Anten nedir (Basit Anlatımda) ?

Anteni basitçe tanımlamak gerekirse, elektromanyetik dalgaların yayılımını sağlayan elemanlardır. Birçok tipte antenler var ama bu yazımızda olayın mantığını verebilmek adına sadece iki anten tipinden ve bunların mantığından bahsedeceğim. Bahsedeceğim antenler Şekil 1’deki dipol (çift kutuplu) ve Şekil 2’deki monopol (tek kutuplu) antenler olacak. Ağırlıklı olarak da antenin mantığını çift kutuplu anten üzerinden vermeye çalışacağım. Bu antenlerin mantığını vermeden önce, daha önceki yazımız olan Elektromanyetik dalga nedir ve nasıl oluşur isimli yazımızı okumanızı şiddetle tavsiye ederim, çünkü o yazımızda elektromanyetik dalga oluşum mantığı veriliyor ve bu mantık antenlerde oluşan elektromanyetik dalga oluşumu ile çok yakından ilişkilidir. Antenlerde gerçekleşen ışıma da yine o yazımızda göreceğiniz Maxwell Denklemleri ile yakından ilişkilidir. Bu yüzden o yazıya göz atmakta büyük fayda var.

Şimdi gelelim antenlerdeki ışıma olayına. Çok derin bir teoriye girmeden yüzeysel olarak olayın mantığını anlatmaya çalışacağım. Fakat, öncelikle şunu da belirtmekte fayda var, bana göre bir olay veya durumu, hatta bir dersi vs.’yi iyi anlamaktaki temel şey öncelikle amacı anlamaktır. Amacı bir omurga olarak aldıktan sonra, geri kalan her şeyi bu omurgaya bindirerek genel bir yapıya kavuşmak en sağlıklı ve akılda kalıcı yöntem olacaktır diye düşünüyorum. O yüzden size amaçla başlıyorum.

1. En temelde amaç antenler vasıtası ile kablosuz bir haberleşme sağlamaktır. Daha bu amaçta bile şunu diyebiliriz ki kablosuz olduğu için bir kere antenler bizi en başta fazla kablo derdinden kurtarır ve geniş alanda farklı bölgelerle aynı anda haberleşmeyi sağlar.
2. Peki madem antenlerin olayı kablosuz haberleşme ile ilgili o zaman kablosuz haberleşmenin mantığını kısaca verelim. Kablosuz haberleşme, modülasyon tekniğine dayanır, ama buna bu yazıda girmeyeceğim, ayrı bir yazıda yine basit bir mantıkla modülasyondan bahsetmeyi de planlıyorum. Burada şunu bilmemiz şimdilik yeterli, modülasyonlardaki temel amaç bir yüksek frekansa bindirilen daha küçük frekanstaki bilgi sinyallerinin, bu yüksek frekanslar içerisinde taşınmasıdır. Buradaki yüksek frekanslı sinyal ışık hızında yayılan belirli bir elektrik ve manyetik alanı beraber içeren ve adına da elektromanyetik dalga ışıması dediğimiz yayılım ile oluşur. Demekki elektromanyetik dalganın bir şekilde oluşması lazım. Yani elektrik dalgası ve manyetik dalganın bir arada oluşması lazım. Bunu da önceki yazımız olan Elektromanyetik dalga nedir ve nasıl oluşur isimli yazımızda anlatmıştık. Ki o yazıya baktığınızda elektromanyetik dalganın elektrik alan(dalga) ve manyetik alan(dalga)nın zamana göre değişimiyle nasıl birbirlerini oluşturduklarını Maxwell denklemlerinin de yardımıyla görmüştük.
3. İşte bu noktada artık antenin görevi kafanızda yavaş yavaş canlanmıştır diye tahmin ediyorum. Gelelim o zaman bu alanların anten diye kullanılan elementlerle nasıl oluştuğuna. Öncelikle Şekil 1’deki dipol antene yani çift kutuplu antene baktığımızda, Şekil 1’in alt kısmındaki AC kaynaktan çıkan akım biliyorsunuz elektron yüklerini taşımaktadır. Bu yükler çift kutuplu antenin olabildiğince uç noktalarına ilerlerler. Bu ilerleme negatif yüklerin o anki ilerleme sırasında herhangi bir kutbun en ucuna kadar gitmesi ve negatif yüklerin yokluğundan kaynaklı oluşan pozitif yüklerin ise diğer kutbun en ucunda birikmesi şeklindedir.
4. Şimdi pozitif ve negatif yükler en uçta biriktiğine göre, temel lise bilgisinden de bildiğiniz üzere pozitif yüklerden negatif yüklere doğru elektrik alan(dalga) oluşur. Daha sonra Maxwell’in Ampere denklemi ile ispat ettiği gibi d/dt değişimi gereği yani zamanla bu elektrik alanın değişmesi de manyetik alanı(dalgayı) oluşturur. Yine Maxwell’in Faraday denklemi ile ispat ettiği gibi yeni oluşan bu manyetik alan da AC kaynak ile sürekli bir zamana bağlı değişim olduğu için yani d/dt değişiminden dolayı bu kez tekrar elektrik alanı oluşturuyor. Böylece AC kaynakta yüklerin yani akımın taşıdığı yükler sürekli değiştiği için bu alanlar sürekli birbirini oluşturarak elektrik dalgası+manyetik dalgayı oluşturmuş yani elektromanyetik dalgayı oluşturmuş oluyorlar.

