Figuur 1. Hoofstraal- en sylobgebiede wat gebruik word om antennastraaldoeltreffendheid te definieer.
Wat is antennestraaldoeltreffendheid?
Antennebundeldoeltreffendheid, ook genoem hoofstraaldoeltreffendheid, is die fraksie van 'n antenna se totale uitgestraalde krag wat binne 'n gedefinieerde hoofstraalgebied val. Dit beantwoord 'n praktiese ontwerpvraag: hoeveel van die beskikbare straling is gekonsentreer na die beoogde hoeksektor in plaas daarvan om versprei te word in sylobbe en die agterlob?
Vir 'n ontvangantenna laat wederkerigheid toe dat dieselfde idee beskou word as die fraksie van ontvangde krag wat deur die hoofstraal versamel word wanneer die omliggende veld en polarisasietoestande konsekwent gedefinieer word. Straaldoeltreffendheid is dus veral nuttig in radar, radiometrie, satellietverbindings, punt-tot-punt mikrogolfstelsels en antennameting, waar energie wat uit ongewenste rigtings aankom of vertrek, akkuraatheid kan verminder of interferensie kan verhoog.
In Figuur 1 is die hooflob gesentreer op die z-as. As die keëlhoek θ1die eerste nul of 'n ander eksplisiet gespesifiseerde hoofstraalgrens aandui, word straaldoeltreffendheid bereken deur die drywingspatroon binne daardie keël te integreer en dit te deel deur die drywing wat oor die volledige stralingspatroon geïntegreer is.
Formule vir antenna-straaldoeltreffendheid
Deur die genormaliseerde kragpatroon P te gebruikn(θ,φ), die algemene straaldoeltreffendheidsuitdrukking word hieronder getoon:
Die teller verteenwoordig die krag wat binne die gekose hoofstraal-ruimtehoek, Ω, vervat is.MBDie noemer verteenwoordig die totale uitgestraalde krag geïntegreer oor 4π steradiane. Die resulterende waarde, ηB, is dimensieloos en word normaalweg as 'n persentasie gerapporteer.
- Pn(θ,φ)is die genormaliseerde drywingspatroon. Indien gemete elektriese velddata gebruik word, is die ooreenstemmende drywingsterm eweredig aan |E|2.
- ΩMBis die gespesifiseerde hoofstraalgebied, dikwels begrens deur die eerste nulle of deur 'n gedefinieerde keëlhoek.
- θ en φis die hoogte- en asimutkoördinate wat gebruik word om die volledige stralingspatroon te beskryf.
Die hoofstraalgrens moet altyd saam met die resultaat vermeld word. Twee laboratoriums kan verskillende numeriese waardes van dieselfde patroon verkry as een na die eerste nul integreer terwyl die ander 'n vaste hoekige keël gebruik. Vir 'n ongeveer rotasie-simmetriese potloodstraal kan die integrasie vereenvoudig word soos in die volgende uitdrukking getoon.
Hoe word die doeltreffendheid van antennastraal gemeet?
Straaldoeltreffendheid word verkry uit stralingspatroondata eerder as uit 'n enkele borevisierlesing. 'n Gekalibreerde verveldbereik, kompakte antennatoetsbereik of nabyveldstelsel met 'n gevalideerde verveldtransformasie kan gebruik word. Vir gefaseerde skikkings moet die meting herhaal word vir elke vereiste straaltoestand, frekwensie en polarisasie, omdat skandering en amplitude- of fasefoute krag in sylobbe kan herverdeel.
- Meet die stralingspatroonoor genoeg hoekbedekking om die hoofstraal, sylobbe en agterlob in te sluit.
- Skakel die gemete veld om na 'n kragpatroonen pas dieselfde normalisering toe op elke hoekmonster.
- Definieer die hoofstraalgrens, soos die eerste-nul-kontoer of 'n gespesifiseerde keëlhoek.
- Integreer die krag binne daardie grensen deel dit deur die mag geïntegreerd oor die volledige patroon.
- Rapporteer die toetsomstandighede, insluitend frekwensie, polarisasie, straaltoestand, hoekresolusie en die grensdefinisie.
