Düşük maliyeti, daha az ağırlık ve daha küçük boyuta sahip olması ve gereksinime göre kolay imal edilebilmesi mikroşerit antenleri her türlü antende açık olarak ön plana çıkarmaktadır. Dahası, mikroşerit antenler çift veya tek çalışma frekans bandı ile birlikte lineer ve dairesel polarizasyon formlarının her ikisini de sağlar. Sözü geçen özellikler, mikroşerit antenlerin kompakt elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılmasını sağlarken birçok uçakta da geniş uygulama imkânı sunmaktadır. Son yıllarda büyük ilerleme kaydederek gerek günlük kullanım kalemlerinde gerekse öncelik gerektiren uçak ekipmanların da elektronik cihazların boyutunu azaltma noktasında önemli bir rol oynamıştır.

Tipik bir mikroşerit yama anteni, bir tarafı yer düzlemi olan bir dielektrik ara tabaka üzerindeki metalik bir şeritten oluşur; amacı, devrenin sadece bir taraftan korunmasıdır, ancak normal bir Mikroşerit anteni dış etkileşimi minimum seviyeye indirmek için ikinci bir kalkana sahiptir. Konfigürasyonda düzlemsel oluşu, imalatının kolay ve entegrasyon için çok uygun olması nedeniyle bu anten büyük bir araştırma ve incelemeye tabi tutulmuştur.

Bir mikroşerit anteninin diğer antenlere kıyasla sahip olduğu önemli özelliklerden bazıları şunlardır:

• İnce Profil,
• Gürbüzlük,
• Geniş Bant ve çok bantlı frekansta çalışma,
• Şekil esnekliği,
• Yapay ışıma karakteristiği.

Mikroşerit Yama Anten modelleri yapı ve konfigürasyon bakımından farklılık gösterir ancak genel olarak takip eden paragraflarda açıklandığı gibi dört temel bölümü vardır.

• Işıma Yaması

 Elektromanyetik dalgaların absorpsiyonu veya ışıması için bir alt tabakanın üst yüzeyine dağlanmış iletken metalik parça Yama olarak adlandırılır. Genellikle, bakırdan oluşur      ancak gümüş gibi diğer metaller de olabilir. Bunlar boyutlarına, uygunluklarına ve tasarımlarına bağlı olarak dikdörtgen, kare, dairesel, üçgen, eliptik, dairesel halka, disk          sektörü veya halka sektörü gibi herhangi bir geometrik şekilde tasarlanabilir. Yamanın boyutları istenilen frekans aralıklarının elde edilmesinde yardımcı olan önemli tasarım parametreleridir. Birçok farklı geometriye sahip olan her tür, kullanıldığı uygulama için kendine has özelliklere sahiptir. En çok üretilen ve kullanılan geometriler, imalat işlemlerinin ve analizlerinin kolay olması nedeniyle dikdörtgen ve dairesel konfigürasyonlardır. Buna ilaveten, dairesel tipte olanı, dikdörtgen ve diğer konfigürasyon türlerinden ayıran özellik simetrik ışıma karakteristiğine sahip olmasıdır.

•  Dielektrik Ara Tabaka

 Işıma yamasının dağlandığı üst taraf ile yer düzleminin olduğu alt taraf arasındaki malzemeye Dielektrik Ara Tabaka denir. Bunlar, malzemenin göreceli geçirgenliğinin 2.2 ila 12 arasında değiştiği bir gösterge olarak farklı dielektrik sabitleriyle (εr) geniş çeşitliliğe sahiptir. Ara tabakanın seçimini maliyet, dielektrik sabiti ve kalınlık gibi faktörler etkilemektedir. Ara tabakanın kalınlığı, frekans bant genişliği ile doğru orantılı olduğu için, geniş bant uygulaması için anten verimliliğini de arttıracak düşük dielektrik sabitli kalın bir alt tabaka istenir. ϵr = 4.3 ile FR-4 gibi ucuz cam epoksi katmanları eğitim veya prototipleme gibi amaçlarda en çok kullanılan ara tabakadır.

