Что делает антенна-передатчик уровня радара? Типы антенн, лучевой угол и руководство по выбору

1. Что на самом деле делает антенна-передатчик уровня радара?

Антенна является одним из наиболее важных компонентов радиолокационного уровня передатчика.

В основном выполняет две функции:

СначалаОн передает электромагнитные волны к поверхности измеряемой среды.

Второе,получает радиолокационные отголоски, отраженные от поверхности измеряемой среды.

Затем электронный блок прибора вычисляет расстояние между антенной и средней поверхностью на основе соотношения между передаваемым сигналом и возвращаемым сигналом.

Поэтому антенна — это не просто внешний аксессуар или компонент корпуса.

Структура антенны напрямую влияет на:

• угол луча;

• Сигнальный выигрыш;

• Эхо-сила;

• сопротивление вмешательству;

• размеры установки;

• сопротивление температуре;

• устойчивость к коррозии;

• Устойчивость к конденсации и накоплению материала.

2. Почему большая антенна обычно создает более узкий луч?

Для радиолокационных приборов, работающих в пределах той же полосы частот, большая эффективная антенная апертура обычно производит более узкий луч и более высокую направленность.

В качестве примера можно взять один радиолокационный продукт с частотой 26 ГГц от Endress+Hauser:

40-мм антенна соответствует углу луча приблизительно 23°, в то время как 100-мм антенна может уменьшить угол луча приблизительно до 8°. На расстоянии 20 м разница в диаметре покрытия луча между двумя размерами антенны значительна.

Технические данные Siemens для промышленных радаров с частотой 25 ГГц показывают аналогичную взаимосвязь. В зависимости от размера рога типичные углы луча составляют примерно 19°, 15°, 10° и 8°, и производитель рекомендует использовать более крупную антенну, где позволяют условия установки.

Это означает, что в высоких и узких резервуарах:

Чем узче балка, тем легче избежать стенок резервуара и внутренних конструкций.

3. Что такое лучевой угл передатчика уровня радара?

Угол луча не означает, что за пределами заданного угла нет абсолютно никакой радиолокационной энергии.

Промышленные радиолокационные приборы обычно определяют угол луча в соответствии с заданной границей снижения энергии в пределах основного луча, такой как ширина луча 3 дБ.

Даже за пределами номинального угла луча может присутствовать некоторая энергия радара.

Поэтому очень сильный отражающий объект, расположенный вблизи края главного луча, все равно может генерировать ложное эхо.

Вот почему установка радара не должна оцениваться только на основе одной центральной линии.

Следует рассмотреть всю зону покрытия луча.

4. Какие типы радарных антенн обычно используются?

4. 1 Роговая антенна

Роговые антенны являются одной из наиболее распространенных структур, используемых в традиционных промышленных радиолокационных передатчиках.

Типичные характеристики включают:

• Хорошая направленность;

• зрелая технология промышленного применения;

• наличие в различных размерах диафрагмы;

• пригодность для большинства резервуаров;

• Пригодность для жидкостей и некоторых применений объемно-твердого уровня.

При той же рабочей частоте большая апертура рога обычно обеспечивает лучшую способность фокусировки.

Типичные применения включают:

• резервуары для химического хранения;

• резервуары для воды;

• нефтяные резервуары;

• обрабатывающие суда;

• Общие сыпучие материалы.

4. 2 Параболическая антенна

Основными преимуществами параболической антенны являются высокий коэффициент усиления и высокая способность фокусировки.

В традиционных радиолокационных передатчиках уровня 26 ГГц для сыпучих твердых тел большие параболические антенны могут создавать очень узкие лучи. Поэтому они особенно подходят для:

• Высокие бункеры;

• Узкие силосы;

• суда со многими внутренними конструкциями;

• малоотражающие объемные твердые вещества;

• Приложения с высокой пылью.

Согласно техническим данным Endress+Hauser для РЛС объемного твердого тела с частотой 26 ГГц, параболические антенны DN200 и DN250 могут обеспечивать типичные углы луча примерно 4° и 3°. 5% соответственно.

4. 3 Род антенна

Род-антенны имеют относительно компактную структуру и подходят для небольших технологических соединений.

Различные продукты могут использовать PTFE, PEEK или другие коррозионно-стойкие материалы.

Они обычно используются для:

• Небольшие технологические связи;

• Коррозионные носители;

• Резервуары с ограниченным пространством для установки.

Однако фактическое сопротивление температуре, сопротивление давлению и химическая совместимость должны оцениваться в соответствии с конкретным материалом антенны.

Не следует предполагать, что все стержневые антенны подходят для каждой коррозионной среды.

4. 4 Планарная антенна

Некоторые планарные антенны специально разработаны для применения в трубах.

Например, некоторые радиолокационные продукты используют специально разработанную планарную антенну вместе с металлической неподвижной трубой для улучшения распространения сигнала и стабильности измерения эха внутри трубы.

Требования к установке такого типа конструкции не полностью идентичны требованиям обычного радиолокатора свободного пространства.

4. 5 линз или интегрированная антенна

С ростом использования высокочастотных радаров, особенно радаров с частотой 80 ГГц, все чаще стали использоваться компактные линзовые антенны и интегрированные антенные конструкции.

Более высокие частоты позволяют достигать более узких лучей с меньшими размерами антенн, что делает эти антенны особенно подходящими для:

• малые суда;

• Небольшие технологические связи;

• танки со сложными внутренними конструкциями;

• Установки рядом со стенкой танка.

5. Почему выбор антенны особенно важен для измерения уровня твердости?