'n Paar tweedimensionele E-vlak- en H-vlaksnitte kan straalwydte en sylobgedrag toon, maar dit verskaf normaalweg nie 'n volledige driedimensionele straaldoeltreffendheidswaarde tensy rotasiesimmetrie geregverdig is nie. Volle sfeer- of voldoende volledige patroondata gee 'n meer verdedigbare resultaat. Leer meer oor RF MISO's.antenna toetsvermoëns.
Straaldoeltreffendheid teenoor ander antenna-doeltreffendheidsterme
Straaldoeltreffendheid teenoor Stralingsdoeltreffendheid
Stralingsdoeltreffendheidvergelyk uitgestraalde krag met die krag wat deur die antenna aanvaar word en weerspieël dus geleier- en diëlektriese verliese.Straaldoeltreffendheidbeskryf waarheen die uitgestraalde krag gaan. 'n Antenna kan lae interne verlies hê, maar steeds beskeie straaldoeltreffendheid hê as aansienlike krag in sylobbe of die agterlob voorkom.
Straaldoeltreffendheid teenoor Rigtingsvermoë en Wins
Rigtingsvermoëbeskryf die piekkonsentrasie van die stralingspatroon relatief tot 'n isotropiese radiator. Wins kombineer rigting met stralingsdoeltreffendheid, terwyl gerealiseerde wins ook impedansie-wanverhouding in ag neem. Straaldoeltreffendheid is anders omdat dit krag oor 'n hoekgebied integreer in plaas daarvan om slegs die piekrigting te evalueer.
Straaldoeltreffendheid teenoor straalwydte
Halfkrag-straalwydte is die hoekwydte tussen die -3 dB-punte van die hooflob. 'n Smal straal gaan dikwels gepaard met hoë rigting, maar dit bewys nie op sigself hoë straaldoeltreffendheid nie. 'n Patroon kan 'n smal piek hê en steeds beduidende energie in sylobbe stuur. Straalwydte en sylobvlak moet dus saam met die geïntegreerde straaldoeltreffendheidswaarde hersien word.
Wat beheer die doeltreffendheid van antennastraal?
1. Sylob- en Agterlobvlakke
Krag buite die gekose hoofstraalgebied verminder direk die straaldoeltreffendheid. Hoë sylobbe kan voortspruit uit diafragma-diskontinuïteite, skikkingspasiëring, amplitudefoute of 'n beligtingsprofiel wat nie vir die vereiste patroon geoptimaliseer is nie. Terugstraling en verstrooiing van nabygeleë strukture kan 'n soortgelyke effek hê.
2. Apertuurbeligting en Amplitude-tapsering
Apertuurantennas en -skikkings gebruik 'n amplitudeverspreiding oor die stralende diafragma. 'n Byna eenvormige verspreiding kan 'n nou hoofstraal en hoë rigting skep, maar dit kan ook relatief hoë sylobbe skep. Die toepassing van 'n amplitude-taps kan sylobbe onderdruk en meer van die totale patroonkrag in die verlangde gebied plaas, alhoewel oormatige tapsheid die hoofstraal kan verbreed en piekwins of diafragma-doeltreffendheid kan verminder. Die beste instelling is dus 'n toepassingspesifieke kompromie.
3. Voeroorloop en Strukturele Blokkasie
In 'n reflektorantenna word energie wat die reflektor mis, oorgeloop en dra nie by tot die verlangde hoofstraal nie. Voerondersteunings, 'n subreflektor of nabygeleë hardeware kan ook 'n deel van die diafragmaveld blokkeer of verstrooi. Korrekte voedingskeuse, fokusposisionering en meganiese belyning help om hierdie verliese en ongewenste lobbe te beheer.
4. Fase-, Amplitude- en Oppervlakfoute
Fase-wanbalans tussen skikkingselemente, ongelyke voedingsverlies, vervaardigingstoleransie, reflektoroppervlakfout en radome-vervorming kan energie weg van die beoogde straal beweeg. Hierdie effekte word gewoonlik belangriker namate frekwensie toeneem, omdat 'n vaste dimensionele fout 'n groter fraksie van 'n golflengte verteenwoordig.
5. Polarisasie Suiwerheid
Sommige definisies van straaldoeltreffendheid sluit slegs krag in die verlangde polarisasie in. Kruisgepolariseerde straling binne of buite die hoofstraal kan dan die gerapporteerde waarde verminder. Polarisasie moet konsekwent gespesifiseer word in simulasie, meting en stelselvereistes.
