चित्र 1. एंटीना बीम दक्षता को परिभाषित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले मुख्य-बीम और साइडलोब क्षेत्र।
एंटीना बीम दक्षता क्या है?
एंटीना बीम दक्षतामुख्य-बीम दक्षता (मेन-बीम एफिशिएंसी) नामक माप, किसी एंटीना की कुल विकीर्ण शक्ति का वह अंश है जो एक परिभाषित मुख्य-बीम क्षेत्र के भीतर आता है। यह एक व्यावहारिक डिज़ाइन प्रश्न का उत्तर देता है: उपलब्ध विकिरण का कितना भाग साइडलोब्स और बैक लोब में वितरित होने के बजाय इच्छित कोणीय क्षेत्र की ओर केंद्रित होता है?
किसी रिसीविंग एंटीना के लिए, पारस्परिकता उसी विचार को मुख्य बीम के माध्यम से एकत्रित प्राप्त शक्ति के अंश के रूप में देखने की अनुमति देती है, जब आसपास के क्षेत्र और ध्रुवीकरण की स्थितियाँ सुसंगत रूप से परिभाषित होती हैं। इसलिए बीम दक्षता रडार, रेडियोमेट्री, सैटेलाइट लिंक, पॉइंट-टू-पॉइंट माइक्रोवेव सिस्टम और एंटीना माप में विशेष रूप से उपयोगी है, जहाँ अवांछित दिशाओं से आने या जाने वाली ऊर्जा सटीकता को कम कर सकती है या हस्तक्षेप बढ़ा सकती है।
चित्र 1 में, मुख्य लोब z-अक्ष पर केंद्रित है। यदि शंकु कोण θ1यदि यह पहले शून्य या किसी अन्य स्पष्ट रूप से निर्दिष्ट मुख्य-बीम सीमा को चिह्नित करता है, तो बीम दक्षता की गणना उस शंकु के अंदर शक्ति पैटर्न को एकीकृत करके और इसे संपूर्ण विकिरण पैटर्न पर एकीकृत शक्ति से विभाजित करके की जाती है।
एंटीना बीम दक्षता सूत्र
सामान्यीकृत शक्ति पैटर्न P का उपयोग करते हुएn(θ,φ) के लिए सामान्य बीम-दक्षता अभिव्यक्ति नीचे दर्शाई गई है:
अंश चयनित मुख्य-बीम ठोस कोण (Ω) के भीतर निहित शक्ति को दर्शाता है।MBहर में 4π स्टेरेडियन पर एकीकृत कुल विकिरणित शक्ति को दर्शाया गया है। परिणामी मान, ηBयह आयामहीन है और सामान्यतः प्रतिशत के रूप में दर्शाया जाता है।
- Pn(θ,φ)यह मानकीकृत शक्ति पैटर्न है। यदि मापे गए विद्युत क्षेत्र डेटा का उपयोग किया जाता है, तो संबंधित शक्ति पद |E| के समानुपाती होता है।2.
- ΩMBयह निर्दिष्ट मुख्य-बीम क्षेत्र है, जो अक्सर पहले शून्य बिंदुओं या एक परिभाषित शंकु कोण द्वारा घिरा होता है।
- θ और φये ऊंचाई और दिगंश निर्देशांक हैं जिनका उपयोग संपूर्ण विकिरण पैटर्न का वर्णन करने के लिए किया जाता है।
मुख्य बीम की सीमा को परिणाम के साथ हमेशा बताया जाना चाहिए। दो प्रयोगशालाएँ एक ही पैटर्न से अलग-अलग संख्यात्मक मान प्राप्त कर सकती हैं यदि एक प्रयोगशाला पहले शून्य तक समाकलन करती है जबकि दूसरी एक निश्चित कोणीय शंकु का उपयोग करती है। लगभग घूर्णी रूप से सममित पेंसिल बीम के लिए, समाकलन को अगले व्यंजक में दिखाए अनुसार सरल बनाया जा सकता है।
एंटीना बीम दक्षता को कैसे मापा जाता है?
बीम दक्षता एकल बोरसाइट रीडिंग के बजाय विकिरण-पैटर्न डेटा से प्राप्त की जाती है। कैलिब्रेटेड फार-फील्ड रेंज, कॉम्पैक्ट एंटीना टेस्ट रेंज, या मान्य फार-फील्ड रूपांतरण के साथ नियर-फील्ड सिस्टम का उपयोग किया जा सकता है। फेज़्ड एरेज़ के लिए, प्रत्येक आवश्यक बीम स्थिति, आवृत्ति और ध्रुवीकरण के लिए माप को दोहराया जाना चाहिए क्योंकि स्कैनिंग और आयाम या चरण त्रुटियां साइडलोब्स में शक्ति का पुनर्वितरण कर सकती हैं।
- विकिरण पैटर्न को मापेंपर्याप्त कोणीय कवरेज के साथ जिसमें मुख्य बीम, साइडलोब और बैक लोब शामिल हों।
- मापे गए क्षेत्र को पावर पैटर्न में परिवर्तित करेंऔर प्रत्येक कोणीय नमूने पर समान सामान्यीकरण लागू करें।
- मुख्य बीम की सीमा को परिभाषित करेंजैसे कि प्रथम-शून्य समोच्च रेखा या एक निर्दिष्ट शंकु कोण।
- उस सीमा के भीतर शक्ति को एकीकृत करेंऔर इसे संपूर्ण पैटर्न पर एकीकृत शक्ति से विभाजित करें।
- परीक्षण की स्थितियों की रिपोर्ट करेंइसमें आवृत्ति, ध्रुवीकरण, किरण की स्थिति, कोणीय संकल्प और सीमा परिभाषा शामिल हैं।
दो-आयामी ई-प्लेन और एच-प्लेन कट की एक जोड़ी बीमविड्थ और साइडलोब व्यवहार को दर्शा सकती है, लेकिन यह आमतौर पर पूर्ण त्रि-आयामी बीम-दक्षता मान प्रदान नहीं करती है जब तक कि घूर्णीय समरूपता सिद्ध न हो जाए। पूर्ण-गोला या पर्याप्त रूप से पूर्ण पैटर्न डेटा अधिक विश्वसनीय परिणाम देता है। आरएफ एमआईएसओ के बारे में अधिक जानें।एंटीना परीक्षण क्षमताएं.
