Düşük güç RF uygulamalar yapıyorsanız, uzun mesafe iletişim söz konusu olduğunda kullanacağınız antenin ne kadar hayati bir öneme sahip olduğunu bilirsiniz. Büyük bir emekle yaptığınız alıcı-verici sisteminin anten problemi yüzünden bir işe yaramaması canınızı sıkar. Bir sürü anten denersiniz, devrenin birinde tutturup sevinirsiniz ve ikinci devreyi yaparsınız, fakat oda ne? ikinci devre çalışırken nazlanır, diğerinin yarı mesafesine bile ulaşamaz. Sonra söylenirsiniz kendi kendinize “RF işi şeytan işi”

RF sistemlerde performansı etkileyen bir çok etken vardır, bunların büyük bir çoğunluğuna ilerdeki yazılarımızda değineceğiz inşallah.

Bu yazımızda Düşük Güç RF sistemlerde kullanılabilecek antenler, özellikleri ve dikkat edilecek hususları anlatacağız.

Anten Nedir?

Elektronik devrelerde üretilen sinyalleri boşluğa elektromanyetik dalgalar şeklinde yayan (Verici Anten) veya boşlukta yayılan elektromanyetik sinyalleri alıp devreye aktaran (Alıcı Anten) cihazlardır.

Neden antenlere ihtiyaç var?

Öncelikle bilmemiz gereken iki husus var.

Birincisi, bir elektronik sinyali boşlukta (Havada veya Uzayda) iletebilmek için sinyali boşlukta yayılabilen elektromanyetik dalgalara dönüştürmek gerekir.

İkincisi, Üzerinden akım geçen bir iletken elektromanyetik alan oluşturur ve bu alan elektromanyetik dalga şeklinde boşluğa yayılır.

Demek ki sinyalimizi RF olarak iletebilmek için elektromanyetik dalgalara dönüştürmemiz gerekiyor. Bu işide maalesef antenler yapıyor.

RF devremde anten kullanmazsam ne olur?

Alıcı ile verici arasında sinyal alış verişi yine olur ama birbirlerine çok yakın durmaları gerekir (PCB üzerindeki yollar bir nevi anten görevi görür)

Antenlerin karakteristik özellikleri nelerdir?

Yayılım şekli (Propogation): Her anten çeşidinin sinyali boşluğa yayış şekli farklıdır, bazıları her yöne yayın yaparken, bazıları istenilen yöne doğru, diğer yönlerden daha kuvvetli yayın yapar

Kazanç (Gain): Kazancı yüksek olan anten daha iyi yayılım yapar, düşük olan daha kötü yayılım yapar. Kazancın yüksek veya düşük olması belirlenen bir referans antene göredir. Genelde dipol anten denilen anten tipi referans alınır.

Polarizasyon: Antenin boşluktaki duruş şeklidir, aynı sistemde yer alan antenler aynı polarizasyonda olmalıdır yoksa performans kaybı olur.

Empedans: Bu bildiğimiz omik cinsten empedans değildir. Bu yüzden 50 Ohm denilen bir antenin direncini AVO Metre ile ölçmeye kalkışmayın. RF Transmitterler (Sinyal Göndericiler) genelde çıkışlarına 50 ohm anten bağlanacak şekilde dizayn edilirler. Her antenin empedans karakteristiği farklıdır. Maksimum performans için Antenin devreye empedans uyumu (antenna matching) kesin şarttır.

Anten Empedans uyumunun ne kadar önemli oduğunu göstermek için yaşadığım bir olayı anlatayım size

RF alıcı ve vericiden oluşan sistemimizin mesafe testini yapmak için bir düzenek hazırladık, bir arkadaşımız 1 km kadar uzağa gitti ve vericiyi çalıştırdı. Sonuç kötüydü çünkü alıcı sinyali alamamıştı. Büyük bir sukut-u hayal yaşıyorken birden aklıma alıcının anteninin tam oturmamış olabileceği geldi. Cihazın anteniyle oynarken (BNC Soketle bağlıydı) cihaz birkaç kez çalışır gibi oldu. Sonra ben alıcıdaki anteni tamamen çıkardım ve cihaz mükemmel bir şekilde sinyali almaya başladı. Devre çıkışını kutudaki BNC’ye taşıdığımız kablolar uygun anten görevini yerine getirmilerdi. Okadar da uğraşmıştık antenle

İdeal anten boyu

Çalışma frekansına göre ideal anten boyu, şu şekilde hesaplanır

? = C / F

? = Dalga boyu

C: Işık hızı m/s,

F: Frekans (Hz)

Frekans 433Mhz için ?=300000000/433000000 = 0,69 metre = 69 cm olarak bulunur

Yani 433 Mhz lik bir haberleşme sistemi için dalga boyu (iki dalga arasındaki mesafe) 69cm dir.

?/4’lük ideal anten boyu ise 69/4 = 17,3 cm olarak bulunur

Teori ile pratik birbirini tutsa keşke

Şimdi düşük güç RF devrelerde çok sık kullanılan anten tiplerinden ve bazı püf noktalarından bahsedelim

Whip Anten: ?/4 Uzunluğunda bir iletken tel parçası whip anten olarak kullanılabilir. Yapımı en basit anten whip antendir diyebiliriz. Devreye empedans uyumu çok zahmetli değildir. En iyi performans için Whip anten Ground Plane’ e dik olarak yerleştirilmelidir. Yatay olarak veye 45 derecelik açıyla yerleştirilirse empedansı çok düşer . Whip antene elle dokunulduğunda rezonansı bozulduğu için el tipi uygulamalarda pek sık kullnılmaz.

Helical Anten: Whip’ten daha uzun bir iletkenin (Bakır, Çelik, Pirinç vs) yay şeklinde sarılmasıyla oluşturulan antenlere Helical anten denir. Kaç tur sarılacağı ve ne kadar uzunlukta olması gerektiği, kullanılan iletkenin cinsi, boyutu, tur çapı ve tur aralığına bağlıdır. Sargılar genişletilerek veya daraltılarak ince ayar yapılabilir. Yapımı zordur, Empedans uyumu kolay değildir ama boyutu küçüktür ve dar bantlıdır, yani seçicidir. El temasından kötü yönde etkilenir. Helical antenleri kullanırken dikkat edilmesi gereken en önemli husus devre Ground Plane’ine göre yerleşimidir. Anteni kesinlikle Ground Plane’e yakın olacak şekilde yerleştirmeyin.

Loop Anten: PCB üzerine çizilerek gerçekleştirilen bu anten özellikle kumandalarda en çok kullanılan anten tipidir. Boyutu küçüktür, dizaynı kolaydır, empedans uyumu zor değildir. Ground Plane’e ihtiyaç duymaz. El temasından olumlu yönde etkilendiği için el cihazlarında sıklıkla kullanılmaktadır.

Bu üç anten tipini bir karşılaştırmaya tabi tutarsak ortaya şöyle bir tablo çıkar.

Ground Plane Nedir?

Devredeki toprak alanının toplamına “Ground Plane” denir. Bu alanın PCB’nin altında veya üzerinde olması, boyutu ve şekli gibi faktörler devrenin performansını etkilemektedir.

Low Power RF (düşük güç RF) sistemlerde anten kullanımıyla ilgili anlatacaklarımız şimdilik bukadar.

Bu Kategoride ilerki yazılarımızda ele alacağımız konular şunlar.

Anten Empedans Uyumu (Antenna Matching). Neden gereklidir, hangi cihazlar kullanılır, Nasıl yapılır.

RF Devre PCB’leri çizilirken nelere dikkat edilmelidir?