Que fait une antenne d'émetteur de niveau radar? Types d'antenne, angle de faisceau et guide de sélection

1. Que fait réellement une antenne d'émetteur de niveau radar?

L'antenne est l'un des composants les plus critiques d'un émetteur de niveau radar.

Il remplit principalement deux fonctions:

Premièrement,il transmet des ondes électromagnétiques vers la surface du milieu mesuré.

Deuxièmement,il reçoit les échos radar réfléchis de la surface du milieu mesuré.

L'unité électronique de l'instrument calcule ensuite la distance entre l'antenne et la surface moyenne en fonction de la relation entre le signal transmis et le signal retourné.

Par conséquent, l'antenne n'est pas simplement un accessoire externe ou un élément de boîtier.

La structure de l'antenne affecte directement:

• Angle de faisceau;

• gain de signal;

• Résistance à l'écho;

• Résistance aux interférences;

• Dimensions d'installation;

• Résistance à la température;

• Résistance à la corrosion;

• Résistance à la condensation et à l'accumulation de matériaux.

2. Pourquoi une antenne plus grande produit-elle habituellement un faisceau plus étroit?

Pour les instruments radar fonctionnant dans la même bande de fréquences, une ouverture d'antenne efficace plus grande produit généralement un faisceau plus étroit et une plus grande direction.

Prenons comme exemple un produit radar de 26 GHz d'Endress+Hauser:

Une antenne de 40 mm correspond à un angle de faisceau d'environ 23°, tandis qu'une antenne de 100 mm peut réduire l'angle de faisceau d'environ 8°. À une distance de mesure de 20 m, la différence de diamètre du faisceau entre les deux dimensions d'antenne est importante.

Les données techniques Siemens pour le radar industriel de 25 GHz montrent une relation similaire. Selon la taille de la corne, les angles de faisceau typiques sont d'environ 19°, 15°, 10° et 8°, et le fabricant recommande d'utiliser une antenne plus grande lorsque les conditions d'installation le permettent.

Cela signifie que dans les grands et étroits réservoirs:

Plus le faisceau est étroit, plus il est facile d'éviter les parois du réservoir et les structures internes.

3. Quel est l'angle de faisceau d'un transmetteur de niveau radar?

L'angle du faisceau ne signifie pas qu'il n'y a absolument pas d'énergie radar en dehors de l'angle spécifié.

Les instruments radar industriels définissent normalement l'angle du faisceau en fonction d'une limite de réduction d'énergie spécifiée à l'intérieur du faisceau principal, comme la largeur du faisceau de 3 dB.

Même en dehors de l'angle nominal du faisceau, une certaine énergie radar peut encore être présente.

Par conséquent, un objet réfléchissant très fort situé près du bord du faisceau principal peut encore générer un faux écho.

C'est pourquoi l'installation radar ne devrait pas être évaluée uniquement sur une seule ligne centrale.

Toute la zone de couverture du faisceau doit être prise en considération.

4. Quels types d'antennes radar sont couramment utilisés?

4. 1 Antenne de la corne

Les antennes Horn sont l'une des structures les plus courantes utilisées dans les émetteurs radar industriels traditionnels.

Les caractéristiques typiques sont les suivantes:

• bonne direction;

• technologie d'application industrielle mature;

• Disponibilité dans différentes tailles d'ouverture;

• Qualité pour la plupart des réservoirs de stockage;

• Qualité pour les liquides et certaines applications de niveau solide en vrac.

À la même fréquence de fonctionnement, une ouverture de corne plus grande offre généralement une meilleure capacité de mise au point.

Les applications typiques comprennent :

• Réservoirs de stockage de produits chimiques;

• Citernes à eau;

• Citernes à huile;

• Traiter les navires;

• Silos généraux en vrac.

4. 2 Antenne parabolique

Les principaux avantages d'une antenne parabolique sont un gain élevé et une forte capacité de mise au point.

Dans les émetteurs radar traditionnels de 26 GHz pour les solides en vrac, les grandes antennes paraboliques peuvent produire des faisceaux très étroits. Ils sont donc particulièrement adaptés pour:

• De gros silos;

• Silos étroits;

• les navires ayant de nombreuses structures internes;

• solides en vrac à faible réflectivité;

• Applications à haute poussière.

