زاوية حزمة رادار المنسوب: الحساب وقواعد التركيب

تصف زاوية حزمة مستشعر المنسوب بالرادار نمط الهوائي وفق التعريف الوارد في ورقة البيانات، وغالبا تكون الزاوية الكاملة عند منحنى نصف القدرة (-3 dB). قد تساعد الحزمة المركزة على تجنب الجدران والأجزاء الداخلية، لكن التردد وحده لا يحدد الزاوية ولا يثبت ملاءمة موضع التثبيت.

افهم زاوية الحزمة المذكورة في البيانات

تعطي معظم أوراق البيانات الزاوية الكاملة، لا نصف الزاوية. عند حافة هذا المخروط، تقل القدرة عن المركز بمقدار 3 dB، أي تبلغ 50%. ولا يعني ذلك انعدام الإشارة، لذا قد يظل عاكس قوي خارج المخروط الاسمي مباشرة قابلا للكشف. لذلك تضيف قواعد التركيب العملية هامشا.

لأن الحزمة تتسع مع المسافة، يزداد قطر تغطيتها خطيا:

قطر البقعة (m) ≈ 2 × المسافة (m) × tan(θ / 2)

حيث θ هي زاوية الحزمة الكاملة. وللزوايا الصغيرة تقريب مفيد: قطر البقعة ≈ المسافة × الزاوية بالراديان، ولهذا تعطي حزمة 4° نحو 70 mm من قطر البقعة لكل متر من المسافة.

حجم البقعة عند مسافات فعلية

عند 10 m، يبلغ القطر الهندسي لحزمة 8° نحو 1.4 m. اترك خلوصا إضافيا لموضع التثبيت وخصائص الهوائي ووجود عواكس قوية محتملة خارج المخروط الاسمي.

تطبيق حساب التغطية على توزيع مكونات الوعاء

الخزانات الضيقة

عند مسافة 8 m، يبلغ قطر التغطية الهندسي لحزمة 10° نحو 1.40 m، ولحزمة 4° نحو 0.56 m. في خزان قطره 1 m، يترك المخروط الأضيق خلوصا أكبر، لكن جودة التركيب تظل مرتبطة بالانحراف عن المركز ومادة الجدار والأجزاء الداخلية وخصائص الهوائي.

الأنابيب القائمة والفوهات الطويلة

قد تسبب الفوهة الطويلة تأثيرات مجال قريب وانعكاسات متعددة. هندسة الحزمة في المجال البعيد وحدها لا تحدد طول فوهة مسموحا؛ استخدم متطلبات قطر الفوهة وطولها وبروز الهوائي وتشطيب السطح الخاصة بالهوائي في دليل التركيب.

خزانات ذات أجزاء داخلية

تشغل الخلاطات وملفات التسخين والحواجز والسلالم مواضع داخل المخروط. لا تزيلها الحزم الضيقة، لكنها تقلل عدد الأجزاء التي يراها الرادار والطاقة التي تعيدها.

الرغوة والمنتجات منخفضة ثابت العزل

قد تحسن الحزمة الضيقة فصل السطح عن انعكاسات الخزان غير المرغوبة. يعتمد الأداء مع الرغوة والسوائل ضعيفة الانعكاس أيضا على المدى الديناميكي وتصميم الهوائي والوسط؛ ولا يخترق 80 GHz الرغوة أفضل من 26 GHz في جميع الحالات.

أبعاد الفوهة وخلوص التثبيت

1. اختر القطر الداخلي للفوهة وطولها من رسم التركيب الخاص بالهوائي بعينه.
2. تجنب طول الفوهة غير الضروري والحواف الداخلية. لا توجد علاقة عامة واحد لواحد بين الطول الإضافي للفوهة ومسافة الحجب.
3. عند أدنى منسوب تشغيل، قارن نصف قطر الحزمة بالمسافة إلى أقرب جدار وبنية داخلية. أدرج خلوص التثبيت والهامش الخاصين بالطراز؛ فالمخروط الاسمي ليس حدا تختفي وراءه العواكس.
4. أبق مسار القياس بعيدا عن تيار الدخول واضطراب السطح الناتج عنه.
5. تجنب التثبيت مباشرة فوق عمود الخلاط حتى إن كانت الريش أسفل نطاق القياس.
6. للأوعية البلاستيكية أو GRP، قيّم الانعكاسات المحتملة من هياكل خارج الخزان واتبع تعليمات تثبيت الهوائي. لا تضف شفة أو أنبوبا معدنيا باعتباره حاجبا عاما مفترضا للترددات الراديوية.

ما لا تعالجه زاوية حزمة أصغر

• يعتمد توهين الرغوة على سماكتها ونسبة السائل وموصليتها وبنية الفقاعات. لا يزيل تركيز الحزمة هذه التأثيرات.
• التكاثف على الهوائي. لا تستطيع الحزمة الضيقة تجنب غشاء على وجه الهوائي نفسه.
• ثابت عزل منخفض جدا في خزان مرتفع. عند 30 m، يبلغ عرض حزمة بزاوية 4° فقط نحو 2.1 m، وقد تبقى الطاقة العائدة من منتج ذي εr يساوي 1.8 دون العتبة.

