Gambar 1. Daerah berkas utama dan berkas samping yang digunakan untuk menentukan efisiensi berkas antena.
Apa itu Efisiensi Pancaran Antena?
Efisiensi pancaran antenaEfisiensi pancaran utama, juga disebut efisiensi berkas utama, adalah fraksi dari total daya pancaran antena yang jatuh di dalam wilayah berkas utama yang ditentukan. Ini menjawab pertanyaan desain praktis: berapa banyak radiasi yang tersedia terkonsentrasi ke arah sektor sudut yang diinginkan alih-alih didistribusikan ke lobus samping dan lobus belakang?
Untuk antena penerima, prinsip resiprositas memungkinkan gagasan yang sama untuk dilihat sebagai fraksi daya yang diterima yang dikumpulkan melalui berkas utama ketika kondisi medan dan polarisasi di sekitarnya didefinisikan secara konsisten. Oleh karena itu, efisiensi berkas sangat berguna dalam radar, radiometri, tautan satelit, sistem gelombang mikro titik-ke-titik, dan pengukuran antena, di mana energi yang datang dari atau meninggalkan arah yang tidak diinginkan dapat mengurangi akurasi atau meningkatkan interferensi.
Pada Gambar 1, lobus utama berpusat pada sumbu z. Jika sudut kerucut θ1Jika titik nol pertama atau batas berkas utama lain yang ditentukan secara eksplisit ditandai dengan efisiensi berkas, maka efisiensi berkas dihitung dengan mengintegrasikan pola daya di dalam kerucut tersebut dan membaginya dengan daya yang diintegrasikan di seluruh pola radiasi.
Rumus Efisiensi Pancaran Antena
Menggunakan pola daya yang dinormalisasi Pn(θ,φ), ekspresi efisiensi berkas umum ditunjukkan di bawah ini:
Pembilang mewakili daya yang terkandung di dalam sudut padat berkas utama yang dipilih, Ω.MBPenyebutnya mewakili daya radiasi total yang diintegrasikan selama 4π steradian. Nilai yang dihasilkan, ηB, tidak berdimensi dan biasanya dilaporkan sebagai persentase.
- Pn(θ,φ)adalah pola daya yang dinormalisasi. Jika data medan listrik terukur digunakan, suku daya yang sesuai sebanding dengan |E|.2.
- ΩMBadalah wilayah berkas utama yang ditentukan, seringkali dibatasi oleh titik nol pertama atau oleh sudut kerucut yang ditentukan.
- θ dan φadalah koordinat elevasi dan azimut yang digunakan untuk menggambarkan pola radiasi lengkap.
Batas berkas utama harus selalu dinyatakan bersama dengan hasilnya. Dua laboratorium dapat memperoleh nilai numerik yang berbeda dari pola yang sama jika satu mengintegrasikan ke titik nol pertama sementara yang lain menggunakan kerucut sudut tetap. Untuk berkas pensil yang kira-kira simetris secara rotasional, integrasi dapat disederhanakan seperti yang ditunjukkan pada ekspresi berikut.
Bagaimana Efisiensi Pancaran Antena Diukur?
Efisiensi pancaran diperoleh dari data pola radiasi, bukan dari pembacaan garis pandang tunggal. Jangkauan medan jauh yang terkalibrasi, jangkauan uji antena kompak, atau sistem medan dekat dengan transformasi medan jauh yang tervalidasi dapat digunakan. Untuk susunan bertahap (phased array), pengukuran harus diulang untuk setiap keadaan pancaran, frekuensi, dan polarisasi yang dibutuhkan karena kesalahan pemindaian dan amplitudo atau fase dapat mendistribusikan daya ke sidelobe.
- Ukur pola radiasidengan cakupan sudut yang cukup untuk mencakup berkas utama, lobus samping, dan lobus belakang.
- Konversikan medan yang terukur ke pola daya.dan menerapkan normalisasi yang sama pada setiap sampel sudut.
- Tentukan batas balok utama, seperti kontur nol pertama atau sudut kerucut yang ditentukan.
- Integrasikan kekuatan di dalam batasan tersebut.dan membaginya dengan daya yang terintegrasi di seluruh pola.
- Laporkan kondisi pengujian, termasuk frekuensi, polarisasi, kondisi berkas, resolusi sudut, dan definisi batas.
