ما هي كفاءة حزمة الهوائي؟ الصيغة، والقياس، والمفاضلات التصميمية

ما الذي يتحكم في كفاءة شعاع الهوائي؟

1. مستويات الفصوص الجانبية والفصوص الخلفية

يؤدي انخفاض الطاقة خارج منطقة الحزمة الرئيسية المختارة إلى تقليل كفاءة الحزمة بشكل مباشر. وقد تنتج الفصوص الجانبية العالية عن عدم استمرارية الفتحة، أو تباعد المصفوفة، أو أخطاء السعة، أو عدم تحسين توزيع الإضاءة للنمط المطلوب. كما يمكن أن يكون للإشعاع الخلفي والتشتت من الهياكل المجاورة تأثير مماثل.

2. إضاءة الفتحة وتناقص السعة

تستخدم هوائيات ومصفوفات الفتحة توزيعًا للسعة عبر فتحة الإشعاع. يمكن للتوزيع شبه المنتظم أن ينتج حزمة رئيسية ضيقة وتوجيهًا عاليًا، ولكنه قد ينتج أيضًا فصوصًا جانبية عالية نسبيًا. يمكن لتطبيق تدرج السعة أن يقلل من الفصوص الجانبية ويركز جزءًا أكبر من طاقة النمط الكلي في المنطقة المطلوبة، على الرغم من أن التدرج المفرط قد يؤدي إلى توسيع الحزمة الرئيسية وتقليل ذروة الكسب أو كفاءة الفتحة. لذلك، فإن الإعداد الأمثل هو موازنة خاصة بكل تطبيق.

3. تسرب العلف والانسداد الهيكلي

في هوائي عاكس، تُعتبر الطاقة التي لا تصل إلى العاكس طاقةً زائدة لا تُساهم في الحزمة الرئيسية المطلوبة. كما يمكن لدعامات التغذية أو العاكس الفرعي أو الأجهزة المجاورة أن تحجب أو تُشتت جزءًا من مجال الفتحة. ويُساعد اختيار التغذية المناسبة، وتحديد موضع البؤرة، والمحاذاة الميكانيكية على التحكم في هذه الخسائر والفصوص غير المرغوب فيها.

4. أخطاء الطور والسعة والسطح

قد يؤدي عدم توازن الطور بين عناصر المصفوفة، وفقدان التغذية غير المتساوي، وتفاوتات التصنيع، وخطأ سطح العاكس، وتشوه غطاء الرادار إلى انحراف الطاقة عن الشعاع المستهدف. وتزداد أهمية هذه التأثيرات عادةً مع ازدياد التردد، لأن الخطأ البُعدي الثابت يمثل جزءًا أكبر من الطول الموجي.

5. نقاء الاستقطاب

تتضمن بعض تعريفات كفاءة الحزمة القدرة في الاستقطاب المطلوب فقط. وقد يؤدي الإشعاع المستقطب بشكل متقاطع داخل الحزمة الرئيسية أو خارجها إلى تقليل القيمة المُبلغ عنها. لذا، ينبغي تحديد الاستقطاب بشكل متسق في متطلبات المحاكاة والقياس والنظام.

كفاءة الحزمة، وعرض الحزمة، وعرض النطاق الترددي تختلف

كفاءة الشعاعهي نسبة القدرة الزاوية المتكاملة.عرض الحزمةيصف العرض الزاوي للفص الرئيسي عند مستوى معين، وعادة ما تكون نقطة نصف الطاقة أو -3 ديسيبل.عرض نطاق الهوائييصف هذا النطاق الترددي الذي يتم فيه تلبية المتطلبات المحددة. تؤثر هذه المعايير على بعضها البعض، لكنها ليست قابلة للتبادل.

قد يحافظ التصميم على نسبة موجة واقفة مقبولة عبر نطاق ترددي واسع، بينما يتغير اتجاه شعاعه أو مستوى الفصوص الجانبية أو كفاءة شعاعه بشكل كبير بالقرب من حواف النطاق. لذلك، ينبغي التحقق من أداء نمط الإشعاع عند ترددات متعددة بدلاً من استنتاجه من عرض نطاق المعاوقة وحده. لمزيد من التفاصيل حول تعريفات نطاق التردد، انظرعرض نطاق الهوائي.

كيف يمكن تحسين كفاءة الشعاع؟

• اختر شكل فتحة العدسة الذي يوازن بين قمع الفصوص الجانبية وعرض الحزمة الرئيسية والكسب.
• تحسين موضع تغذية العاكس، وإضاءة الحواف، والتسرب الضوئي.
• استخدم تباعدًا مناسبًا بين العناصر وتحكمًا دقيقًا في السعة أو الطور في المصفوفات لتجنب فصوص الشبكة.
• تقليل الانسداد، وتشتت الكابلات، والتفاعل غير المرغوب فيه مع هيكل التثبيت أو غطاء الرادار.
• التحكم في دقة التصنيع، ودقة السطح، والمحاذاة عند أعلى تردد تشغيل.
• تحقق من أنماط الاستقطاب المتماثل والمتقاطع عبر نطاق التشغيل الكامل وكل حالة شعاع مطلوبة.

أين تكون كفاءة الشعاع العالي أكثر أهمية؟

تُعدّ كفاءة الحزمة العالية ذات قيمة خاصة عندما يكون من الضروري حصر الطاقة أو الطاقة المستلمة في اتجاه محدد بدقة. ومن الأمثلة النموذجية على ذلك: رادارات تتبع الأهداف والتصوير، ووصلات الاتصالات عبر الأقمار الصناعية، وعلم الفلك الراديوي وقياس الإشعاع، ووصلات الميكروويف من نقطة إلى نقطة، وأنظمة التغذية العاكسة، وهوائيات المعايرة، والمصفوفات الموجهة إلكترونيًا.

لا توجد نسبة كفاءة شعاع موحدة صحيحة لجميع الهوائيات. يجب أن يحدد المتطلب المفيد تردد التشغيل، والاستقطاب، وحالة الشعاع، والحدود الزاوية، بالإضافة إلى سلوك الفصوص الجانبية والخلفية المقبول. وهذا يجعل بيانات المورد، والمحاكاة، والنتائج المقاسة قابلة للمقارنة المباشرة.