ANTEN

ANTEN

Alm. Antenne (f), Fr. Antenne, İng. Antenna. Elektromanyetik dalgaları yaymak veya yakalamak için kullanılan elektronik devre elemanı. Antenler vericilere bağlı olarak kullanıldıklarında, enerjilerini, frekansı ayarlanabilir bir “güç osilatörü”nden alırlar. Küçük bir kısmı ısıya çevrilip harcanan enerjinin geri kalan bölümü, anten tarafından boşluğa yayılır. Alıcılarla birlikte kullanılan antenlerin vazifesi ise, boşluktaki elektromanyetik enerjiyi yakalayıp, bunu bir transmisyon hattı vasıtasıyla alıcı devreye iletmektir.

Alıcı ve verici antenleri, fiziki özellikleri nazara alındığında, farksızdırlar. Hatta, bir anten aynı anda hem alıcı hem de verici vazifesi görebilir.

Uzun mesafeler arasında bilgi (ses, görüntü vb.) taşınması kablo ile yapıldığında zor ve masraflıdır. Ayrıca, uzun hatların çekilmesi ve daimi bakımının getirdiği bir çok teknik problem vardır. Bilgi taşınması işinde elektromanyetik dalgalardan istifade edildiğinde, bu dalgaları yüksek enerji ile atmosfere (veya uzay boşluğuna) bırakabilecek elemanlar gerekir. Yine, boşlukta yayılmakta olan elektromanyetik dalgalardan maksada uygun olanını yakalayıp kuvvetlendirdikten sonra alıcı cihaza aktarmak icabeder. İşte anten, bu iki temel ihtiyaca cevap veren elemandır.

Antenlerin genel çalışma prensibi, alternatif akımın bir iletkenden geçerken elektromanyetik alan meydana getirmesi ile ilgilidir. Paralel iki iletkenin meydana getirdiği elektromanyetik alanlar, birbirlerinin te’sirlerini yok ederler. Bu duruma mani olmak için antenler hususi şekilde ayarlanmış bir çift iletkenden imal edilirler.

Elektronik özellikleri açısından anten, seri rezonans devresine eşdeğerdedir. Seri rezonans devresinde en fazla akım rezonans frekansından geçer. Akımın fazla olması, anten etrafındaki elektromanyetik alanın fazla olması demektir. Dalga boyu ile yayılan elektromanyetik enerjinin frekansı arasında şu bağıntı vardır:

C/f= l

Bu formülde, l (Lamda) yayılan enerjinin dalga boyunun metre cinsinden değeri; C, ışık hızı (3.108 m/s); f ise Hertz cinsinden frekans değerini ifade eder.

En fazla elektromanyetik enerji antenin boyu dalga boyuna eşit olduğunda yayılır. Düşük frekanslarda kullanılan antenler daha basit ve yapımı kolaydır. Buna karşılık boyları büyük olur. Frekans yükseldikçe antenler küçülür; fakat karmaşık bir hal alır ve yapımı zordur.

Antenden, elektromanyetik enerjinin uzaya yayılışı: Alternatif akım, yönü ve şiddeti zamana göre değişen bir akımdır. Yani antenin boyu dalga boyuna eşit olduğundan antenin bir ucu zamanla hem artı (+) hem de eksi (-) olmaktadır. Bu durumda, antendeki akım da bir ileri, bir geri doğru akmaktadır. Elektron akışı eksiden artıya doğru iken, elektriki alan artıdan eksiye doğrudur.

Antende akım ortada en fazla, uçlarda (açık devre olduğundan) sıfırdır. Buna karşılık gerilim uçlarda en fazla, ortada sıfırdır.

