıtkanlık verimi
ey : yansımaya ilişkin verim
 : Anten giriş uçlarındaki yansıma katsayısı
Hatırlatma
Kazanç
Besleme güçleri eşit iki antenin ışıma şiddetlerinin oranı, birinci
antenin ikinci antene göre kazancı olarak tanımlanır.
İkinci anten izotropik bir izotropik kaynak ise;
Pin=Antene verilen besleme gücü
Örnek 7
Kayıpsız yarım dalga boyu dipol antenin giriş empedansı 73Ω, bağlı
olduğu iletim hattının karakteristik empedansı 50 Ω’dur. Antenin
maksimum kazancını bulunuz. Antenin ışıma şiddeti ifadesi yaklaşık
olarak aşağıdaki gibidir.
Öncelikle antenin yönelticiliğini hesaplayalım
Şimdi verimliliğini hesaplayalım
Kayıpsız !
Polarizasyon (Kutuplanma)
•Antenden ışınan elektromanyetik
dalganın polarizasyonu, anten
polarizasyonu diye isimlendirilir. Üç tip
polarizasyon vardır;
1.Doğrusal polarizasyon
2.Dairesel polarizasyon
3.Eliptik polarizasyon
Doğrusal polarizasyon
Eğer bir zaman harmonik dalganın uzayda verilen bir noktada elektrik alan (veya
manyetik alan) vektörü, zamanla da,maaynı düz çizgi boyunca yönleniyorsa bu
dalga doğrusal olarak kutuplanmıştır (polarize olmuştur).
Yatay
Vertical
Dairesel polarizasyon
• Eğer bir zaman harmonik dalganın uzayda veren bir noktada elektrik
alan (veya manyetik alan) vektörü, zamanın fonksiyonu olarak bir daire
çiziyorsa bu dalga dairesel polarize olmuştur.
Dönme saat yönlü,
Sağ El Dairesel Polarizasyon
Dönme saat yönü tersi,
Sol El Dairesel Polarizasyon
Eliptik polarizasyon
• Eğer bir zaman harmonik dalganın uzayda veren bir noktada elektrik alan
(veya manyetik alan) vektörü, zamanın fonksiyonu olarak eliptik bir şekil
izliyorsa bu dalga eliptik polarize olmuştur.
• Eğer dönme saat
yönlü ise sağ el
eliptik polarizedir.
• Eğer dönme saat
yönü tersinde ise sol
el eliptik polarizedir.
Düzlem Dalgaların Kutuplanması
İki doğrusal kutuplanmış dalganın üst üste bindirilmesini düşünelim. Biri x- yönünde kutuplanmış
diğeri de y- yönünde kutuplanmış ve zaman fazında 90 derece (veya /2 radyan) gecikmeli
olsun. Fazör gösterimi;
Burada
ve
E’nin anlık ifadesi ise;
bu iki doğrusal kutuplanmış dalganın genliğini gösteren reel sayılardır.
Düzlem Dalgaların Kutuplanması
Eğer E2(z) ve E1(z) uzayda dik ama zamanda eş fazlı ise E’nin z=0’daki ifadesi aşağıdaki gibi
olur.
Vektörün ucu t=0 iken P1 noktasında olacaktır. t açısı /2’ye doğru artarken vektörün
büyüklüğü sıfıra doğru azalacaktır. E Doğrusal Kutuplanmıştır.
y
P1
E20
x
E10
P2
AXIAL RATIO - AR
Polarizasyon kayıp faktörü
Genelde, alıcı antenin polarizasyonu gelen dalganın polarizasyonu ile aynı olmaz. Bu durum
genelde “polarizasyon uyumsuzluğu” şeklinde ifade edilir ve güç kaybına neden olur. Gelen
dalganın elektrik alanı aşağıdaki gibi yazılabilir.
: Dalganın birim vektörü
Alıcı antende alınan elektrik alan:
: alınan dalganın birim vektörü
Polarizasyon kayıp faktörü , (Polarization Loss Factor –PLF)
Örnek 8:
= ̂
( , )
ile verilen doğrusal kutuplu bir elektromanyetik
dalganın elektrik alanı bir
= ̂ + ̂
( , , ) elektrik alan
kutuplanmasına sahip doğrusal kutuplu bir anten üzerine düşüyor.
PLF polarizasyon kayıp faktörü bulunuz.
Gelen dalga için;
Anten için ; ̂ =
PLF ise;
dB cinsinden ise;
̂ = ̂
̂ + ̂
= ̂ . ̂
PLF (dB)=10logPLF(boyutsuz)=-3 dB
1
=
2
Açıklık Antenler için polarizasyon kayıp
faktörleri
Tel Antenler için polarizasyon kayıp
faktörleri
Anten Etkin Yüzeyi
Etkin yüzey sadece alıcı antenler için, “yüke aktarılan gücün
antene gelen güç yoğunluğuna oranı” olarak tanımlanır.
Ae : anten etkin yüzeyi [m2]
PT : Yüke aktarılan güç [W]
Wi : Gelen dalganın güç yoğunluğu [W/m2]
Anten Etkin Yüzeyi
• Açıklık verimliliği; antenin maksimum etkin yüzeyinin, fiziksel
alanına oranı olarak tanımlanır.
• Dalga kılavuzları, horn ve yansıtıcılar gibi açıklık antenler için
maksimum etkin alan, fiziksel alanı geçemez ancak ona eşit olabilir.
Maksimum Yönlülük ve Maksimum Etkin Yüzey
Yönlülük ve maksimum etkin yüzey arasındaki ilişkiyi bulabilmek için
şekildeki düzeni ele alalım
Dalganın yayılma
yönü
Verici
Alıcı
Birinci anten verici ikinci alıcı anten olsun. Antenlerin etkin yüzeyleri ile
yöneltimleri de sırasıyla Atm, Dt ve Arm, Dr olsun.
• Herhangi bir antenin maksimum etkin alanının maksimum yönlülük
ile ilişkisi;