الاختيار بين 26 GHz و80 GHz بحسب زاوية الحزمة وحدها

مثال أبعاد: فوهة 100 mm على خزان 1.2 m

خزان قطره 1.2 m وارتفاعه 8 m، له فوهة بقطر داخلي 100 mm وطول 400 mm. ما زاوية الحزمة المقبولة؟

• الخلوص عند القاع. لمحور رأسي مركزي في خزان قطره 1.2 m عند مسافة 8 m، تساوي الزاوية الكاملة الهندسية الحدية 2 x arctan(0.6/8)، أي نحو 8.6 درجات، قبل إضافة أي هامش تركيب. للمحور المزاح خلوص أقل إلى أقرب جدار. تترك حزمة 4 درجات خلوصا هندسيا أكبر في هذا المثال المبسط.
• فحص الفوهة. يعطي الحساب المخروطي البسيط نحو 28 mm عند 0.4 m لحزمة 4°، لكنه لا يثبت قبول الفوهة؛ فالمجال القريب للهوائي ورسم التثبيت المحدد هما المرجع.
• البديل. عند 8 m، تبلغ حزمة 10° نحو 1.40 m عرضا، متجاوزة قطر الوعاء 1.2 m. يزيد ذلك خطر التفاعل مع الجدار عند المنسوب المنخفض، ولا يضمن قراءة خاطئة في كل تركيب.

يوفر هوائي 4° خلوصا هندسيا أكبر في هذا المثال. أكد توافق الفوهة وجودة الإشارة عبر مدى المنسوب المطلوب قبل اختيار الجهاز.

فحص الخلوص في تركيب قائم

1. قس قطر الخزان والمسافة من الشفة إلى أدنى منسوب يجب قياسه.
2. احسب قطر التغطية عند تلك المسافة من زاوية الحزمة في ورقة البيانات.
3. طبق خلوص التركيب المطلوب للرادار الفعلي وانحراف التثبيت والجدار والأجزاء الداخلية، بدلا من طرح 100 mm بصورة عامة.
4. إذا تجاوزت التغطية الخلوص المتاح، فافحص منحنيات المنسوب المنخفض بحثا عن انعكاسات الجدار أو المسارات المتعددة.
5. قد تشمل التغييرات هوائيا أضيق حزمة أو ترتيبا متوافقا لتهدئة السائل. لا يقبل رفع أدنى منسوب مقاس إلا إذا ظل يلبي متطلب العملية.

الأسئلة الشائعة

السؤال 1. هل تقاس زاوية الحزمة عند −3 dB أو −6 dB؟

استخدم تعريف الهوائي في ورقة البيانات. للنمط نفسه، يكون منحنى -6 dB عادة أوسع من منحنى -3 dB، لذا لا يمكن استخدام الزوايا ذات التعريفات المختلفة بدلا من بعضها مباشرة. وليس أي منهما حدا قاطعا يختفي بعده العاكس المعدني.

السؤال 2. هل يمكن حساب التغطية من قطر الهوائي؟

يؤثر حجم الفتحة والطول الموجي في الحزمة، لكن تصميم الهوائي وتوزيع المجال على فتحته مهمان أيضا. التقدير القائم على القطر ليس موافقة تثبيت. استخدم الزاوية الكاملة ورسم الهوائي المحددين للتكوين المطلوب، ثم افحص حدود الفوهة في المجال القريب مستقلة عن تغطية المجال البعيد.

السؤال 3. هل تعني الحزمة الأضيق مدى أطول؟

ليس ذلك كافيا بحد ذاته. قارن مدى القياس المعلن للوسط وقوة الإشارة العائدة والهوائي والمستقبل والتركيب. قد تقلل الحزمة المركزة الانعكاسات غير المرغوبة، لكنها لا تضمن صدى سطح صالحا عبر الرغوة أو الرواسب أو حيز بخاري صعب القياس. المدى والخلوص المطلوب فحصان منفصلان.

السؤال 4. ماذا يحدث إذا اصطدمت الحزمة بجدار الخزان؟

قد ينتج الجدار أو الهيكل الداخلي أصداء ثابتة أو متعددة المسارات تربك التتبع، خصوصا عندما يضعف انعكاس السطح. قارن المنحنيات عند المناسيب المتأثرة بهندسة الوعاء. يشير التداخل إلى خطر يستحق التقييم، ولا يثبت أن كل تركيب سيعطي قيمة خاطئة.

السؤال 5. هل أنبوب التهدئة بديل للحزمة الضيقة؟

قد يحسن أنبوب أو حجرة متوافقان مسار القياس، لكن الأبعاد والفتحات وخطر التراكم والاستجابة الهيدروليكية يجب أن تناسب الجهاز والعملية. افحص أي تكوين أنبوب أو تعويض مطلوب. لا تضف أنبوب تهدئة عاما لمجرد تجنب التحقق من ترتيب الهوائي والفوهة.

تحتاج مراجعة التثبيت إلى قطر الوعاء وارتفاعه وقطر الفوهة الداخلي وطولها ومناسيب التشغيل ومواقع الأجزاء الداخلية. اطلب مراجعة التثبيت

قراءة ذات صلة: المنطقة العمياء لمرسل المنسوب بالرادار (مسافة الحجب): حسابها وتجنبها | كيفية قراءة منحنى صدى رادار المنسوب ومعنى كل شكل