Antenler teoride şu beş kritere göre sınıflandırılırlar:

1. Kullanılma şekli: Alıcı, verici;

2. Kullanılma yeri: Radyo, TV, radyoteleskopi v.b.;

3. Fiziki şekil: Parabolik, Vi vb.;

4. Yayın yönü: Omnidireksiyonel (Her yöne dönük), direktif (tek yöne dönük);

5. Yayın frekansı: VHF, UHF vb.

Pratikte ise antenler iki ana bölümde incelenirler:

1. Çeyrek dalga antenleri (Markoni anteni): Uzunluğu dörtte bir dalga boyunda olan antenlerdir. Diğer dörtte birlik kısımları ise topraktan tamamlanır. Antenin özelliği kısa olması ve taşınabilen verici ve alıcılarda kullanılmasıdır. Antende meydana gelen elektriki ve manyetik alanlar yarım dalga antenin aynıdır. Fakat 1/4’lük kısmı toprak altında imiş gibi devresini tamamlar. Anten giriş dirençleri yaklaşık 36 ohm civarındadır. Genellikle dikey olarak kullanılırlar.

2. Yarım dalga antenleri (Hertz anteni): Bu antenler yarım dalga uzunluğundadır. Genlik modülasyonlu alıcı ve vericilerde kullanılır. Yerden oldukça yükseğe yatay olarak kurulurlar. Bunlar orta ve yüksek frekanslarda geniş kullanma alanları bulurlar. Yüksek frekanslarda dikey olarak da kullanılabilirler.

Yarım dalga antenleri çok yerde kullanıldığından bazı ilaveler yapılarak değişik tipte yarım dalga antenler geliştirilmiştir. Bunlardan en önemlisi birçok TV yayınlarında kullanılan “Dipol” antendir.

Dipol anten: Ortadan beslemeli yarım dalga boyunda bir antendir. Frekans modülasyonlu FM/UKW alıcı ve vericilerde de yaygın olarak kullanılır. Yatay ve dikey olarak kullanmak mümkündür.

Dipolun empedansı 73 ohm’dur. Antenin kalınlığı arttıkça dipolun empedansı azalır. Antenin giriş uçları arasındaki mesafe arttıkça empedansı artar.

Katlanmış dipol: Katlanmış dipol antenin uzunluğu bir tam dalga boyundadır. Empedansı yaklaşık 300 ohm kadardır. Antenin yapıldığı iletkenin çapı (d), iletkenlerin eksenleri arasındaki mesafe (a) arttıkça empedans azalır. Giriş uçları arasındaki mesafe (s) arttıkça empedans artar.

Yagi dizisi: Katlanmış dipolle birlikte iki veya daha fazla elemana sahib olan diziye “çok elemanlı yagi dizisi” denir. En basit dizi; üç elemanlı bir yansıtıcı, bir dipol ve bir yönlendiriciden meydana gelir. Diziye ilave edilen elemanlar genellikle yönlendirici elemandır ve dipole belirli mesafelerde yerleştirilir. Bu elemanlar antenin kazancını arttırır, fakat yön önem kazanır. Yani, dizinin alış yönü tek yöndür, yansıtıcı, gelen sinyali esas antene yansıtır.

Antenlerde bulunan önemli özellikler:

Yön: İstenen en önemli özelliklerinden biri olup, yayının olduğu doğrultu ile ilgilidir. Özellikle yüksek frekansta ve yönlendirilmiş vericilerde, alıcı anteni verici antenine doğru olmalıdır.

Güç: Antene gelen sinyallerin kayba uğratılmadan alıcıya tam güçle nakledilmesi, antenin direnci, antenle alıcıyı birbirine bağlayan iletken(transmisyon) hattın, direnci ve alıcının giriş direncinin birbirine eşit olması ile mümkündür. Eğer bu üç elemandan (yani anten direnci, iletkenin direnci, alıcının giriş direnci) biri diğerine uymuyorsa, araya empedans (elemanın alternatif akıma karşı gösterdiği direnç) ayarlayıcı transformatörler koymak gerekir.

Polarizasyon: Yayınlanan dalganın polarizasyonu elektriki alanın hareket yönü olarak tarif edilir. Elektriki alan toprak yüzeyine dik olarak hareket ediyorsa “dikey polarizasyonlu anten” denir. Elektriki alan toprak yüzeyine yatay olarak hareket ediyorsa buna da “yatay polarizasyonlu anten” denir.