Selon les données techniques d'Endress+Hauser pour un radar de 26 GHz, les antennes paraboliques DN200 et DN250 peuvent fournir des angles de faisceau typiques d'environ 4° et 3. 5 % respectivement.

4. 3 Antenne à tige

Les antennes à tige ont une structure relativement compacte et conviennent aux petites connexions de processus.

Différents produits peuvent utiliser PTFE, PEEK ou d'autres matériaux résistant à la corrosion.

Ils sont couramment utilisés pour:

• Petites connexions de processus;

• les médias corrosifs;

• Réservoirs de stockage avec espace d'installation limité.

Toutefois, la résistance à la température, la résistance à la pression et la compatibilité chimique doivent être évaluées en fonction du matériau spécifique de l'antenne.

Il ne faut pas supposer que toutes les antennes à tige conviennent à chaque milieu corrosif.

4. 4 Antenne plane

Certaines antennes planes sont spécialement conçues pour les applications de tubes fixes.

Par exemple, certains produits radar utilisent une antenne plane spécialement conçue ainsi qu'un tuyau de fixation métallique pour améliorer la propagation du signal et la stabilité de la mesure de l'écho à l'intérieur du tuyau.

Les exigences d'installation pour ce type de structure ne sont pas entièrement identiques à celles du radar classique.

4. 5 Lentille ou antenne intégrée

Avec l'adoption croissante de radars à haute fréquence, en particulier de radars à 80 GHz, les antennes compactes et les structures d'antennes intégrées sont devenues de plus en plus courantes.

Des fréquences plus élevées permettent d'obtenir des faisceaux plus étroits avec des dimensions d'antenne plus petites, ce qui rend ces antennes particulièrement adaptées pour:

• petits navires;

• Petites connexions de processus;

• Citernes à structures internes complexes;

• Installations à proximité du mur du réservoir.

5. Pourquoi la sélection d'antennes est-elle particulièrement importante pour la mesure du niveau de sol en vrac?

Les solides en vrac se comportent différemment des liquides.

Une surface liquide est généralement relativement plate, tandis que des solides en vrac peuvent former:

• Les angles de repos;

• les pics matériels;

• dépressions matérielles;

• Surfaces irrégulières.

Par exemple, lorsque le matériau est rempli du haut, il peut former une pile conique.

Lorsque le matériau est déchargé du fond, une dépression en forme d'entonnoir peut se former.

Dans ces situations, les ondes radar frappant différentes zones de la surface du matériau peuvent produire différentes réflexions.

Par conséquent, les applications de silo solide en vrac doivent tenir compte non seulement de la distance de mesure, mais aussi de:

• Lorsque le faisceau radar est dirigé;

• La direction de la surface du matériau incliné;

• Si l'écho réfléchi peut revenir à l'antenne.

Pour les grands silos, un faisceau plus étroit permet généralement d'éviter les parois du silo et de concentrer la mesure sur la zone cible.

6. L'antenne devrait-elle s'étendre au-delà de la buse de montage?

Pour certains produits radar traditionnels, les fabricants exigent que le corne d'antenne s'étende au-delà de la buse de montage ou que la buse reste dans les dimensions spécifiées. Sinon, la buse de montage elle-même peut générer de puissants faux échos.

Toutefois, cette exigence ne peut être généralisée à tous les instruments radar.

Différents types de radar, notamment:

• radar de 26 GHz;

• radar à 80 GHz;

• Antennes de lentilles;

• Antennes à barres;

peut avoir des longueurs de buse de montage différentes.

Par conséquent, lors de l'acquisition du projet, les deux paramètres suivants devraient être fournis au fournisseur:

Diamètre de connexion du processus + hauteur de la buse de montage.

7. Les gouttelettes d'eau sur l'antenne radar affecteront-elles la mesure?

L'effet dépend de la gravité de la condensation.

Le radar lui-même n'est pas particulièrement sensible aux variations de l'humidité ambiante. Toutefois, si une grande quantité de condensation couvre directement la surface de l'antenne, elle peut:

• Atténuer le signal radar;

• Modifier les caractéristiques de rayonnement de l'antenne;

• Générer d'autres échos près du champ.

