Obrázok 1. Oblasti hlavného a bočného laloku používané na definovanie účinnosti lúča antény.
Čo je účinnosť lúča antény?
Účinnosť lúča antényÚčinnosť hlavného lúča, nazývaná aj účinnosť hlavného lúča, je zlomok celkového vyžarovaného výkonu antény, ktorý spadá do definovanej oblasti hlavného lúča. Odpovedá na praktickú konštrukčnú otázku: koľko dostupného žiarenia sa koncentruje smerom k zamýšľanému uhlovému sektoru namiesto toho, aby sa rozdeľovalo do bočných lalokov a zadného laloku?
V prípade prijímacej antény umožňuje reciprocita vnímať tú istú myšlienku ako podiel prijatého výkonu zhromaždeného cez hlavný lúč, keď sú okolité pole a polarizačné podmienky definované konzistentne. Účinnosť lúča je preto obzvlášť užitočná v radare, rádiometrii, satelitných spojoch, mikrovlnných systémoch typu bod-bod a meraní antén, kde energia prichádzajúca z nechcených smerov alebo odchádzajúca z nich môže znížiť presnosť alebo zvýšiť rušenie.
Na obrázku 1 je hlavný lalok centrovaný na osi z. Ak je uhol kužeľa θ1označuje prvú nulovú hodnotu alebo inú explicitne špecifikovanú hranicu hlavného lúča, účinnosť lúča sa vypočíta integráciou výkonového diagramu vo vnútri tohto kužeľa a jeho vydelením výkonom integrovaným cez celý vyžarovací diagram.
Vzorec pre účinnosť lúča antény
Použitie normalizovaného výkonového vzoru Pn(θ,φ) je všeobecný výraz pre účinnosť lúča uvedený nižšie:
Čitateľ predstavuje výkon obsiahnutý vo vybranom priestorovom uhle diaľkového lúča, Ω.MBMenovateľ predstavuje celkový vyžiarený výkon integrovaný cez 4π steradiánov. Výsledná hodnota ηB, je bezrozmerná a zvyčajne sa udáva v percentách.
- Pn(θ,φ)je normalizovaný výkonový vzorec. Ak sa použijú namerané údaje o elektrickom poli, zodpovedajúci výkonový člen je úmerný |E|2.
- ΩMBje špecifikovaná oblasť hlavného lúča, často ohraničená prvými nulovými bodmi alebo definovaným uhlom kužeľa.
- θ a φsú súradnice elevácie a azimutu používané na opis celého vyžarovacieho diagramu.
Hranica hlavného lúča musí byť vždy uvedená s výsledkom. Dve laboratóriá môžu získať rôzne číselné hodnoty z toho istého vzoru, ak jedno integruje do prvého nulového bodu, zatiaľ čo druhé použije pevný uhlový kužeľ. Pre približne rotačne symetrický ceruzkový lúč možno integráciu zjednodušiť, ako je znázornené v nasledujúcom výraze.
Ako sa meria účinnosť lúča antény?
Účinnosť lúča sa získava z údajov o vyžarovacom diagrame, a nie z jedného odčítania z osi zámeru. Môže sa použiť kalibrovaný systém vzdialeného poľa, testovací systém kompaktnej antény alebo systém blízkeho poľa s validovanou transformáciou vzdialeného poľa. V prípade fázovaných anténnych sústav by sa meranie malo opakovať pre každý požadovaný stav lúča, frekvenciu a polarizáciu, pretože chyby skenovania a amplitúdy alebo fázy môžu prerozdeliť výkon do bočných lalokov.
- Zmerajte vyžarovací diagramv dostatočnom uhlovom pokrytí, ktoré zahŕňa hlavný lúč, bočné laloky a zadný lalok.
- Preveďte namerané pole na výkonový diagrama aplikovať rovnakú normalizáciu na každú uhlovú vzorku.
- Definujte hranicu hlavného lúča, ako napríklad prvý nulový obrys alebo zadaný uhol kužeľa.
- Integrujte silu v rámci tejto hranicea vydeľte ho integrovaným výkonom cez celý vzor.
- Nahláste testovacie podmienky, vrátane frekvencie, polarizácie, stavu lúča, uhlového rozlíšenia a definície hraníc.
