1. attēls. Tālās un sānu staru daivas apgabali, ko izmanto, lai noteiktu antenas staru kūļa efektivitāti.
Kas ir antenas stara efektivitāte?
Antenas stara efektivitāte, ko sauc arī par tālā stara efektivitāti, ir antenas kopējās izstarotās jaudas daļa, kas ietilpst noteiktā tālā stara apgabalā. Tā atbild uz praktisku konstrukcijas jautājumu: cik daudz pieejamā starojuma tiek koncentrēta paredzētajā leņķiskajā sektorā, nevis sadalīta sānu daivās un aizmugurējā daivā?
Uztverošās antenas gadījumā savstarpīgums ļauj aplūkot to pašu ideju kā uztvertās jaudas daļu, kas savākta caur galveno staru kūli, ja apkārtējais lauks un polarizācijas apstākļi ir definēti konsekventi. Tāpēc stara efektivitāte ir īpaši noderīga radaros, radiometrijā, satelītu sakaros, punktveida mikroviļņu sistēmās un antenu mērījumos, kur enerģija, kas pienāk no nevēlamiem virzieniem vai aiziet uz tiem, var samazināt precizitāti vai palielināt traucējumus.
1. attēlā galvenā daiva ir centrēta uz z ass. Ja konusa leņķis θ1iezīmē pirmo nulli vai citu skaidri noteiktu galvenā stara robežu, stara efektivitāti aprēķina, integrējot jaudas modeli šajā konusā un dalot to ar jaudu, kas integrēta visā starojuma modelī.
Antenas stara efektivitātes formula
Izmantojot normalizēto jaudas modeli Pn(θ,φ), vispārīgā stara efektivitātes izteiksme ir parādīta zemāk:
Skaitītājs apzīmē jaudu, kas atrodas izvēlētajā tālās gaismas telpiskajā leņķī, Ω.MBSaucējs apzīmē kopējo izstaroto jaudu, kas integrēta 4π steradiānos. Iegūtā vērtība ηB, ir bezdimensiju un parasti tiek norādīts procentos.
- Pn(θ,φ)ir normalizētais jaudas modelis. Ja tiek izmantoti izmērīti elektriskā lauka dati, atbilstošais jaudas loceklis ir proporcionāls |E|2.
- ΩMBir norādītais galvenā stara apgabals, ko bieži ierobežo pirmās nulles vai noteikts konusa leņķis.
- θ un φir pacēluma un azimuta koordinātas, ko izmanto, lai aprakstītu pilnu starojuma modeli.
Kopā ar rezultātu vienmēr jānorāda galvenā stara robeža. Divas laboratorijas var iegūt dažādas skaitliskās vērtības no viena un tā paša modeļa, ja viena integrē ar pirmo nullpunktu, bet otra izmanto fiksētu leņķisko konusu. Aptuveni rotācijas ziņā simetriskam zīmuļa staram integrāciju var vienkāršot, kā parādīts nākamajā izteiksmē.
Kā tiek mērīta antenas stara efektivitāte?
Stara efektivitāti iegūst no starojuma diagrammas datiem, nevis no viena boretiķa nolasījuma. Var izmantot kalibrētu tālā lauka diapazonu, kompaktu antenas testa diapazonu vai tuvā lauka sistēmu ar validētu tālā lauka transformāciju. Fāzētu antenu bloku gadījumā mērījums jāatkārto katram nepieciešamajam stara stāvoklim, frekvencei un polarizācijai, jo skenēšanas un amplitūdas vai fāzes kļūdas var pārdalīt jaudu sānu daivās.
- Izmēriet starojuma modelipietiekamā leņķa pārklājumā, lai ietvertu galveno staru kūli, sānu daivas un aizmugurējo daivu.
- Pārveidojiet izmērīto lauku jaudas modelīun katram leņķiskajam paraugam piemērojiet to pašu normalizāciju.
- Definējiet tālās gaismas robežu, piemēram, pirmā nulles kontūra vai noteikts konusa leņķis.
- Integrējiet spēku šajās robežāsun daliet to ar pakāpi, kas integrēta visā šablonā.
- Ziņojiet par testa apstākļiem, ieskaitot frekvenci, polarizāciju, stara stāvokli, leņķisko izšķirtspēju un robežu definīciju.