Твердые частицы ведут себя иначе, чем жидкости.

Жидкая поверхность обычно относительно плоская, тогда как объемные твердые вещества могут образовываться:

• Углы отдыха;

• Материальные пики;

• Материальные депрессии;

• Нерегулярные поверхности.

Например, когда материал заполнен сверху, он может образовывать коническую кучу.

Когда материал разряжается со дна, может образоваться воронкообразная депрессия.

В этих ситуациях радиолокационные волны, поражающие различные области поверхности материала, могут производить различные отражения.

Таким образом, объемно-твердые силосные установки требуют рассмотрения не только измерения расстояния, но и:

• где луч радара направлен;

• направление наклонной поверхности материала;

• Может ли отраженное эхо вернуться к антенне?

Для высоких силосов более узкий луч обычно облегчает избегание стенок силоса и концентрирует измерение на целевой области.

6. Должна ли Антенна простираться за пределы насадки?

Для некоторых традиционных радиолокационных устройств с роговыми антеннами производители требуют, чтобы рог антенны выходил за пределы монтажного сопла или чтобы сопло оставалось в пределах заданных размеров. В противном случае само монтажное сопло может генерировать сильные ложные отголоски.

Однако это требование не может быть обобщено на все радиолокационные приборы.

Различные типы радаров, в том числе:

• РЛС 26 ГГц;

• РЛС 80 ГГц;

• линзовые антенны;

• Родовые антенны;

могут иметь различную допустимую длину насадки.

Поэтому при закупке проекта поставщику должны быть предоставлены оба следующих параметра:

Диаметр технологического соединения + высота крепления сопла.

7. Повлияют ли водяные капли на радиолокационную антенну на измерение?

Эффект зависит от тяжести конденсации.

Сам радар не особенно чувствителен к изменениям влажности окружающей среды. Однако, если большое количество конденсата непосредственно покрывает поверхность антенны, он может:

• ослабить радиолокационный сигнал;

• изменение радиационных характеристик антенны;

• Создайте дополнительные эхо ближнего поля.

Тяжелое накопление из высоковязких сред может создать аналогичные проблемы.

Поэтому, когда ожидается сильная конденсация, кристаллизация или накопление материала, при выборе модели следует учитывать следующие факторы:

• структура поверхности антенны;

• материал антенны;

• Можно ли использовать систему воздушной чистки;

• угол установки;

• Требуется ли изоляция.

8. Как выбрать антенну радара?

Как минимум, должна быть представлена следующая информация о рабочем состоянии:

FAQ

Q1: Всегда ли лучше иметь антенну с радиолокационным уровнем?

A:В пределах той же полосы частот более крупная антенна обычно может обеспечивать более узкий луч и более высокий коэффициент усиления. Однако необходимо также учитывать пространство установки, размеры технологического соединения и условия эксплуатации.

Q2: Что лучше: роговая антенна или параболическая антенна?

A:Ни один из них не является универсально лучшим. Роговые антенны обычно используются для обычных резервуаров для хранения, в то время как параболические антенны могут быть более подходящими для больших или высоких силосов и приложений, требующих более узкого луча.

Q3: Почему радиолокационные передатчики часто используют относительно большие антенны?

A:В других аналогичных условиях увеличение эффективной апертуры антенны может дополнительно уменьшить угол луча и улучшить способность фокусировки.

Q4: Может ли радиолокационная антенна вступать в контакт с жидкостью?

A:Неконтактный радар в свободном пространстве обычно не должен контактировать с измеряемой средой во время работы. Непрерывное погружение антенны не считается нормальным рабочим состоянием для большинства обычных бесконтактных радиолокационных приборов. Необходимо проверить конкретную типовую документацию.

Q5: Будет ли пыль на радиолокационной антенне вызывать неточные измерения?

A:Легкий слой пыли может не сразу повлиять на измерение, но сильное накопление пыли может ослабить эффективное эхо. Поэтому в приложениях, связанных с тяжелой пылью, следует учитывать продувку воздуха и периодический осмотр.

Q6: Какой тип антенн подходит для небольшого технологического соединения?

A:Компактные стержневые антенны, линзовые антенны или высокочастотные радиолокационные конструкции часто могут рассматриваться. Окончательный выбор по-прежнему должен основываться на размерах сопла, диапазоне измерений и фактических условиях эксплуатации.

Q7: Всегда ли меньший угол луча лучше?

A:Узкие лучи обеспечивают очевидные преимущества в сложных и ограниченных судах, но выбор радара также должен учитывать среднюю отражательную способность, дальность измерения и структуру установки.

Вопрос 8: Какая информация нужна METRAVON для подтверждения правильности антенны радара?

A:Лучше всего предоставлять чертежи резервуара или фотографии полевого монтажа вместе с размером технологического соединения, диапазоном измерения, внутренними структурами и средними параметрами, а не обеспечивать только высоту резервуара.

Заключение

Антенна радиолокационного передатчика определяет гораздо больше, чем внешний вид прибора. Это напрямую влияет на радиолокационную направленность, отношение сигнала к шуму и способность прибора идентифицировать правильную цель в сложных танках.

Логика выбора антенны отличается для обычных резервуаров для хранения жидкости, коррозионных сред, силосов высокой пыли и узких сосудов.

При выборе радиолокационного передатчика уровня METRAVON рекомендует оценивать рабочую частоту, тип антенны, угол луча и структуру установки как интегрированную систему, а не сравнивать только максимальный диапазон измерений и номинальную точность.

Связанные с этим ресурсы

Радиометры уровня · Измерение уровня

Источник: METRAVON Instruments