Dvojica dvojrozmerných rezov v rovine E a rovine H môže ukázať šírku lúča a správanie bočných lalokov, ale zvyčajne neposkytuje úplnú trojrozmernú hodnotu účinnosti lúča, pokiaľ nebola zdôvodnená rotačná symetria. Celosférické alebo dostatočne úplné údaje o vzore poskytujú obhájiteľnejší výsledok. Získajte viac informácií o RF MISO.možnosti testovania antén.
Účinnosť lúča vs. iné pojmy týkajúce sa účinnosti antény
Účinnosť lúča vs. účinnosť žiarenia
Účinnosť žiareniaporovnáva vyžarovaný výkon s výkonom prijatým anténou, a preto odráža straty vo vodičoch a dielektriku.Účinnosť lúčaopisuje, kam smeruje vyžarovaný výkon. Anténa môže mať nízke vnútorné straty, ale stále skromnú účinnosť lúča, ak sa v bočných alebo zadných lalokoch objaví značný výkon.
Účinnosť lúča vs. smerovosť a zisk
Smerovosťopisuje maximálnu koncentráciu vyžarovacieho diagramu vzhľadom na izotropný žiarič. Zisk kombinuje smerovosť s účinnosťou žiarenia, zatiaľ čo realizovaný zisk zohľadňuje aj impedančný nesúlad. Účinnosť lúča je odlišná, pretože integruje výkon v celej uhlovej oblasti namiesto hodnotenia iba smeru píku.
Účinnosť lúča vs. šírka lúča
Šírka lúča pri polovičnom výkone je uhlová šírka medzi bodmi -3 dB hlavného laloku. Úzky lúč často sprevádza vysoká smerovosť, ale sám o sebe nedokazuje vysokú účinnosť lúča. Vyžarovací diagram môže mať úzky vrchol a stále vysielať značnú energiu do bočných lalokov. Šírka lúča a úroveň bočných lalokov sa preto musia posudzovať spolu s integrovanou hodnotou účinnosti lúča.
Čo riadi účinnosť lúča antény?
1. Úrovne bočných a zadných lalokov
Výkon mimo vybranej oblasti hlavného lúča priamo znižuje účinnosť lúča. Vysoké bočné laloky môžu byť dôsledkom diskontinuity clony, rozostupu polí, chýb amplitúdy alebo profilu osvetlenia, ktorý nebol optimalizovaný pre požadovaný vzor. Spätné žiarenie a rozptyl od blízkych štruktúr môžu mať podobný účinok.
2. Osvetlenie clony a zúženie amplitúdy
Apertúrne antény a sústavy využívajú rozloženie amplitúdy cez vyžarovaciu apertúru. Takmer rovnomerné rozloženie môže viesť k úzkemu hlavnému lúču a vysokej smerovosti, ale môže tiež viesť k relatívne vysokým bočným lalokom. Použitie zúženia amplitúdy môže potlačiť bočné laloky a umiestniť viac celkového výkonu diagramu do požadovanej oblasti, hoci nadmerné zúženie môže rozšíriť hlavný lúč a znížiť špičkový zisk alebo účinnosť apertúry. Najlepšie nastavenie je preto kompromisom špecifickým pre danú aplikáciu.
3. Prelievanie krmiva a štrukturálne blokovanie
V reflektorovej anténe sa energia, ktorá minie reflektor, prelieva a neprispieva k požadovanému hlavnému lúču. Podpery napájania, subreflektor alebo blízke hardvérové prvky môžu tiež blokovať alebo rozptyľovať časť apertúrneho poľa. Správny výber napájania, umiestnenie ohniska a mechanické zarovnanie pomáhajú kontrolovať tieto straty a nežiaduce laloky.
4. Fázové, amplitúdové a povrchové chyby
Fázová nerovnováha medzi prvkami anténneho systému, nerovnomerné straty napájania, výrobná tolerancia, chyba povrchu reflektora a skreslenie radomu môžu odviesť energiu od zamýšľaného lúča. Tieto účinky sa zvyčajne stávajú dôležitejšími so zvyšujúcou sa frekvenciou, pretože fixná rozmerová chyba predstavuje väčší zlomok vlnovej dĺžky.
5. Čistota polarizácie
Niektoré definície účinnosti lúča zahŕňajú iba výkon v požadovanej polarizácii. Krížovo polarizované žiarenie vo vnútri alebo mimo hlavného lúča potom môže znížiť uvádzanú hodnotu. Polarizácia by mala byť konzistentne špecifikovaná v simulácii, meraní a systémových požiadavkách.