Divdimensiju E plaknes un H plaknes griezumu pāris var parādīt stara platumu un sānu daivas uzvedību, taču tas parasti nesniedz pilnīgu trīsdimensiju stara efektivitātes vērtību, ja vien nav pamatota rotācijas simetrija. Pilnas sfēras vai pietiekami pilnīgi raksta dati sniedz pamatotāku rezultātu. Uzziniet vairāk par RF MISO.antenas testēšanas iespējas.
Stara efektivitāte salīdzinājumā ar citiem antenas efektivitātes terminiem
Stara efektivitāte pret starojuma efektivitāti
Radiācijas efektivitātesalīdzina izstaroto jaudu ar antenas uztverto jaudu un tādējādi atspoguļo vadītāja un dielektriskos zudumus.Staru kūļa efektivitāteapraksta, kur nonāk izstarotā jauda. Antenai var būt zemi iekšējie zudumi, taču tai joprojām var būt pieticīga stara efektivitāte, ja sānu vai aizmugurējās daivās parādās ievērojama jauda.
Stara efektivitāte pretstatā virzībai un pastiprinājumam
Virzībaapraksta starojuma modeļa maksimālo koncentrāciju attiecībā pret izotropisku starotāju. Pastiprinājums apvieno virzību ar starojuma efektivitāti, savukārt realizētais pastiprinājums ņem vērā arī impedances neatbilstību. Stara efektivitāte atšķiras, jo tā integrē jaudu visā leņķiskajā reģionā, nevis novērtē tikai maksimālā virziena vērtību.
Stara efektivitāte pret stara platumu
Pusjaudas stara platums ir leņķiskais platums starp galvenās daivas -3 dB punktiem. Šaurs stars bieži vien ir saistīts ar augstu virzību, taču tas pats par sevi neliecina par augstu stara efektivitāti. Rakstam var būt šaurs maksimums, un tas joprojām var nosūtīt ievērojamu enerģiju uz sānu daivām. Tāpēc stara platums un sānu daivas līmenis ir jāpārskata kopā ar integrēto stara efektivitātes vērtību.
Kas kontrolē antenas stara efektivitāti?
1. Sānu un aizmugurējās daivas līmeņi
Jauda ārpus izvēlētā galvenā stara apgabala tieši samazina stara efektivitāti. Augstas sānu daivas var rasties apertūras pārtraukumu, masīva atstatuma, amplitūdas kļūdu vai apgaismojuma profila dēļ, kas nav optimizēts vajadzīgajam modelim. Līdzīgu efektu var radīt pretstarojuma starojums un izkliede no tuvumā esošām struktūrām.
2. Apertūras apgaismojums un amplitūdas konuss
Apertūras antenas un masīvi izmanto amplitūdas sadalījumu visā izstarojošajā apertūrā. Gandrīz vienmērīgs sadalījums var radīt šauru galveno staru kūli un augstu virzību, taču tas var radīt arī salīdzinoši augstas sānu daivas. Amplitūdas sašaurināšanas piemērošana var nomākt sānu daivas un vairāk no kopējās starojuma jaudas novietot vēlamajā apgabalā, lai gan pārmērīga sašaurināšana var paplašināt galveno staru kūli un samazināt maksimālo pastiprinājumu vai apertūras efektivitāti. Tāpēc labākais iestatījums ir lietojumam specifisks kompromiss.
3. Barības izliešana un strukturāla bloķēšana
Atstarotāja antenā enerģija, kas netrāpa atstarotājam, tiek izkliedēta un neveicina vēlamo galveno staru kūli. Padeves balsti, apakšreflektors vai tuvumā esoša aparatūra var arī bloķēt vai izkliedēt daļu no apertūras lauka. Pareiza padeves izvēle, fokusa pozicionēšana un mehāniskā izlīdzināšana palīdz kontrolēt šos zudumus un nevēlamās daivas.
4. Fāzes, amplitūdas un virsmas kļūdas
Fāzes nelīdzsvarotība starp masīva elementiem, nevienmērīgi padeves zudumi, ražošanas tolerance, reflektora virsmas kļūda un antenas kropļojumi var novirzīt enerģiju prom no paredzētā stara. Šīs sekas parasti kļūst nozīmīgākas, palielinoties frekvencei, jo fiksēta dimensiju kļūda pārstāv lielāku viļņa garuma daļu.
5. Polarizācijas tīrība
Dažas staru kūļa efektivitātes definīcijas ietver tikai jaudu vēlamajā polarizācijā. Šķērspolarizēts starojums galvenā staru kūļa iekšpusē vai ārpusē var samazināt ziņoto vērtību. Polarizācija ir jānorāda konsekventi simulācijā, mērījumos un sistēmas prasībās.
