Matlab Proje Fikirleri -5| Türkçe Matlab Eğitimi

ANTEN ANALİZİ  ve TASARIMI PROJESİ

Anten analizi nedir ? Anten tasarımı nedir ? Anten nedir ? Antenlerde hesaplama nasıl yapılır ? Dikkat edilmesi gerekenler nelerdir ? Matlab proje fikirleri ile ilgili yazı dizisinin 5. Yazısında Anten analizi ve tasarımı projesi ile birlikteyiz.

Başlayalım.

ANTEN ANALİZİ ve TASARIMI

Günümüzde neredeyse tüm uygulamaların kablosuz olması , çok az enerji tüketmesi ve yüksek veri saklama kapasitesine sahip olması beklenmektedir.

Bunun için fiziksel katmanda etkili bir araçların seçimi önemlidir.Bugün baktığımızda , ZigBee protokolü , IR Alıcı-Vericisi , RF alıcı-verici ve çanak antenler içeren çeşitli kablosuz cihazlar yaygın olarak kullanılmaktadır.Antenler ise tüm bu cihazlarda hayati bir rol oynamaktadırlar.

İyi bir anten tasarımı için , çok fazla veri kaybı olmaksızın , yüksek mesafede verimli , daha etkin bir yönlenme  ve uzun mesafeli bir iletim için daha fazla ışın genişliği gereklidir.Biz bu proje içerisinde anten dizileri anten analizi için Matlab üzerinde yazılmış bir programı inceleyeceğiz.

Bu programa girmeden önce , sinyal radrasyon modeli , sideloblar , verimlilik , ışın genişliği ve yönelimi gibi anten analizi ve tasarımı için gerekli bazı parametrelerin temellerini inceleyelim.

Anten Temelleri :

Tipik bir antende açıklıklar bulunur.Burada BWo azimut ışın genişliğini ve BW0 ise yükseklikteki kiriş genişliğini belirtir.

Aksi belirtilmedikçe , kiriş genişliği normal olarak ana lobun yarı-güç veya -3dB noktasında ölçülür.

Antartic Impulsive Transient Antenna resmi web sitesine göre antenin kazanç veya yönelimi , her yöne göre ortalama bir radyasyon şiddetinin belirli bir yönde ki radyasyon yoğunluğunun oranıdır.Direktivite ve kazanç arasındaki fark , yönelticinin dielektrik , direnç , polarizasyon ve gerilim durağan dalga oranı (VSWR) kayıpları gibi anten kayıplarını ihmal etmesidir.

Bu kayıplar çoğu anten sınıfından genellikle oldukça küçük olduğu için , yönelim ve kazanım , yaklaşık olarak eşittir ve istenmeyen model özellikleri hesaba katılmaz.

Bununla birlikte antenler pratik olarak farklıdır ve ideal radyasyon dağılımına sahip değildirler.Enerji açısal yer değiştirmeyle değişir ve sideloblar nedeniyle kayıplar meydana gelir.

Radyasyon modelini ölçebilir  ve ışın genişliğini belirleyebilirseniz , gerçek bir anten düzenine yaklaşmak adına iki veya daha fazla anten modeli kullanabilirsiniz.

Anten düzeninin tek tip olmasını varsayarak , G kazancının, izotropik kürenin sektöre(kesit alanı) bölünmesi sonucu alanla eşit olduğunu varsayabilirsiniz.

G  =   (Kürenin Alanı) / (Anten Model Alanı)

Anten verimliliği , maksimum kazancın tüm azaltımlarını içeren bir faktördür.Yüzdesel olarak ya da dB olarak ifade edilebilir.Verimliliği belirlerken birkaç tür kayıp hesaba katılmalıdır.

Anten direncinin aynı diyafram boyutundaki eşit şekilde aydınlatılmış bir antene olan oranı olan aydınlatma verimliliği

Düzgün bir faz yüzeyi olmadığından dolayı açıklıktan kaynaklanan faz hatası kaybı ve kayıplar

Yansımanın kenarının ötesindeki enerji saçılmasını antenin arka loblarına yansıtan yayılma kaybı (Reflektör Antenler için)

Düşük frekanslı antenler için özellikler için özellikle önemli olan empedans uyumsuzluğu nedeniyle besleme portundaki yansımadan türetilen gerilim durağan dalga oranı (VSWR) olarak ifade edilen uyumsuzluk kaybı

Anten ve anten besleme portu veya ölçüm noktası arasındaki RF kayıpları

Etkili Yakalama alanı (Ae) , Fiziksel açıklık alanının (A) ve açıklık veriminin(η) çarpımıdır.

Ae = ηA = ((λ^2) x G) / 4π

Böylece kazanç , diyafram veriminin bir fonksiyonudur.

Kayıpları olan bir antenin kazancı ise şu şekilde verilmektedir.

G = ( 4 π η A ) / λ^2

Burada ‘η’ diyafram açıklığıdır , ‘A’ fiziksel diyafram alanı ve ‘λ’ dalga boyunu ifade eder.