Straaldoeltreffendheid, straalwydte en bandwydte is verskillend
Straaldoeltreffendheidis 'n geïntegreerde hoekkragverhouding.Straalwydtebeskryf die hoekwydte van die hooflob op 'n bepaalde vlak, gewoonlik die halfkrag- of -3 dB-punte.Antennebandwydtebeskryf die frekwensiebereik waaroor gekose vereistes nagekom word. Hierdie parameters beïnvloed mekaar, maar hulle is nie uitruilbaar nie.
'n Ontwerp kan aanvaarbare VSWR oor 'n wye frekwensiebereik handhaaf terwyl die straalrigting, sylobvlak of straaldoeltreffendheid aansienlik naby die bandrande verander. Patroonprestasie moet dus by verskeie frekwensies geverifieer word eerder as om slegs van impedansiebandwydte afgelei te word. Vir 'n gedetailleerde behandeling van frekwensiebereikdefinisies, sienAntenna Bandwydte.
Hoe kan straaldoeltreffendheid verbeter word?
- Kies 'n diafragma-taps wat sylobonderdrukking, hoofstraalwydte en versterking balanseer.
- Optimaliseer die reflektor-toevoerposisie, randbeligting en oorspoel.
- Gebruik geskikte elementspasiëring en akkurate amplitude- of fasebeheer in skikkings om roosterlobbe te vermy.
- Verminder blokkering, kabelverspreiding en ongewenste interaksie met die monteringsstruktuur of radome.
- Beheer bewerkingstoleransies, oppervlakakkuraatheid en belyning teen die hoogste bedryfsfrekwensie.
- Verifieer kopolêre en kruispolêre patrone oor die volle bedryfsband en elke vereiste straaltoestand.
Waar maak hoëstraal-doeltreffendheid die meeste saak?
Hoë straaldoeltreffendheid is veral waardevol wanneer krag of ontvangde energie tot 'n goed gedefinieerde rigting beperk moet word. Tipiese voorbeelde sluit in teikenopsporing- en beeldvormingsradar, satellietkommunikasieskakels, radio-astronomie en radiometrie, punt-tot-punt mikrogolfskakels, reflektor-toevoerstelsels, kalibrasie-antennas en elektronies gestuurde skikkings.
Daar is geen universele bundeldoeltreffendheidspersentasie wat vir elke antenna korrek is nie. 'n Nuttige vereiste moet die bedryfsfrekwensie, polarisasie, bundeltoestand en hoekgrens aandui, tesame met aanvaarbare sylob- en agterlobgedrag. Dit maak verskafferdata, simulasie en gemete resultate direk vergelykbaar.
Wat moet kopers in 'n antenne-datablad nagaan?
Wanneer straalbeheer belangrik is, moenie 'n antenna slegs vanaf piekwins evalueer nie. Vra die vervaardiger watter patroondata en toetstoestande beskikbaar is vir die presiese model en frekwensiebereik.
- Bedryfsfrekwensiebereik en die frekwensies wat vir patroonmetings gebruik word
- Wins, halfkrag-straalwydte en eerste sylobvlak teenoor frekwensie
- Kopolêre en kruispolêre stralingspatrone in die vereiste vlakke of oor 'n sferiese skandering
- Die hoekgrens en polarisasie wat gebruik word om straaldoeltreffendheid te bereken, wanneer daardie waarde gespesifiseer word
- VSWR, konnektor- of golfgeleier-koppelvlak, kraghantering en omgewingvereistes
- Meganiese toleransies, monteringsreëling en enige radome- of reflektor-toevoerkonfigurasie
RF MISO Mikrogolf Antenna Oplossings
RF MISO verskaf mikrogolf- en millimetergolf-antennas vir meting, radar, kommunikasie en stelselintegrasie. Relevante produkfamilies sluit instandaard versterkingshoringantennas, reflektor antennasenskikkingsantennasModelspesifieke spesifikasies en beskikbare toetsdata moet hersien word teen die vereiste frekwensie, polarisasie, versterking en patroonprestasie.
Vir antenna-keuse of 'n aangepaste vereiste,kontak RF MISO at info@rf-miso.com.
Plasingstyd: 12 Julie 2024