•  Yer Düzlemi

 Yer Düzlemi için kullanılan iletken malzeme yamanınki ile benzer olup ara tabakanın alt tarafında bulunur. Anten performansı / verimliliği, yer düzlemi boyutunun büyütülmesiyle arttırılabilir ancak optimum performans seviyesi elde edildiğinde sınırlandırılır. Yama ve yer düzlemi arasındaki saçma alanı anten için istenen ışıma karakteristiğini oluşturur.

Şekil 1: Tipik bir Mikroşerit Yama Anteni

• Besleme Teknikleri;

 Birkaç besleme tekniği mevcut olup en sık kullanılanlar Mikroşerit Besleme, Koaksiyel Prob Besleme, Aperture Coupling Besleme (ACF) ve Yakın (Proximity) Coupling Besleme (PCF)'dir. Bunların hepsi sonraki paragraflarda ayrıntılı olarak ele alınmaktadır.

1) Mikroşerit Şerit Besleme

Yamayı beslemek için basit bir iletken şeridin kullanıldığı bir besleme türüdür. Yamanın sadece bir uzantısı olarak tasarlanması ve imalatı kolay olup pozisyonu buna göre değiştirilebilir olsa da sonraları bant genişliğini sınırlamaya neden olacak ara tabaka yüksekliğini ve yapay ışımayı arttırır.

Şekil 2 : Mikroşerit Besleme Şeridi Yama Anteni

2) Koaksiyal Prob Besleme

Koaksiyel Probun iç iletkeni antenin ışıma yamasına bağlanır iken dış iletken antenin yer düzlemine bağlanır. Kalınlığı daha az olan tabakalarda tasarlanması ve imalatı kolaydır. Düşük yapay ışıma karakteristiğine ve nispeten daha dar bir bant genişliğine sahiptir.

Şekil 3: Koaksiyal Prob Besleme Microşerit Yama Anteni

3) Aperture Beslemesi (ACF)

Bu tip beslemede, yiv’e sahip yer düzlemi ile ayrılmış iki farklı ara tabaka tipi kullanılır. Alttaki ara tabakanın alt kısmında, iki ara tabaka arasındaki yer düzleminde bulunan bir yiv boyunca beslenen üst tarafın yamasına birleştirilmiş bir mikro şerit besleme hattı vardır. Bu, yamayı istenildiği gibi optimize etmeyi, performans iyileştirmede ve tasarım optimizasyonunda bağımsız şekilde beslemeyi sağlar. Genellikle, düşük dielektrik sabitine sahip üst tabaka daha kalın iken, daha ince olan alt tabaka yüksek dielektrik sabitine sahiptir. Her iki ara tabakanın ortasında bulunan yer düzlemi üst tabakayı alt tabakadan ayırır, böylece beslemeyi ışımadan izole eder ve yapay ışımaya maruz kalmayı en aza indirgeyerek polarizasyon saflığını arttırır.

,

Şekil 4: Aperture Besleme Mikroşerit Yama Anteni

4)  Yakın (Proximity) Besleme

Bu besleme mekanizmasında farklı dielektrik sabitlerinden oluşan iki alt tabaka mevcuttur. Işıma yaması, üst ara tabakanın üst yüzeyinde iken alt ara tabakanın üst yüzeyinde ise güç kaynağına bağlı bir mikroşerit bulunur. Yer düzlemi alttaki ara tabakanın alt kısmında bulunmaktadır. Mikroşerit beslemesine kıyasla bu tip besleme mekanizmasının en büyük avantajı, daha az şerit / yapay ışınıma sahip olmasıyla en geniş bant genişliğine sahip olmasıdır. Ancak, imalatında iki tabakanın düzgün hizalanması ve çok tabakalı imalatın neden olduğu karmaşıklıklar bulunmaktadır. Bu tip beslemede, eşleştirme, besleme şerit çizgisinin uzunluğu ve ışıma yamasının genişlik-boy oranı kontrol edilerek yapılır.