Kazanç , diyafram alanı ile orantılı olup dalga boyunun karesi ile ters orantılı olduğuna dikkat edilmelidir.Eğer frekans iki katına çıkar ise veya dalga boyu yarı yarıya azalır ise , aynı kazancı korumak adına diyafram dört kez azaltılabilir.

Çeşitli antenleri radyasyon modelleri ANITA’nın web sitesine göre , önceki bölümde sunulan antenlerin radyasyon modelleri en yaygın kullanılan anten geometrileridir.Anten bir iletim hattından (örnek olarak 50-ohm) güç alan ve onu 377 ohm’luk bir serbest alan empedansı ile eşleştiren uyumlu bir ağ olarak görülmelidir.

En kritik parametre ise , frekanslı VSWR değişimidir.Model VSWR’lerin başlangıcından (>2:1) başlangıçtan çokta farklı değildir ve genellikle kabul edilmez.

Belirli bir fiziksel anten geometrik boyutu için , gerçek radyasyon modeli frekans ile değişir.

Anten Dizileri :

Anttena Theory sitesine göre genellikle ‘fazlı dizi’ olarak adlandırılan bir anten dizisi , iki veya daha fazla antenden oluşan bir settir.Antenlerdeki sinyaller , daha iyi bir performans elde etmek adına tek bir anten üzerine birleştirilir veya işlenir.

Genel olarak tekdüze ağırlığa sahip diziler için anten dizisi faktörlerinin eşit olmayan sidelob seviyelerine sahip olduğu fark edilir.Çoğu zamansa alt sidelobların sayısının artması pahasına en yüksek sidelobları azaltmak arzu edilir.Belirlenen bir ışın genişliği için otimum sidelob seviyesi , sidelobların hepsinin aynı büyüklükte olduğunda açığa çıkar.

Yayımyönü (0d = 90 derece) yönlendirilen düzgün aralıklı doğrusal diziler için ağırlık elde etmek için bir yöntem bulunmaktadır.Bu yöntem popüler bir ağırlıklandırma yöntemidir.Çünkü , sidelob seviyesi ve elde edilen olası sıfır-boş ışın genişliği belirtilebilir.

Yagi-Uda Anteni :

Yagi-Uda anteni çatılarda kullanılan en yaygın karasal TV antenidir.Genel olarak 30 MHz ve 3 GHz arasındaki frekanslarda veya 10 metreden 10 cm’ye kadar dalga boylarında kullanılır.

Antenin tasarımı antende kullanılan elemanların sayısına bağlıdır.Bir Yagi-Uda’daki çubukların uzunlukları , her birinin yaklaşık yarım dalga boyunu ve bir dalga boyunun yaklaşık üçte biri kadar olan öğelerin aralıklarıdır.

Bir Yagi-Uda antenin yaklaşık çalışma frekansını , uzaktaki uzunluğuna bakarak tahmin edebilirsiniz.Yagi-Uda anteni 11 elemente sahiptir.

Bir Yagi-Uda anteninin radyasyon paternini Matlab programında elde etmek için  kutup açıları ve radyasyon paternlerinin mukabil genlikleri için teta değerlerine sahip bir tablo gereklidir.

Bu değerler anten antrenörü kullanılarak elde edilebilir.Veri tablosu metin (.txt) formatında kaydedilmelidir.

Matlab Programı :

Matlab’in R2008b veya daha yüksek versiyonları program için kullanılabilir.Program testi için adım adım prosedürü inceleyelim ;

  1. Matlabı çalıştır
  2. Dosya menüsünden ‘Expt_A1_2D.m’ dosyasını açın.
  3. Veri aktar seçeneğini seçerek ‘dosya’ menüsünden ‘Polalist-yagi uda.txt’ dosyasını içeri aktarın
  4. İleri düğmesine tıklayın.
  5. Finish düğmesine tıklayınız.
  6. Çalıştır seçeneğini tıklatarak programı ‘debug’ menüsünden derleyin ve çalıştırınız
  7. Ana Matlab penceresine gidin.Komut penceresi teta için ofset değerini girmenizi isteyecektir.
  8. Gereksinimimize göre 90,80 veya herhangi bir değer girin ve ardından ‘enter’ tuşuna basınız.
  9. Doğrusallık eğrisini kutupsal olduğu kadar Kartezyen formlarda da almalısınız.

Uygunluk değeri girildiğinde , program iyi bir yönlülük alanı verir.Maksimum yönelim 4.483 ya da 6.5157 dB’dir.

KAYNAK KODU İNDİRMEK İÇİN TIKLAYINIZ ! 

ANTEN ANALİZİ ve TASARIMI PROJESİ SONUÇ :

Bugünki yazımızda Anten Analizi  ve Tasarımı Projesi ile ilgili yazıyı sizlerle paylaştık.Bu yazı dizisinde Matlab’e dair fikirler ve projelere devam ediyoruz.İlgili alanlarda umuyorum faydalı bilgiler sizlerledir.

İyi Çalışmalar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.