Sepasang potongan bidang E dan bidang H dua dimensi dapat menunjukkan lebar berkas dan perilaku sidelobe, tetapi biasanya tidak memberikan nilai efisiensi berkas tiga dimensi yang lengkap kecuali simetri rotasional telah dibenarkan. Data pola bola penuh atau yang cukup lengkap memberikan hasil yang lebih dapat dipertanggungjawabkan. Pelajari lebih lanjut tentang RF MISO.kemampuan pengujian antena.
Efisiensi Pancaran vs. Istilah Efisiensi Antena Lainnya
Efisiensi Berkas vs. Efisiensi Radiasi
Efisiensi radiasimembandingkan daya yang dipancarkan dengan daya yang diterima oleh antena dan oleh karena itu mencerminkan kerugian konduktor dan dielektrik.Efisiensi berkasMenjelaskan ke mana daya yang dipancarkan mengarah. Sebuah antena dapat memiliki kerugian internal yang rendah tetapi tetap memiliki efisiensi pancaran yang sederhana jika daya yang substansial muncul di sidelobe atau backlobe.
Efisiensi Berkas vs. Direktivitas dan Penguatan
ArahGain menggambarkan konsentrasi puncak pola radiasi relatif terhadap radiator isotropik. Gain menggabungkan directivity dengan efisiensi radiasi, sedangkan realized gain juga memperhitungkan ketidaksesuaian impedansi. Efisiensi beam berbeda karena mengintegrasikan daya di seluruh wilayah sudut, bukan hanya mengevaluasi arah puncak.
Efisiensi Berkas vs. Lebar Berkas
Lebar berkas setengah daya adalah lebar sudut antara titik -3 dB dari lobus utama. Berkas yang sempit seringkali disertai dengan direktivitas tinggi, tetapi hal itu sendiri tidak membuktikan efisiensi berkas yang tinggi. Suatu pola dapat memiliki puncak yang sempit dan tetap mengirimkan energi yang signifikan ke lobus samping. Oleh karena itu, lebar berkas dan tingkat lobus samping harus ditinjau bersama dengan nilai efisiensi berkas terintegrasi.
Faktor Apa yang Mengontrol Efisiensi Pancaran Antena?
1. Tingkat Sidelobe dan Back-Lobe
Daya di luar wilayah berkas utama yang dipilih secara langsung mengurangi efisiensi berkas. Sidelobe yang tinggi dapat disebabkan oleh diskontinuitas apertur, jarak antar berkas, kesalahan amplitudo, atau profil iluminasi yang belum dioptimalkan untuk pola yang dibutuhkan. Radiasi balik dan hamburan dari struktur di dekatnya dapat memiliki efek serupa.
2. Penerangan Apertur dan Taper Amplitudo
Antena dan susunan antena apertur menggunakan distribusi amplitudo di seluruh apertur pemancar. Distribusi yang hampir seragam dapat menghasilkan berkas utama yang sempit dan direktivitas tinggi, tetapi juga dapat menghasilkan sidelobe yang relatif tinggi. Menerapkan taper amplitudo dapat menekan sidelobe dan menempatkan lebih banyak daya pola total di wilayah yang diinginkan, meskipun taper yang berlebihan dapat melebarkan berkas utama dan mengurangi gain puncak atau efisiensi apertur. Oleh karena itu, pengaturan terbaik merupakan kompromi spesifik aplikasi.
3. Tumpahan Pakan dan Penyumbatan Struktural
Pada antena reflektor, energi yang tidak mengenai reflektor disebut spillover dan tidak berkontribusi pada pancaran utama yang diinginkan. Penopang feed, subreflektor, atau perangkat keras di dekatnya juga dapat menghalangi atau menyebarkan sebagian medan apertur. Pemilihan feed yang tepat, posisi fokus, dan penyelarasan mekanis membantu mengendalikan kerugian dan lobus yang tidak diinginkan ini.
4. Kesalahan Fase, Amplitudo, dan Permukaan
Ketidakseimbangan fasa antar elemen susunan antena, kehilangan daya yang tidak merata, toleransi manufaktur, kesalahan permukaan reflektor, dan distorsi radome dapat menggeser energi dari berkas yang diinginkan. Efek-efek ini biasanya menjadi lebih penting seiring meningkatnya frekuensi karena kesalahan dimensi tetap mewakili sebagian besar panjang gelombang.
5. Kemurnian Polarisasi
Beberapa definisi efisiensi berkas hanya mencakup daya pada polarisasi yang diinginkan. Radiasi terpolarisasi silang di dalam atau di luar berkas utama kemudian dapat mengurangi nilai yang dilaporkan. Polarisasi harus ditentukan secara konsisten dalam simulasi, pengukuran, dan persyaratan sistem.