5. İşte demek ki özellikle Şekil 1’deki çift kutuplu ve Şekil 2’deki tek kutuplu antenlerin ucunun bir nevi sivri şekilde dizayn edilmesinin mantığı da burada yatıyor. Yani yüklerin gidebileceği bir uç nokta olsun diye tek ve çift kutuplu antenler dizayn edilmiştir. Tek kutuplu anteni de kısaca açıklayalım. Tek kutuplu anten de çift kutuplu antene oldukça benzer bir şekilde yine negatif yükler bu antenin tek ucunda birikirken, imaj teoremine göre bir nevi negatif yük sayısı kadar pozitif yükün antenin toprak altında yani imajında oluştuğu kabul edilir ve yine negatif yüklerden toprak altında olduğu varsayılan pozitif yüklere doğru oluşan elektrik alan ile elektromanyetik dalgayı oluşturmaya başlıyor. Devamında tıpkı çift kutuplu antende olduğu gibi Maxwell denklemlerine göre oluşan elektrik alandan manyetik alan; oluşan manyetik alandan da tekrar elektrik alan oluşarak, bu şekilde bir elektromanyetik dalga yayılımı gerçekleşmiş oluyor. Bu noktada şunu sorabilirsiniz, çanak anten ne oluyor o zaman, onun uç noktası yok diyebilirsiniz. Bunu da ilerde, başka bir yazıda anten tipleri ve görevleri şeklinde bir yazı ile açıklamayı düşünüyorum. Burada önce antenin mantığını iyi anlarsak, çeşitli anten tiplerinin neden o şekilde dizayn edildiklerini de daha rahat anlayabiliriz.

6. Sonunda da haberleşmeyi yapmak için c=λ.f formülünce belirli bir frekansa uygun boyutta λ, λ/2 veya λ/4 boyutlarında bir anten boyu seçilir, bunun sebebi bir antenin genelde en güzel ve verimli ışımaları bu boyutlarda yapmasındandır. Ardından o frekans kullanılarak modülasyonun da yardımıyla bilgi gönderilmiş olur.

7. Bilginin yine bir başka anten ile alınması da biraz önceki olayın tam tersi şeklinde, yani bu kez önce dalga antene gelir, sonra dalga bu kez antenin ucunda akıma dönüşmeye başlar ve akım şeklinde antenden alıcı kablosuna doğru ilerler. Sonra alıcı mekanizmada işlenir. Basitçe bu şekilde açıklayabiliriz.

Başka bir yazıda buluşmak dileğiyle, hoşçakalın!