Şekil 5: Yakın Besleme Mikroşerit Yama Anteni

Önemli Özellikleri;

o   Bant genişliği

İstenilen aralıktaki tüm performans parametreleri ile birlikte bir antenin doğru çalıştığı frekans aralıkları, bant genişliği olarak adlandırılır. Belirtilen zamanlarda yalnızca empedans veya geri dönüş kaybı bant genişliği olabilir. Bununla birlikte, bant genişliğinin yönelici bant genişliği, polarizasyon bant genişliği ve verimlilik bant genişliği gibi diğer birkaç tanımı olduğunu da not etmek uygun olacaktır.

o   Polarizasyon

Anten polarizasyonu, anten tarafından iletilen veya alınan dalgaların yönü / karakteristiği olarak tanımlanır. Doğrusal Polarize veya Dairesel Polarize olabilir. Polarizasyon türünü tam olarak bilmek için, yankısız odada bir antenin eksenel oranı ölçülmelidir.

o   Verim

Mikroşerit öğesinden ışıyan enerjinin mikroşerit öğresinden alınan enerjiye bölünmesiyle anten verimliliği bulunur. Toplam anten verimliliği dielektrik verimliliğine (εd), yansıma verimliliğine (εr) ve iletkenlik verimliliğine (εc) bağlıdır ve aşağıdaki şekilde temsil edilir:

 ϵ = ϵd . ϵr  . ϵc

 Nitekim, iletkenlik verimliliği ve dielektrik verimliliğini hesaplamak zor olduğu için toplam anten verimliliği genel olarak

 Verim = Işıyan Enerji / Alınan Enerji şeklinde ifade edilir.

o   Geri dönüş kaybı

Güç kaynağından antene aktarılan efektif enerji ölçülerek geri dönüş kaybı olarak adlandırılır. Antene gönderilen enerji (P_in) ile antenden dönen enerji (P_r) arasındaki farktır.

 Dönüş Kaybı = 10 log₁₀ (P_in / P_r)

o   Işıma Karakteristiği

Bir antenin ışıma özelliklerinin grafikle gösterimi ışıma karakteristiği olarak adlandırılır. Loblar olarak bilinen bir Işıma Karakteristiğinin farklı parçaları vardır. Her lob, büyük lobun sahip olduğu maksimum değerden farklı ışıma yoğunluğuna sahiptir. Yan lob, ana loba bitişik olması amaçlanan yönden farklı bir yöndedir. Benzer şekilde, arka lob, ana loba bitişik ancak 180 ⁰ tersindedir.

Şekil 6: Işıma Karakteristiğinin Lobları

o   Işıma Yoğunluğu

Birim tam açı başına bir antenden ışıyan enerji ışıma yoğunluğudur.

o   Güç Kullanma Kapasitesi

Bir antenin güvenle kullanabileceği ve normal çalışma koşullarında tüm operasyonel parametreleriyle normal şekilde çalışabileceği maksimum güçtür. Güç kullanma kapasitesi antenin aralığı ile doğru orantılıdır.

o   Giriş Empedansı

Giriş portundaki gerilimin akıma oranı Giriş Empedansı olarak tanımlanır. Her ikisi de bir iletim hattında dağılmış büyüklükler ve onun üstündeki konumlarının bir fonksiyonudur. Yük empedansı, sabit iç empedansa sahip bir kaynaktaki maksimum enerjinin yüke aktarılması için kaynağın empedansına eşit olmalıdır. Bu nedenle empedans uyumu çok önemlidir ve bir iletim hattı tasarlarken normal olarak 50 empedans kullanılır. Empedans uyumu yapıldığında, kaynak ile bir yük arasında maksimum güç aktarımı gerçekleşir.