Efisiensi Berkas, Lebar Berkas, dan Bandwidth Itu Berbeda
Efisiensi berkasmerupakan rasio daya sudut terintegrasi.Lebar pancaranmenggambarkan lebar sudut lobus utama pada tingkat tertentu, biasanya titik setengah daya atau -3 dB.Lebar pita antenaMenjelaskan rentang frekuensi di mana persyaratan yang dipilih terpenuhi. Parameter-parameter ini saling memengaruhi, tetapi tidak dapat saling menggantikan.
Suatu desain dapat mempertahankan VSWR yang dapat diterima di seluruh rentang frekuensi yang luas sementara arah pancaran, tingkat sidelobe, atau efisiensi pancarannya berubah secara substansial di dekat tepi pita frekuensi. Oleh karena itu, kinerja pola harus diverifikasi pada beberapa frekuensi dan bukan hanya disimpulkan dari lebar pita impedansi saja. Untuk penjelasan rinci tentang definisi rentang frekuensi, lihatLebar Pita Antena.
Bagaimana Efisiensi Pancaran Cahaya Dapat Ditingkatkan?
- Pilih taper aperture yang menyeimbangkan penekanan sidelobe, lebar berkas utama, dan gain.
- Optimalkan posisi umpan reflektor, iluminasi tepi, dan tumpahan cahaya.
- Gunakan jarak antar elemen yang sesuai dan kontrol amplitudo atau fase yang akurat dalam susunan antena untuk menghindari lobus kisi.
- Mengurangi penyumbatan, penyebaran kabel, dan interaksi yang tidak diinginkan dengan struktur pemasangan atau radome.
- Kendalikan toleransi pemesinan, akurasi permukaan, dan penyelarasan pada frekuensi operasi tertinggi.
- Verifikasi pola ko-polar dan cross-polar di seluruh pita operasi dan setiap kondisi berkas yang dibutuhkan.
Di Mana Efisiensi Lampu Jauh Paling Penting?
Efisiensi pancaran yang tinggi sangat berharga ketika daya atau energi yang diterima harus dibatasi pada arah yang terdefinisi dengan baik. Contoh tipikal meliputi radar pelacak target dan pencitraan, tautan komunikasi satelit, astronomi radio dan radiometri, tautan gelombang mikro titik-ke-titik, sistem umpan reflektor, antena kalibrasi, dan susunan yang dikendalikan secara elektronik.
Tidak ada persentase efisiensi pancaran universal yang tepat untuk setiap antena. Persyaratan yang berguna harus menyatakan frekuensi operasi, polarisasi, kondisi pancaran, dan batas sudut, bersama dengan perilaku sidelobe dan backlobe yang dapat diterima. Hal ini membuat data pemasok, simulasi, dan hasil pengukuran dapat dibandingkan secara langsung.
Apa yang Harus Diperiksa Pembeli dalam Lembar Data Antena?
Ketika kontrol pancaran penting, jangan mengevaluasi antena hanya dari penguatan puncak saja. Tanyakan kepada pabrikan data pola dan kondisi pengujian apa yang tersedia untuk model dan rentang frekuensi yang tepat.
- Rentang frekuensi operasi dan frekuensi yang digunakan untuk pengukuran pola.
- Penguatan, lebar berkas setengah daya, dan tingkat sidelobe pertama terhadap frekuensi.
- Pola radiasi kopolar dan cross-polar pada bidang yang dibutuhkan atau di atas pemindaian bola.
- Batas sudut dan polarisasi yang digunakan untuk menghitung efisiensi berkas, bila nilai tersebut ditentukan.
- VSWR, antarmuka konektor atau pandu gelombang, penanganan daya, dan persyaratan lingkungan.
- Toleransi mekanis, susunan pemasangan, dan konfigurasi radome atau umpan reflektor apa pun.
Solusi Antena Gelombang Mikro RF MISO
RF MISO memasok antena gelombang mikro dan gelombang milimeter untuk pengukuran, radar, komunikasi, dan integrasi sistem. Keluarga produk yang relevan meliputi:antena tanduk penguatan standar, antena reflektorDanantena susunanSpesifikasi khusus model dan data uji yang tersedia harus ditinjau berdasarkan frekuensi, polarisasi, penguatan, dan kinerja pola yang dibutuhkan.
Untuk pemilihan antena atau kebutuhan khusus,hubungi RF MISO at info@rf-miso.com.
Waktu posting: 12 Juli 2024