Účinnosť lúča, šírka lúča a šírka pásma sú rozdielne
Účinnosť lúčaje integrovaný pomer uhlového výkonu.Šírka lúčaopisuje uhlovú šírku hlavného laloku na stanovenej úrovni, bežne v bodoch polovičného výkonu alebo -3 dB.Šírka pásma antényopisuje frekvenčný rozsah, v ktorom sú splnené vybrané požiadavky. Tieto parametre sa navzájom ovplyvňujú, ale nie sú zameniteľné.
Návrh si môže udržať prijateľnú VSWR v širokom frekvenčnom rozsahu, zatiaľ čo smer lúča, úroveň bočných lalokov alebo účinnosť lúča sa podstatne menia v blízkosti okrajov pásma. Výkon diagramu by sa preto mal overovať na niekoľkých frekvenciách, a nie odvodzovať iba zo šírky pásma impedancie. Podrobný popis definícií frekvenčného rozsahu nájdete v častiŠírka pásma antény.
Ako sa dá zlepšiť účinnosť lúča?
- Zvoľte zúženie clony, ktoré vyvažuje potlačenie bočných lalokov, šírku hlavného lúča a zisk.
- Optimalizujte polohu reflektora a jeho napájanie, osvetlenie okrajov a prelievanie.
- V poliach použite vhodný rozstup prvkov a presné riadenie amplitúdy alebo fázy, aby ste predišli mriežkovým lalokom.
- Znížte blokovanie, rozptyl káblov a nežiaducu interakciu s montážnou konštrukciou alebo radomom.
- Riaďte tolerancie obrábania, presnosť povrchu a zarovnanie pri najvyššej prevádzkovej frekvencii.
- Overte kopolárne a krížové pólové vzory v celom prevádzkovom pásme a v každom požadovanom stave lúča.
Kde je najdôležitejšia účinnosť diaľkových svetiel?
Účinnosť diaľkového lúča je obzvlášť cenná, keď je potrebné obmedziť výkon alebo prijímanú energiu na presne definovaný smer. Medzi typické príklady patria radar na sledovanie a zobrazovanie cieľov, satelitné komunikačné spojenia, rádioastronómia a rádiometria, mikrovlnné spojenia bod-bod, reflektorové napájacie systémy, kalibračné antény a elektronicky riadené anténne sústavy.
Neexistuje univerzálne percento účinnosti lúča, ktoré by bolo správne pre každú anténu. Užitočná požiadavka musí uvádzať prevádzkovú frekvenciu, polarizáciu, stav lúča a uhlovú hranicu spolu s prijateľným správaním bočných a zadných lalokov. Vďaka tomu sú údaje od dodávateľa, simulácie a namerané výsledky priamo porovnateľné.
Čo by si mali kupujúci skontrolovať v technickom liste antény?
Ak je dôležité ovládanie lúča, nehodnoťte anténu iba na základe maximálneho zisku. Opýtajte sa výrobcu, aké údaje o diagrame a testovacie podmienky sú k dispozícii pre presný model a frekvenčný rozsah.
- Prevádzkový frekvenčný rozsah a frekvencie používané na meranie vzorov
- Zisk, šírka lúča s polovičným výkonom a úroveň prvého bočného laloku v závislosti od frekvencie
- Kopolárne a krížovo-polárne vyžarovacie diagramy v požadovaných rovinách alebo cez sférické skenovanie
- Uhlová hranica a polarizácia použité na výpočet účinnosti lúča, ak je táto hodnota špecifikovaná
- VSWR, rozhranie konektora alebo vlnovodu, manipulácia s výkonom a požiadavky na prostredie
- Mechanické tolerancie, montážne usporiadanie a akákoľvek konfigurácia radomu alebo reflektorového napájania
Riešenia mikrovlnných antén RF MISO
Spoločnosť RF MISO dodáva mikrovlnné a milimetrové vlnové antény na meranie, radar, komunikáciu a systémovú integráciu. Medzi relevantné produktové rady patriaštandardné ziskové trychtýrové antény, reflektorové antényaanténne sústavyŠpecifikácie špecifické pre daný model a dostupné testovacie údaje by sa mali porovnať s požadovanou frekvenciou, polarizáciou, ziskom a charakteristikou vyžarovacieho diagramu.
Pre výber antény alebo prispôsobené požiadavky,kontaktujte RF MISO at info@rf-miso.com.
Čas uverejnenia: 12. júla 2024
