Eşdeğer akımlar yöntemiyle yakın elektromanyetik alanı uzak alana dönüştürme

Gelişen teknoloji sayesinde antenler, yüksek frekanslarda daha az kayıplı daha yüksek kazançlı olarak tasarlanıp üretilebilmektedir. Anten test sistemleri düzeneklerinin gereksinimleri de gitgide daha hassas sonuçlar gerektirmektedir. Antenin uzak alanda ışıma modelinin ölçümü, daha gelişmiş antenlerin tasarlanması ve üretilmesinde önemli bir konudur. Anten uzak alan ışıma paterninin ölçümü için kullanılan teknikler doğrudan ve dolaylı ölçüm olarak iki gruba ayrılmaktadır. Doğrudan ölçümler bir yansımasız odada ya da dış ortamda yapılabilmektedir. Doğrudan ölçümde bulunan sonuçlar hiçbir dönüşüm gerektirmeksizin kullanılabilmektedir. Bir antenden yayılan elektromanyetik alanın dağılımı antenden uzaklaştıkça kademeli olarak değişir. Antenin çevresindeki mesafe, temelde yakın alan ve uzak alan bölgeleri olarak iki ana bölgeye ayrılmaktadır. Antenlerin uzak alan testleri bir yansımasız odada ya da dış ortamda, çeşitli ön şartların sağlanması halinde yapılabilmektedir. Doğrudan ölçümler antenin uzak alanında yapılmaktadır. Anten, yansımasız odada doğrudan ölçülmek istenirse ya oda boyutlarının çok büyük ya da anten çapının çok küçük olması gerekmektedir. Anten, dış ortamda doğrudan ölçülmek istenirse, sağlanması gereken gereksinimler bazı zorlukları da beraberinde getirmektedir. Anten dış ortamda ölçüldüğünde çevreden gelecek interferanslar engellenmelidir. Antenin gönderdiği gücün anten etrafındaki objelere çarpıp geri yansıması engellenmelidir. Bu gereksinimin sağlanması için antenin, çapının dört katı büyüklüğünde bir platform üzerinde test edilmesi gerekmektedir. Ayrıca anten testi dış ortamda yapıldığında hava durumuna bağımlılık söz konusudur. Yağmurlu karlı havalarda yansıma ve kırılmalar fazla olacağından güneşli havalar tercih edilmelidir. Tüm bu zorluklardan kaçınmak ve testlerin hassas sonuçlar vermesi istenmesi halinde antenler bir yansımasız odada, yakın alan bölgesinde test edilip, sonuçlar bazı matematiksel dönüşümler kullanılarak uzak alana taşınmalıdır. Bu tez kapsamında antenlerin test gereksinimleri, uzak alan yakın alan bölgeleri açıklanmıştır. Yakın alan bölgesinde yüksek frekanslı antenlerin test edilmesi için gereksinimler tanımlanmıştır. Mekanik ölçüm sistemleri hakkında genel bilgi verilmiş olup, tez kapsamında düzlemsel ölçüm sistemi temel alınmıştır. Test sonuçları girdisi olarak, gerçek bir antenin testinden alınan yakın alan ve uzak alan verisi bulunmamaktadır. Bunun yerine matematiksel formülasyonu kullanılarak kolay ve pratik olarak paterni çizdirilebilecek teorik bir dipol anteni kullanılmıştır. Dipol anteninin paterni yakın alan ve uzak alan için çizdirilmiştir. Yakın alanda çizdirilen dipol anteninin yönlendiriciliği artırılmış, uzak alanda yönlü bir antenin test sonuçlarının transformu verilmiştir. Uzak alanda çizdirilen dipol anteninin paterni ile yakın alan uzak alan transformasyonu sonucu elde edilen patern karşılaştırılmıştır. Bu sonuçlar üzerinden metrik bir hata değeri bulunmuştur. Yakın alanı uzak alana dönüştürürken eşdeğer alan prensibi (Huygens Prensibi) kullanılmıştır. Eşdeğer alan prensibi detaylı olarak tez kapsamında açıklanmıştır. Bu prensibe göre, yakın alanda bir S yüzeyinde ölçülen elektrik ve manyetik alanlar, yüzey akım yoğunluklarına çevrilmişlerdir. S yüzeyinin içinde elektrik ve manyetik alanların sıfır olduğu ve bulunan akım yoğunluklarının birer sanal kaynak olduğu Love teoremi temel alınarak tanımlanmıştır. Bu sanal kaynakların uzak mesafelere yaptıkları ışıma karakteristiğini veren formülasyon detaylı olarak açıklanmıştır. Dönüşüm işlemleri akış şemasında gösterilmiş, Matlab Programında geliştirilmiş kaynak kodu kullanılarak yakın alandan uzak alana dönüştürme işlemi tamamlanmıştır. Bunun sonucunda çıkan teorik değerler detaylı biçimde incelenmiş ve tez sonunda verilmiştir.