Une forte accumulation de médias très visqueux peut créer des problèmes similaires.

Par conséquent, lorsque l'on s'attend à une condensation, une cristallisation ou une accumulation importante de matériaux, les facteurs suivants doivent être pris en compte lors de la sélection du modèle :

• Structure de surface de l'antenne;

• Matériel d'antenne;

• Si un système de purge d'air peut être utilisé;

• Angle d'installation;

• Indique si une structure d'isolement est nécessaire.

8. Comment choisir une antenne radar?

Au minimum, les renseignements suivants sur les conditions d'exploitation doivent être fournis:

FAQ

Q1: Une plus grande antenne d'émetteur de niveau radar est-elle toujours meilleure?

A:Dans la même bande de fréquences, une plus grande antenne peut généralement fournir un faisceau plus étroit et un gain plus élevé. Toutefois, l'espace d'installation, les dimensions de raccordement des processus et les conditions de fonctionnement doivent également être pris en considération.

Q2 : Quel est le meilleur, une antenne cor ou une antenne parabolique ?

A:Ni l'un ni l'autre n'est universellement meilleur. Les antennes à cornes sont couramment utilisées pour les réservoirs de stockage classiques, tandis que les antennes paraboliques peuvent être plus appropriées pour les silos grands ou grands et les applications nécessitant un faisceau plus étroit.

Q3 : Pourquoi les émetteurs radar de 26 GHz utilisent-ils souvent des antennes relativement grandes?

A:Dans des conditions similaires, l'augmentation de l'ouverture effective de l'antenne peut réduire davantage l'angle du faisceau et améliorer la capacité de mise au point.

Q4: Une antenne radar peut-elle entrer en contact avec le liquide?

A:Un radar sans contact dans l'espace libre n'a normalement pas besoin de contacter le milieu mesuré pendant le fonctionnement. L'immersion continue de l'antenne n'est pas considérée comme une condition de fonctionnement normale pour la plupart des instruments radar classiques sans contact. La documentation spécifique du modèle doit être vérifiée.

Q5: La poussière sur l'antenne radar causera-t-elle des mesures inexactes?

A:Une couche légère de poussière peut ne pas affecter immédiatement la mesure, mais une accumulation sévère de poussière peut affaiblir l'écho efficace. Les applications impliquant des poussières lourdes devraient donc envisager la purge d'air et le contrôle périodique.

Q6: Quel type d'antenne convient à une petite connexion de processus?

A:On peut souvent envisager des antennes à tige compacte, des antennes à lentille ou des conceptions radars à haute fréquence. La sélection finale doit être fondée sur les dimensions de la buse, la plage de mesure et les conditions de fonctionnement réelles.

Q7: Un angle de faisceau plus petit est-il toujours mieux?

A:Les poutres étroites offrent des avantages évidents dans les navires complexes et confinés, mais la sélection radar doit également tenir compte de la réflectivité moyenne, de la portée de mesure et de la structure d'installation.

Q8: De quelles informations METRAVON a-t-il besoin pour confirmer la bonne antenne radar?

A:Il est préférable de fournir des dessins de réservoir ou des photos d'installation sur le terrain ainsi que la taille de connexion du processus, la portée de mesure, les structures internes et les paramètres moyens plutôt que de fournir seulement la hauteur du réservoir.

Conclusion

L'antenne d'un émetteur de niveau radar détermine beaucoup plus que l'apparence externe de l'instrument. Il affecte directement la direction des ondes radar, le rapport signal-bruit et la capacité de l'instrument à identifier la cible correcte dans des réservoirs complexes.

La logique de sélection des antennes est différente pour les réservoirs ordinaires de stockage des liquides, les milieux corrosifs, les silos à haute poussière et les récipients étroits.

Lors du choix d'un émetteur de niveau radar, METRAVON recommande d'évaluer la fréquence de fonctionnement, le type d'antenne, l'angle de faisceau et la structure d'installation en tant que système intégré plutôt que de comparer uniquement la plage de mesure maximale et la précision nominale.

Ressources connexes

Compteurs radar · Mesure des niveaux

Auteur: Arvin · Source: METRAVON Instruments