Stara efektivitāte, stara platums un joslas platums atšķiras
Staru kūļa efektivitāteir integrēta leņķiskā jaudas attiecība.Stara platumsapraksta galvenās daivas leņķisko platumu noteiktā līmenī, parasti pusjaudas vai -3 dB punktos.Antenas joslas platumsapraksta frekvenču diapazonu, kurā tiek izpildītas izvēlētās prasības. Šie parametri ietekmē viens otru, bet tie nav savstarpēji aizvietojami.
Konstrukcija var uzturēt pieņemamu VSWR plašā frekvenču diapazonā, kamēr tās stara virziens, sānu daivas līmenis vai stara efektivitāte būtiski mainās joslas malu tuvumā. Tāpēc raksturlielumu veiktspēja jāpārbauda vairākās frekvencēs, nevis jāsecina tikai no impedances joslas platuma. Detalizētu frekvenču diapazona definīciju aprakstu sk.Antenas joslas platums.
Kā var uzlabot staru kūļa efektivitāti?
- Izvēlieties apertūras konusveida formu, kas līdzsvaro sānu daivu slāpēšanu, tālās gaismas platumu un pastiprinājumu.
- Optimizējiet reflektora padeves pozīciju, malu apgaismojumu un izkliedi.
- Lai izvairītos no režģa daivu veidošanās, masīvos izmantojiet piemērotu elementu atstarpi un precīzu amplitūdas vai fāzes kontroli.
- Samaziniet aizsprostojumus, kabeļu izkliedi un nevēlamu mijiedarbību ar montāžas konstrukciju vai antenu.
- Kontrolējiet apstrādes pielaides, virsmas precizitāti un izlīdzināšanu visaugstākajā darba frekvencē.
- Pārbaudiet kopolāros un šķērspolāros rakstus visā darbības joslā un katrā nepieciešamajā stara stāvoklī.
Kur tālo gaismu efektivitāte ir vissvarīgākā?
Augsta staru kūļa efektivitāte ir īpaši vērtīga, ja jauda vai uztvertā enerģija ir jāierobežo precīzi noteiktā virzienā. Tipiski piemēri ir mērķa izsekošanas un attēlveidošanas radari, satelītu sakaru kanāli, radioastronomija un radiometrija, punktveida mikroviļņu kanāli, reflektoru padeves sistēmas, kalibrēšanas antenas un elektroniski vadāmi bloki.
Nav universāla stara efektivitātes procenta, kas būtu pareizs katrai antenai. Noderīgai prasībai ir jānorāda darba frekvence, polarizācija, stara stāvoklis un leņķiskā robeža, kā arī pieņemamā sānu un aizmugurējās daivas uzvedība. Tas padara piegādātāja datus, simulāciju un mērījumu rezultātus tieši salīdzināmus.
Kas pircējiem jāpārbauda antenas datu lapā?
Ja svarīga ir stara vadība, nevērtējiet antenu tikai pēc maksimālā pastiprinājuma. Jautājiet ražotājam, kādi dati par rakstu un testa apstākļi ir pieejami konkrētajam modelim un frekvenču diapazonam.
- Darbības frekvenču diapazons un frekvences, ko izmanto rakstu mērījumiem
- Pastiprinājums, pusjaudas stara platums un pirmās sānu daivas līmenis atkarībā no frekvences
- Kopolārie un šķērspolārie starojuma raksti nepieciešamajās plaknēs vai sfēriskā skenējumā
- Leņķiskā robeža un polarizācija, ko izmanto stara efektivitātes aprēķināšanai, ja šī vērtība ir norādīta
- VSWR, savienotāja vai viļņvada saskarne, jaudas apstrāde un vides prasības
- Mehāniskās pielaides, montāžas izkārtojums un jebkura antenas vai reflektora padeves konfigurācija
RF MISO mikroviļņu antenu risinājumi
RF MISO piegādā mikroviļņu un milimetru viļņu antenas mērījumiem, radariem, sakariem un sistēmu integrācijai. Attiecīgās produktu saimes ietverstandarta pastiprinājuma ragu antenas, atstarojošās antenasunmasīvu antenasModeļa specifikācijas un pieejamie testa dati ir jāpārskata, ņemot vērā nepieciešamo frekvenci, polarizāciju, pastiprinājumu un raksturlielumu veiktspēju.
Antenas izvēlei vai pielāgotām prasībām,sazinieties ar RF MISO at info@rf-miso.com.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 12. jūlijs
