Anten Teorisi Analiz ve Tasarım

Önsöz xi

Yardımcı Web Sitesi Hakkında xvii

1 Antenler 1

1.1 Giriş 1

1.2 Anten Tipleri 3

1.3 Işıma Mekanizması 7

1.4 İnce Tel Anten Üzerindeki Akım Dağılımı 15

1.5 Tarihsel Gelişim 18

1.6 Çoklu Ortam 21

Kaynaklar 22

2 Antenlerin Temel Parametreleri ve Başarım Ölçütleri 25

2.1 Giriş 25

2.2 Işıma Örüntüsü 25

2.3 Işıma Güç Yoğunluğu 35

2.4 Işıma Şiddeti 37

2.5 Hüzme Genişliği 40

2.6 Yönlülük 41

2.7 Nümerik Yöntemler 55

2.8 Anten Verimi 60

2.9 Kazanç, Gerçekleşen Kazanç 61

2.10 Hüzme Verimi 65

2.11 Bant Genişliği 65

2.12 Kutuplanma 66

2.13 Giriş Empedansı 75

2.14 Anten Işıma Verimi 79

2.15 Anten Etkin Vektör Uzunluğu ve Eşdeğer Alanlar 81

2.16 Maksimum Yönlülük ve Maksimum Etkin Alan 86

2.17 Friis İletim Denklemi ve Radar Menzil Denklemi 88

2.18 Anten Sıcaklığı 96

2.19 Çoklu Ortam 100

Kaynaklar 103

Problemler 105

İçindekiler

vi İÇİNDEKİLER

3 Işıma İntegralleri ve Yardımcı Potansiyel Fonksiyonlar 127

3.1 Giriş 127

3.2 J Elektrik Akım Kaynağı için A Vektör Potansiyeli 128

3.3 M Manyetik Akım Kaynağı için F Vektör Potansiyeli 130

3.4 Elektrik (J) ve Manyetik (M) Akım Kaynaklarının Elektrik ve Manyetik Alanları 131

3.5 Homojen Olmayan Vektör Dalga Denkleminin Çözümü 132

3.6 Uzak-Alan Işıması 136

3.7 Çifteşlik Teoremi 137

3.8 Karşılıklılık ve Tepkileşim Teoremleri 138

Kaynaklar 143

Problemler 143

4 Doğrusal Tel Antenler 145

4.1 Giriş 145

4.2 Sonsuz Küçük Dipol 145

4.3 Küçük Dipol 155

4.4 Bölge Ayırma 158

4.5 Sonlu Uzunluklu Dipol 164

4.6 Yarım Dalga Boyu Dipol 176

4.7 Mükemmel Elektrik İletken (MEİ), Mükemmel Manyetik İletken (MMİ)

ve Elektromanyetik Bant Boşluklu (EBB) Yüzeylerin Üzerinde veya

Yakınında Doğrusal Elemanlar 179

4.8 Toprak Etkileri 203

4.9 Bilgisayar Programları 216

4.10 Çoklu Ortam 216

Kaynaklar 218

Problemler 220

5 Döngü Antenler 235

5.1 Giriş 235

5.2 Küçük Daire Döngü 236

5.3 Sabit Akımlı Daire Döngü 250

5.4 Düzgün Olmayan Akımlı Daire Döngü 259

5.5 Daire Döngüler İçin Toprak ve Yer Eğim Etkileri 268

5.6 Poligon Döngü Antenler 269

5.7 Ferrit Döngü 270

5.8 Mobil İletişim Sistem Uygulamaları 272

5.9 Çoklu Ortam 272

Kaynaklar 275

Problemler 277

6 Diziler: Doğrusal, Düzlemsel ve Dairesel 285

6.1 Giriş 285

6.2 İki-Elemanlı Dizi 286

6.3 N Elemanlı Doğrusal Dizi: Düzgün Genlik ve Aralık 293

6.4 N-Elemanlı Doğrusal Dizi: Yönlülük 312

6.5 Tasarım Yöntemi 318

6.6 N-Elemanlı Doğrusal Dizi: Üç Boyutlu Özellikler 319

İÇİNDEKİLER vii

6.7 Dikdörtgenden Kutupsala Grafik Çözüm 322

6.8 N-Elemanlı Doğrusal Dizi: Düzgün Aralık, Düzgün Olmayan Genlik 323

6.9 Süperyönlülük 345

6.10 Düzlemsel Dizi 348

6.11 Tasarım Üzerine Düşünceler 360

6.12 Daire Dizi 363

6.13 Çoklu Ortam 367

Kaynaklar 367

Problemler 368

7 Anten Sentezi ve Sürekli Kaynaklar 385

7.1 Giriş 385

7.2 Sürekli Kaynaklar 386

