Düşük Güç (Low Power) RF Devrelerde Antenler
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?
[...] karakteristik olarak bir Empedansa sahiptirler, bir önceki yazımızda anlattığımız gibi bu empedans bildiğimiz omik cinsten empedans değildir. Empedansta bir reel [...]
[...] yazılarımızda “Düşük güç RF devrelerde Anten seçimi”, ve “Anten empedans uyumu” konularına değinmiştik. Bu yazımızda ise RF dizaynlarda [...]
öncelikle boyle bılgı verdıgınız ıcın tesekkurler.benım anlamak ıstedıgım tam olarak elektromanyetik alan ın olusturlup ve gonderilmesı ıle alakalı.yanı bır ses devresınden alınan sinyalleri varikap dıyotlu LC devresıne bındırıp burada bobınden bır uc cıkarıp ıletkene verıp , buradanmı dalga olarak yayılıyor?
Modüle edilen sinyal bir antene aktarılmasa da kısmen elektromanyetik dalga yayılımı olur (PCB yolları ile ve çok düşük) ama daha kuvvetli bir şekilde elektromanyetik dalgalar yaymak için modüle ettiğimiz sinyali antene uygularız.
selamlar. oncelikle sitenizi cok begendigimi soylemek isterim…
benim donem projemle ilgili bir sorunum var. ilk olarak ds18b20 sicaklik sensoru udea rx ve tx alici vericim var ve iki adet 16f628a islemcim var. ccs ile olculen sicaklik degerini rf ile iletip alici tarafta lcd ekranda gostermem gerekiyor. rf konsunda cok fazla biligiye sahip degilim. sensorden alinan bilginin iletilmesi konsunda programlama asamasinda eksiklerim var. yardimci olabilrimsiniz. ornegin okudugum 8 bitlik sayisal sicaklik degerini rf den gondermem icin nasil bir program yazmali ve karsi tarafta saglikli bir sekilde okunsmasi icin nasil bir program olmali. yardim ederseniz cok tesekkur ederim simdien tesekkurler..
@oguz
Derslerde belirli bir programa uyuyorum, bahsettiğin kouya ilerde değineceğiz. Sen şimdilik şuradaki yazıları bir incele yine de takıldığın yerler olursa e-posta yoluyla sorarsın.
http://www.picproje.org/main/modules.php?name=Forums&file=search&mode=results&sid=c035c29bdd11178dd904632bb5088fa4
5-10 kHz arasında çalışan (VLF) radyo alıcısı yapmak istiyorum. Anten olarak (yayın yönünü belirlemek için) ferrit bobin türü anten kullanmam gerektiğini söylediler.
Bu frekans aralığı için ferrit antenin nasıl olması gerektiğini (uzunluğu,çapı.sipir sayısı) açıklayan bir kaynağa ihtiyacım var. Bu frekans aralığında çalışabilecek RF alıcısına air şemayı nereden bulabilirim.
Merhaba
Elimde böyle bir kaynak yok maalesef, Anten için şu sitelere
http://www.radio-electronics.com/info/antennas/ferrite_rod_antenna/ferrite_rod_antenna.php
http://www.st-andrews.ac.uk/~www_pa/Scots_Guide/RadCom/part7/page5.html
Alıcı devresi için de bunlara bakabilirsiniz
http://www-star.stanford.edu/~vlf/ulp_reciv/ulp.htm
http://home.pon.net/785/equipment/build_your_own.htm
http://sidstation.lionelloudet.homedns.org/hw-en.xhtml
http://freenet-homepage.de/dl4yhf/vlf_rcvr.htm
Kolay gelsin
Verdiğiniz kaynaklar için teşekkürler.
Bu kaynakların pek çoğu, elektronikte uzman olanlar için yararlı olabilir.
Bu devreleri yapmam imkansız gibi geliyor.
Hazırını almam gerektiğni düşünüyorum.
Hazır olan VLF radyo’lar bir çok yabancı ülkede satılıyor.
Türkiye’de bunu satan bir firmaya rastlamadım.
Şeyet bunu temin edebileceğim bir yer varsa bildirirmisiniz.