Verici anteni yatay polarizasyonlu ise alıcı antenin de yatay kurulması gerekir. Aksi takdirde verimli bir alış yapılamaz. Düşük ve orta frekanslarda dikey polarizasyonlu antenler kullanılır. Çünkü yerden yansıyan dalgalar da bu durumda iş görmektedir. Yüksek frenkansta ise yatay polarizasyon tercih edilir. Sebebi ise, tabii ve kaynağı insan olan gürültü ve parazitlerden daha az etkilenmesidir. VHF (çok yüksek frekans) ve UHF (ultra yüksek frekans)da yatay veya dikey polarizasyon yeterli gelmektedir. Dikey polarizasyonlu bu antenlerde, diğer istasyonların karışmaları daha az olur. 100 MHz’in altındaki frekanslarda dikey polarizasyonlu antenler daha faydalı olmaktadır. Engebeli arazide daha çok dikey polarizasyon etkilidir. Yatay polarizasyonda antenin yerden yüksekliği çok önemli değildir. Özellikle frekans modülasyonlu ve puls (darbe) modülasyonlu sinyallerin yayılmasında yatay polarizasyon çok kullanılır.

Anten sistemindeki kayıplar:

1. Antene yakın olan bina, ağaç, dağ ve benzeri maddeler antenden alınan enerjinin bir kısmını emerler. Bu elemanlar özellikle antenin uç kısmından uzak tutulmalıdırlar.

2. Antenden yayılan güç, antenin yayın direnci (antenin yayılan frekansa gösterdiği direnç) ile orantılıdır ve akımının karesi ile yayın (radyasyon) direncinin çarpımına eşittir. (I²a.Rr). Antenin yayın direncini azaltan tesirler, yayılan faydalı gücü de azaltır.

3. Antende ısı olarak harcanan kayıp güç vardır. Bu da antenin omik direnci denilen (doğru akıma karşı gösterdiği direnç) dirençle anten akımının karesinin çarpımına eşittir. (I²a.Ro). Bu direnç ne kadar küçük olursa boşa harcanan enerji de o kadar az olur.

4. Bir ucu topraklı antenlerde iyi topraklama yapılmadığında da kayıplar meydana gelir. Bunun için topraklamanın, büyük bakır levhaları toprağa gömerek yapılması gerekir.

5. Anten yakınlarındaki iletken yüzeyler antenden çıkan enerjiyi antene geri yansıtır. Bu sebeple anten, mümkün olduğu kadar metal çatı ve binalardan, direklerden uzak bulundurulmalıdır.

6. Anteni yalıtan izolatörler, elektrik akımını mümkün olduğu kadar az geçirmelidir. Tam yalıtkan yoktur, her yalıtkan belli frekans ve voltajda bir sızıntı akımı geçirir. Rutubetli havalarda izolatör kayıpları artar. Bu sebeple iyi cins yalıtkanlar kullanılmalıdır. En iyi yalıtkan iyi porselendir.

7. Anten etrafındaki hava, yüksek voltaj te’siriyle iyonize olarak antenden toprağa akım geçirir. Buna “krona kaybı” denir. Antenin uzunluğu arttıkça uçları arasındaki voltaj farkı azalır.

Her tip antenin kendine göre faydalı ve zararlı tarafları vardır. Bu sebeple ilim adamları çalışmalar yaparak çok değişik tipte (fakat temeli yukarda anlatılan iki esas tipte olmak üzere) antenler geliştirmişlerdir. Radar antenleri, parabolik antenler, horn antenler bunlara misaldir. Antenin boyunu uzatmak için antene seri bobin; boyunu kısaltmak için ise seri kondansatör bağlanır. Bunlar ayarlı yapılarak, anten uzunluğu hassas olarak ayarlanabilir.