7.3 Schelkunoff Polinom Metodu 387

7.4 Fourier Dönüşüm Metodu 392

7.5 Woodward-Lawson Metodu 398

7.6 Taylor Çizgi Kaynak (Tschebyscheff-Hata) 404

7.7 Çizgi Kaynağı (Tek-Parametre) 408

7.8 Üçgen, Kosinüs ve Kosinüs Kare Genlik Dağılımları 415

7.9 Çizgi Kaynak Faz Dağılımları 416

7.10 Sürekli Açıklık Kaynaklar 417

7.11 Çoklu Ortam 420

Kaynaklar 420

Problemler 421

8 İntegral Denklemler, Moment Metodu ve Öz ve Karşılıklı Empedanslar 431

8.1 Giriş 431

8.2 İntegral Denklem Metodu 432

8.3 Sonlu Çaplı Teller 439

8.4 Moment Metod Çözümü 448

8.5 Öz Empedans 455

8.6 Doğrusal Elemanlar Arasındaki Karşılıklı Empedans 463

8.7 Dizilerde Karşılıklı Bağlaşım 474

8.8 Çoklu Ortam 480

Kaynaklar 480

Problemler 482

9 Geniş Bantlı Dipoller ve Uyumlama Teknikleri 485

9.1 Giriş 485

9.2 Bikonik Anten 487

9.3 Üçgensel Tabaka, Esnek ve Eşbiçimli Papyon Antenler ve Tel Benzetim 492

9.4 Vivaldi Anten 496

9.6 Katlanmış Dipol 505

9.7 Diskoni ve Konik Etek Monopol 512

9.8 Uyumlama Teknikleri 513

9.9 Çoklu Ortam 523

Kaynaklar 524

Problemler 525

viii İÇİNDEKİLER

10 İlerleyen Dalga ve Geniş Bantlı Antenler 533

10.1 Giriş 533

10.2 İlerleyen Dalga Antenler 533

10.3 Geniş Bantlı Antenler 549

10.4 Çoklu Ortam 580

Kaynaklar 580

Problemler 582

11 Frekanstan Bağımsız Antenler, Anten Minyatürleştirme ve Fraktal Antenler 591

11.1 Giriş 591

11.2 Teori 592

11.3 Eş Açılı Spiral Antenler 593

11.4 Log-Periyodik Antenler 598

11.5 Elektriksel Olarak Küçük Antenlerin Temel Limitleri 614

11.6 Anten Minyatürizasyonu 619

11.7 Fraktal Antenler 627

11.8 Çoklu Ortam 633

Kaynaklar 633

Problemler 635

12 Açıklık Antenler 639

12.1 Giriş 639

12.2 Alan Eşdeğerlik İlkesi: Huygens İlkesi 639

12.3 Işıma Denklemleri 645

12.4 Yönlülük 648

12.5 Dikdörtgen Açıklıklar 648

12.6 Dairesel Açıklıklar 667

12.7 Tasarım Üzerine Düşünceler 675

12.8 Babinet İlkesi 680

12.9 Açıklık Anten Teorisinde Fourier Dönüşümleri 684

12.10 Toprak Düzlemi Kenar Etkileri: Geometrik Kırınım Teorisi 702

12.11 Çoklu Ortam 707

Kaynaklar 707

Problemler 709

13 Boynuz Antenler 719

13.1 Giriş 719

13.2 E-Düzlemi Sektörel Boynuz 719

13.3 H-Düzlemi Sectörel Boynuz 733

13.4 Piramit Boynuz 743

13.5 Konik Boynuz 756

13.6 Oluklu Boynuz 761

13.7 Açıklık-Uyumlu Boynuzlar 766

13.8 Çok Modlu Boynuzlar 769

13.9 Dielektrik-Yüklü Boynuzlar 771

13.10 Faz Merkezi 773

13.11 Çoklu Ortam 774

Kaynaklar 775

Problemler 778

İÇİNDEKİLER ix

14 Mikroşerit ve Mobil Haberleşme Antenleri 783

14.1 Giriş 783

14.2 Dikdörtgen Yama 788

14.3 Daire Yama 815

14.4 Kalite Çarpanı, Bant Genişliği ve Verim 823

14.5 Giriş Empedansı 826

14.6 Bağlaşım 827

14.7 Dairesel Kutuplanma 830

14.8 Diziler ve Besleme Devreleri 832

14.9 Mobil İletişim Antenleri 837

14.10 Dielektrik Rezonatör Antenler 847

14.11 Çoklu Ortam 858

Kaynaklar 862

Problemler 867

15 Yansıtıcı Antenler 875

