Anten Kazancı ve Ölçümü

Anten kazancını tanımalamadan önce , antenlerin haberleşme teknolojilerinde nasıl kullanıldığına kısace deyinmek gerekirse; antenler elektromanyetik dalgaları alırlar ve gönderirler. Bu işlemleri  yaparken elektromanyetik dalgaları elektrik akımına çevirirler (Alış yönü)  ya da elektrik akımını elektromanyetik dalgalara (İletim yönü) dönüştürürler. Anten kazancı hem gönderim yönünde hem de alış yönünde önemli bir parametredir. Antenler Çok Yönlü (omnidirectioanal) ve Yönlendirilmiş (directional)  antenler olarak 2 grupta toplanır. Çanak antenler yönlendirilmiş (directional) anten sınıfına girerler ve kazançları çokyönlü antenlerin kazançlarına kıyaslanarak hesaplanır.

Elektromanyetik dalgalar antenden yayılırlarken 2 temel yönde hareket ederler. Horizontal (Yatay ) ve Vertical (Düşey), ancak her iki yönde de aynı genişlikte yayılım açısına sahip değildirler.  Horizontal ve ya Vertical antenler olarak adlandırılırlar. Örnek vermek gerekirse omni antenler Vertical antenlerdir. Çünkü; yatayda 360 derecelik bir yayım yaparlarken düşeyde 70 derecelik bir yayım yaparlar. Daha çok geniş alanların kapsamasında kullanılırlar.

Çanak antenler (directional) ise omni antenlerin 360 dereceye yaptıkları yayılımı belirli bir alana odaklayp gönderirler.  Çanak antenlerin yayılım şemalarını içine hava üflediğimiz bir balona benzetebiliriz.  Balon hava ile dolduruldukça; yatayda düzlemde az bir genişleme olurken düşey düzlemde büyüme çok daha fazla olmaktadır. Yönlendirilmiş antenlerde yataydaki yayılım çok az olmaktadır. Zaten amaçlarıda iletilmek istenen sinyali hedeflenen noktaya en güçlü şekilde ulaştırabilmektir. Bunu sadece bir el feneri gibi düşünmek yanlış olabilir. Çünkü; hedef yönü dışında da antenin 360 derece çevresinde yayılımlar olmaktadır.

• Antenin baktığı yönde oluşan yayılım (esas istediğimiz yayılım) (Main Lobe)
• Antenin arkasında oluşan yayılım (Backlobe)
• Antenin yanlarında oluşan yayılım (Sidelobe)

Anten Kazancı parametreleri

Bu değerler üretici firmalar tarafından anten özellikleri bölümünde verilir. Bu değerlere bakarak ön-arka yayılım oran değeri (front to back ) ve ön-yan yayılım oran değeri (front to side) hesaplanır. Örneğin anten kazancımız 46 db ise ve verilen backlobe 3 dB ve sidelobe 8dB ise.

front-to-back : 46-3 = 43dB

front-to-side: 46-8 = 38dB olarak hesaplanır.

Antenlerin temel karekteristik özelliklerini Kazançları ve 3dB beamwitdh açıları belirler. Beamwidth üzerinde kısaca durmak gerekirse, yayılım sırasında gücün 3dB düştüğü açıdır. Diğer bir deyimle yarıya düştüğü açıdır. Çünkü; herhangi bir sistemde gücün 3dB  azalması, gücün yarıya düşmesi anlamına gelir. Örneğin bir anten için 2 derecelik 3dB beamwitdh verilmişse ve biz point ederken bu anteni 1 derece yanlış ayarlamışsak, alış sinyal seviyemiz 3dB düşük çıkacaktır.  Küçük anten çapları ve düşük  frekanslar daha büyük 3dB beamwith açısı verirler ve anten ayarlaması (pointingi) daha kolay olur.

Aşağıda sadece alış (RO-Receice Only) yapan 2 farklı boyuttaki antenin  C-Band (Downlink : 3.7-4.2 GHz) ve Ku-Band  (Downlink: 11.7 – 12.2 GHz) 3dB beamwitdh açılarını görebilirsiniz. Anten çapı ve Frekans ile beamwitdh açısı ters orantılıdır. Çap ve frekans büyüdükçe açı küçülür, Çap ve frekans küçüldükçe açı büyür.  1.8 Metrelik anten Ku-Band’da 0.9 derece 3dB beamwitdh’e sahipken, aynı anten frekans küçüldüğünde; C-Band’da 2.9 derecelik bir açıya sahip oluyor. Beamwidth aynı zamanda “anten kazancının” ölçülmesi içinde kullanılmaktadır.

Anten Çapı	Frekans bandı (GHz)	3dB Beamwidth
1.8 Metre	Ku-band(11.7-12.2 )	0.9 derece
1.8 Metre	C-Band (3.7 – 4.2)	2.9 derece
4.5 Metre	Ku-band(11.7-12.2 )	0.4 derece
4.5 Metre	C-Band (3.7 – 4.2)	1.2 derece

Yönlendirilmemiş (Omni directional) bir anten ile yayın yapıldığında, antenden yayılan enerji tüm yönlerde eşit olarak dağılır, enerji yoğunluğu yayım yapılan alan içerisinde her yönde  eşit olacaktır. Kullanılan güç değiştirmeden, aynı  yayını, yönlendirilmiş (Directional – Örn: Çanak Anten) bir anten ile yaptığımızda;  antenin yönlendirildiği tarafta enerji  yoğunluğu bir önceki duruma göre artacaktır. Bu artış anten kazancının sonucudur . Güç sabitken, yönlendirilmiş bir antenden elde edilen enerji yoğunluğunun, aynı noktadaki yönlendirilmemiş bir antenden elde edilen enerji yoğunluğuna oranına anten kazancı denir.

Yukarıda enerji yoğunluklarının oranlanmasından bahsederken, gücü sabit tuttuğumuz varsayımında bulunmuştuk. Genel olarak yönlendirilmiş antenlerin kazancının nasıl hesaplandığını teorik olarak gördük. Güç sabit olsa bile, yönlendirilmiş her anten ile aynı sonucu alamayız.

Anten kazancı ‘na etki eden faktörler

• Anten verimliliği (Efficiency)
• Anten Boyutu , Odak uzaklığı
• Antenin Yapıldığı Malzeme  anten kazancına doğrudan etki ederler.

Verimlilik (Efficiency); Antene uygulanan  gücün anten tarafından yayılması yada anten içinde harcanması ile ilgilidir. Eğer bir anten girişine uygulanan bu gücü uzağa yayabiliyorsa; Yüksek verimli anten (High efficiency), uzağa yaymak yerine içinde harcayıp büyük bir kısmını absorbe ediyorsa düşük verimli (low efficiency) anten olarak adlandırılır. Anten verimliliği, antenle iletim hattının uyumsuz empedans değerlerinde seçilmesi sonucu değişir. Kısaca, anten çıkışında elde edilen gücün, anten girişindeki güce oranlanması  bize anten verimliliğini (Efficiency) verir.

Anten kazancı üzerinde etkisi olan faktörler kısaca bunlardır.

Benzer Konular:

• vswr voltage standing wave ratio
• SNR -Signal to Noise Ratio
• anten gürültü sıcaklığı (antenna noise temperature)
• Çalışma Frekansı (operating Frequency)
• FEC ve Symbol Rate