Define dedektörlerinin de aynı prensiple çalıştığını duydum. Bu dedektörlerin alıcı kısmı da bir çeşit VLF radyo gibi çalışıyormuş.
Ayrıca içinde, topraga gönderdiği bir frekans vericisi de varmış. Ben bu cihazın vericisini iptal etsem alıcı gibi kullanabilirmiyim.
Evet define dedektörleri düşük frekanslı sinyaller kullanıyor. Toprağa gönderdiği sinyalleri geri alarak aradaki faz kayması vs. gibi durumlara bakıyor. Siz bu devreyi tam olarak hangi amaç için kullanacaksınız? Ona göre belki öneride bulunabilirim.
Sayın üstadlar öncelikle merhaba.Yazınız içinde ayrıca teşekkürler , ben çok kanallı bir rf alıcı/verici devresi yapmayı düşünüyorum bu devre bir kare dalgayı da sinüs dalğayı da aynı anda farklı frekanslardan gonderecek örneğin;433.1 , 433.2 , 433.3 , 433.4 , 433.5 bu 4 kanal durmadan veri gönderiyor 433.6 , 433.7 , 433.7 , 433.7 , 433.8 bu 4 kanal ise durmadan veri alıyor soruma gelince:Bu 4 kanallık alıcı,4 kanallık verici için 1 veya alıcı ve verici için 2 anten yeterli mi yoksa her frekans değeri için (8) ayrı anten mi gerekiyor?
@CC
Transceiver kullanırsan, tek antenle hem transmit hem de receive yapabilirsin, proje içeriğinden de bahsedersen biraz daha iyi yardımcı oluruz. Buraya yazman şart değil mail de atabilirsin.
Sayın @Emrah Aydın öncelikle ilginiz için teşekkür ederim (mail adresinizi bulamadığım için buraya yazıyorum :) ) biz üniversite öğrencisiyiz ve evimizde kendi ağ sistemimizi oluşturmak için böyle bir uygulama yapmak istiyoruz wireless modemler ile yapmak istemedik.Bu sistem için ilk olarak 6 kişi aynı ağ üzerinden bağlanacak ve veri akışı sağlanacak.6 kişi için ayrı ayrı 6 anten ve devre gereklimidir yoksa bir alıcı ve bir verici devresi ile frekansları belirleyerek alıcı ve verici için 2 anten yeterlimidir, yani şöyle ki tek anten ile aynı anda farklı frekanslardan veri alma ve yine tek anten ile farklı frekanslardan veri gönderme işlemi gerçekleşebilir mi?
Çok zor bir işe niyetlenmişsin, bahsettiğin sistemi sıfırdan oluşturmak çok zor. ben size wireless modemleri kullanmanızı tavsiye ediyorum. Şevkinizi kırmak istemezdim ama yapılacak bisey yok :). Anten konusuna gelince, antenler tiplerine göre belirli bir frekans bandında çalışabilirler, örneğin 420-450 mhz aralığı gibi, bazı antenler dar bantlıdır bazıları ise geniş bantlıdır. ön hazırlık yaptın mı hiç mesela böyle bir ağ sistemi oluşturmak için kullanmayı düşündüğün alıcı verici modülleri nelerdir?
ön hazırlık olarak zaten elektronik teknisyeniyim halada okuyorum bu konuda bilgim yettiğince alıcı verici modemler hakkında araştırma yaparken udea nın modülleri ile karşılaştım aynı zamanda bilgisayar yazılımcısıyım bununda bu sistem iletişimine katkısı olacagına inanıyorum :) ama bilmiyorum henüz almadım modülleri tavsiye edebileceğiniz modüller var mıdır?
Udeanın modüllerini kullanan çok, sende o modüllerden alıp denemeler yaparak işe başlayabilirsin.
ben bir konuda bilgi almak istiyorum bitirme tezi konum rf devre analizi sentezi acaba helical anten bu konuya giriyormu tesekkürler
Konuyla çok alakalı değil bence. RF devrelerde antenler diye bir tez olsaydı helical anten konuyla daha alakalı olurdu .