o   Tasarım Metodolojisi

Bir antenin tasarım ve imalat süreci, aşağıda belirtilen belirli adımları içerir:

o   Teorik tasarım

Tasarım süreci için seçilecek en temel parametreler, çalışma frekansı, ara tabakanın dielektrik sabiti ve dielektrik sabitinin yüksekliğidir. Formüller ve mevcut verilerden yararlanarak, belirli bir frekans aralığında tasarlanacak anten boyutları hakkında genel bir fikir veren bazı hesaplamalar yapılır. Bu boyutlar, istenilen frekans ve dielektrik sabiti ile birlikte yazılım tasarımımızın asıl girdileridir.

o   Yazılım tasarımı

Tüm elektromanyetik çözücüler, Maxwell denklemini farklı formlarda çözmeye dayanmaktadır. Anten tasarımında kullanılabilen birçok yazılım vardır. Her birinin artıları ve eksileri olsa da en çok IE3D, CST veya Matlab kullanılır. Yazılım tasarımı aşamasında, bir antenin tüm performans parametrelerini görebilirsiniz. Bunun yanı sıra, birçok parametreyi istenilen seviyeye kadar getirmek ve kontrol etmek ve için literatürde mevcut birçok teknik bulunmaktadır.

o   İmalat süreci

Son yazılım tasarımı Anten Tasarımı Yazılımı'ndan Gerber Dosyası türünde eksport edilir. Anten imal ederken freze makinesi kullanılır ki böylece döner kesiciler sayesinde giren dosyaların boyutuna göre iki katmanlı panelden bakır doğru şekilde çıkabilsin. Anten tasarım yazılımından elde edilen Gerber dosyaları, freze makinesine girerek bakırın çıkarıldığı ve delikler açıldığı girdi dosyalarıdır.

o   Performans ölçümü

Yankısız bölme, metalik dış yüzeyin neden olduğu dış müdahalelerden kaynaklanan yankı / yansımaları önleyerek antenin performans özelliklerini ölçmeye olanak tanır. Bir prototip mükemmel şekilde hazır olduğunda, performans parametrelerinin gerçek çalışma koşullarında kontrol edilmesi gerekir. Vektör ağ çözümleyici, anten performansının ölçümünde kullanılan en kullanışlı ekipmanlardan biridir. Geri dönüş kaybını, Kompleks Empedansını, VSWR’i, kazanç ve ekleme kaybını ölçmek için kullanılır. Test edilecek anten, ağ çözümleyicinin portuna bağlanır ve yankısız bölmeye yerleştirilir. Tüm performans parametreleri ağ çözümleyicisinde görülebilir, kaydedilebilir ve analiz edilebilir.

o   Uçaklardaki Uygulaması

Mikroşerit antenlerin popülaritesi yakın geçmişte büyük ölçüde artmıştır. Çünkü, uçak veya füze gibi araç yüzeyleri için sürüklenmeye neden olmaksızın çok kolay birleştirilebilen / bütünleştirilebilen ince düzlemsel konfigürasyon sağlarlar. Baskılı devre kartlarının kullanıldığı kolay imalat, antenin geri kalan devre kartına kolay şekilde birleştirilebilmesi, bu tip aktif antenler yapmak için donanım ekleme esnekliği, mikroşerit antenleri aerodinamik özellikleri de göz önünde bulundurulduğunda herhangi bir uçak veya füze uygulaması için özel ve öncelikli tercih yapmaktadır.

o   GPS

Yüksek geçirgenlik değerine sahip ara tabaka ile dairesel kutuplaşmaya sahip olan Mikroşerit Yama Antenleri, GPS’ler için favori bir tercihtir. Bu antenlerin boyutları çok küçük olup ve yaygın bir nüfus tarafından kullanılan arazi / araç navigasyonu, uçak, füze ve gemilerin kendi pozisyonlarını doğru bir şekilde hesaplamaları için kullanılan milyonlarca GPS alıcısı bu anten tiplerini kullanmaktadır.