15.1 Giriş 875

15.2 Düzlem Yansıtıcı 875

15.3 Köşe Yansıtıcı 876

15.4 Parabolik Yansıtıcı 884

15.5 Küresel Yansıtıcı 920

15.6 Çoklu Ortam 923

Kaynaklar 923

Problemler 925

16 Akıllı Antenler 931

16.1 Giriş 931

16.2 Akıllı-Anten Benzerliği 931

16.3 Hücresel Radyo Sistemleri Evrimi 933

16.4 Sinyal Yayılımı 939

16.5 Akıllı Antenlerin Yararları 942

16.6 Akıllı Antenlerin Negatifleri 943

16.7 Anten Hüzme Şekillendirme 946

16.8 Mobil Amaca Özel Devreler (MADEV’ler) 960

16.9 Akıllı-Anten Sistem Tasarımı, Benzetim ve Sonuçlar 964

16.10 Hüzme Şekillendirme, Çeşitli Birleştirme, Rayleigh-Sönümlenme ve

Trellis-Kodlanmış Modülasyon 972

16.11 Diğer Geometriler 975

16.12 Çoklu Ortam 976

Kaynaklar 976

Problemler 980

17 Anten Ölçümleri 981

17.1 Giriş 981

17.2 Anten Test Sahaları 982

17.3 Işıma Örüntüleri 1000

17.4 Kazanç Ölçümleri 1003

17.5 Yönlülük Ölçümleri 1010

x İÇİNDEKİLER

17.6 Işıma Verimi 1012

17.7 Empedans Ölçümleri 1012

17.8 Akım Ölçümleri 1014

17.9 Kutuplanma Ölçümleri 1014

17.10 Ölçekli Model Ölçümleri 1019

Kaynaklar 1024

Ek I:

P1: OTE/SPH P2: OTE

JWBS171-fm JWBS171-Balanis December 8, 2015 7:43 Printer Name: Trim: 7in × 10in

xii CONTENTS

17.6 Radiation Efficiency 1012

17.7 Impedance Measurements 1012

17.8 Current Measurements 1014

17.9 Polarization Measurements 1014

17.10 Scale Model Measurements 1019

References 1024

Appendix I: f(x) = sin(x)

x

1027

Appendix II: f N(x) = |

|
|
|
sin(Nx)
N sin(x)
|
|
|
|
N = 1, 3, 5, 10, 20 1029

Appendix III: Cosine and Sine Integrals 1031

Appendix IV: Fresnel Integrals 1033

Appendix V: Bessel Functions 1035

Appendix VI: Identities 1041

Appendix VII: Vector Analysis 1045

Appendix VIII: Method of Stationary Phase 1055

Appendix IX: Television, Radio, Telephone, and Radar Frequency Spectrums 1061

Index 1065

1027

Ek II:

P1: OTE/SPH P2: OTE

JWBS171-fm JWBS171-Balanis December 8, 2015 7:43 Printer Name: Trim: 7in × 10in

xii CONTENTS

17.6 Radiation Efficiency 1012

17.7 Impedance Measurements 1012

17.8 Current Measurements 1014

17.9 Polarization Measurements 1014

17.10 Scale Model Measurements 1019

References 1024

Appendix I: f(x) = sin(x)
x

1027

Appendix II: f N(x) = |
|
|
|
sin(Nx)
N sin(x)
|
|
|
|
N = 1, 3, 5, 10, 20 1029

Appendix III: Cosine and Sine Integrals 1031

Appendix IV: Fresnel Integrals 1033

Appendix V: Bessel Functions 1035

Appendix VI: Identities 1041

Appendix VII: Vector Analysis 1045

Appendix VIII: Method of Stationary Phase 1055

Appendix IX: Television, Radio, Telephone, and Radar Frequency Spectrums 1061

Index 1065

1029

Ek III: Kosinüs ve Sinüs İntegralleri 1031

Ek IV: Fresnel İntegralleri 1033

Ek V: Bessel Fonksiyonları 1035

Ek VI: Özdeşlikler 1041

Ek VII: Vektör Analiz 1045

Ek VIII: Durağan Faz Metodu 1055

Ek IX: Televizyon, Radyo, Telefon ve Radar Frekans Spektrumları 1061

Dizin