o   Kablosuz / Uydu İletişimi

Küçük, düşük maliyetli ve düşük profilli olan anten herhangi bir kablosuz uygulama için mükemmel bir seçimdir. Microşerit yama antenleri hem havacılık / uçak uygulamalarında hem de kamu sektöründe kullanılan kablosuz iletişim için gerekli olan kunt tasarım gereksinimlerini sağlamaktadır. Uydu iletişimi için dairesel polarizasyon, kare veya yuvarlak yama kullanılarak elde edilebilir.

o   Trafik İkaz ve Çarpışmayı Önleme Sistemi (ATCS)

Bu sistem, iki uçağın havada yaşayabilecekleri herhangi bir çarpışmaya karşı son savunma tedbiri olarak modern uçaklardaki kokpit bilincini arttırmaya yönelik bir hizmettir.

Bu sistemin şu anda dünya çapında kullanılan yapılandırmasında, yönlü antenler olarak kullanılan dört tek kutuplu öğe ve çok yönlü anten olarak tek bıçak tipi öğe kullanılmaktadır. Fakat, şu anki mevcut antenlerin daha düşük kazanç ve daha geniş radyo dalgası genişliği gibi bazı performans zayıflıkları vardır. Bunlara ilaveten, operatörlerin karşılaştığı frekans ayarı veya radyo dalga taraması gibi belirli konular mevcuttur. Bütün bu sorunlar bir araya geldiğinde ise potansiyel bir tehdidin zamanında tanınması zorlaşabilir.

Mikroşerit anteninin tüm bu çok yönlü özellikleri göz önünde bulundurularak TCAS uygulamasına yönelik kullanılabilecek mikroşerit anten tasarımları üzerinde durulmaktadır. Bu tip antenlerin, avionik cihazlar gibi, tasarım sadeliği, hafiflik ve yüksek performans gibi gereksinimleri ve standartları yerine getirmesi bekleniyor.

o   Askeri Uygulamalar

Günden güne değişen teknolojiyle birlikte, bir uçağın her türlü riskli veya tehlikeli durumdan kendisini koruyabileceği düşünülmektedir. Özellikle, askeri uçaklar kendilerini herhangi bir elektronik saldırıdan koruyacak şekilde tasarlanmaktadırlar.

Bu amaca hizmet edecek antenlerin öncelikli olarak frekans çevikliğine sahip olması gerekir. Doğada yeniden konfigüre edilebilen bir mikro şerit anten, çoklu-ara tabakalar sayesinde örneğin uçağın yüzeyine doğrudan yerleştirilen bir örtü tabakası ile bu önemli özelliğe sahip olabilirler. Böylece, mikro şerit antenin empedans bant genişliği büyük ölçüde artacaktır. Bu tip bir anten, belirli bir yüksek performansa sahip uçaklar için kullanılabilir.

Son ama önemli olarak, daha geniş kapsama açısı, mikro şerit anten dizilerinin bazı düşük profilli olan kavisli yüzeye yerleştirilmesi ile elde edilebilir. Bu yüzeyler, uçak veya füze gövdesine, kanadına veya iskeletine uyan şekillerle bir araya getirilebilir ve böylece birçok uygulama için bu tip antenlerin kullanımı artar. Tek kavisli yüzey, uçak kanadına, gövdesine veya dış bölmelerine uyan yaklaşık bir şekil olarak da kullanılabilir. Böyle bir tasarım ile radar ve iletişim sistemleri de dâhil olmak üzere tüm savunma uygulamalarında aynı zamanda düşman tarafından tespit edilmeyi de önleyerek mikro şerit anten kullanımını kolaylaştırması bekleniyor.

Şekil 7: Mikroşerit Yama Anteninin Uyumlu Dizisi

Şekil 8: Mikroşerit Yama Anten Dizisi- Uçaktaki Uygulaması