बीम दक्षता बनाम अन्य एंटीना दक्षता संबंधी शब्द
किरण दक्षता बनाम विकिरण दक्षता
विकिरण दक्षतायह विकीर्ण शक्ति की तुलना एंटीना द्वारा ग्रहण की गई शक्ति से करता है और इसलिए चालक और परावैद्युत हानियों को दर्शाता है।बीम दक्षतायह बताता है कि विकीर्ण शक्ति कहाँ जाती है। एक एंटीना में आंतरिक हानि कम हो सकती है, लेकिन फिर भी उसकी बीम दक्षता मामूली हो सकती है यदि पर्याप्त शक्ति साइडलोब्स या बैक लोब में प्रकट होती है।
बीम दक्षता बनाम दिशात्मकता और लाभ
दिशिकतायह आइसोट्रोपिक रेडिएटर के सापेक्ष विकिरण पैटर्न की अधिकतम सांद्रता का वर्णन करता है। गेन दिशात्मकता और विकिरण दक्षता को जोड़ता है, जबकि रियलाइज़्ड गेन प्रतिबाधा बेमेल को भी ध्यान में रखता है। बीम दक्षता अलग है क्योंकि यह केवल अधिकतम दिशा का मूल्यांकन करने के बजाय एक कोणीय क्षेत्र में शक्ति को एकीकृत करती है।
बीम दक्षता बनाम बीम चौड़ाई
हाफ-पावर बीमविड्थ मुख्य लोब के -3 dB बिंदुओं के बीच की कोणीय चौड़ाई होती है। एक संकीर्ण बीम अक्सर उच्च दिशात्मकता के साथ होती है, लेकिन यह अपने आप में उच्च बीम दक्षता को सिद्ध नहीं करती। एक पैटर्न में संकीर्ण शिखर हो सकता है और फिर भी यह पार्श्व लोबों में महत्वपूर्ण ऊर्जा भेज सकता है। इसलिए, बीमविड्थ और पार्श्व लोब स्तर की समीक्षा एकीकृत बीम-दक्षता मान के साथ मिलकर की जानी चाहिए।
एंटीना बीम की दक्षता को कौन नियंत्रित करता है?
1. साइडलोब और बैक-लोब स्तर
चयनित मुख्य-बीम क्षेत्र के बाहर की शक्ति सीधे बीम की दक्षता को कम करती है। उच्च पार्श्व लोब एपर्चर की असंतुलन, सरणी रिक्ति, आयाम त्रुटियों या आवश्यक पैटर्न के लिए अनुकूलित न किए गए प्रदीपन प्रोफ़ाइल के कारण हो सकते हैं। बैक रेडिएशन और आस-पास की संरचनाओं से प्रकीर्णन का भी ऐसा ही प्रभाव हो सकता है।
2. एपर्चर रोशनी और आयाम टेपर
एपर्चर एंटेना और ऐरे विकिरण एपर्चर में आयाम वितरण का उपयोग करते हैं। लगभग एकसमान वितरण से एक संकीर्ण मुख्य बीम और उच्च दिशात्मकता प्राप्त हो सकती है, लेकिन इससे अपेक्षाकृत उच्च पार्श्व लोब भी उत्पन्न हो सकते हैं। आयाम में कमी लाने से पार्श्व लोब कम हो सकते हैं और कुल पैटर्न शक्ति का अधिक भाग वांछित क्षेत्र में केंद्रित हो सकता है, हालांकि अत्यधिक कमी से मुख्य बीम चौड़ा हो सकता है और पीक गेन या एपर्चर दक्षता कम हो सकती है। इसलिए सर्वोत्तम सेटिंग अनुप्रयोग-विशिष्ट संतुलन पर निर्भर करती है।
3. चारा का रिसाव और संरचनात्मक अवरोध
रिफ्लेक्टर एंटीना में, रिफ्लेक्टर से चूकने वाली ऊर्जा अतिरिक्त ऊर्जा के रूप में बिखर जाती है और वांछित मुख्य बीम में योगदान नहीं देती। फीड सपोर्ट, सब-रिफ्लेक्टर या आस-पास के उपकरण भी एपर्चर फील्ड के कुछ हिस्से को अवरुद्ध या बिखेर सकते हैं। सही फीड चयन, फोकल पोजीशनिंग और मैकेनिकल अलाइनमेंट इन हानियों और अवांछित लोब्स को नियंत्रित करने में सहायक होते हैं।
4. चरण, आयाम और सतह त्रुटियाँ
सरणी तत्वों के बीच चरण असंतुलन, असमान फ़ीड हानि, विनिर्माण सहनशीलता, परावर्तक सतह त्रुटि और रेडोम विरूपण इच्छित किरण से ऊर्जा को विचलित कर सकते हैं। आवृत्ति बढ़ने पर ये प्रभाव आमतौर पर अधिक महत्वपूर्ण हो जाते हैं क्योंकि एक निश्चित आयामी त्रुटि तरंगदैर्ध्य के एक बड़े हिस्से का प्रतिनिधित्व करती है।
5. ध्रुवीकरण शुद्धता
कुछ बीम-दक्षता परिभाषाओं में केवल वांछित ध्रुवीकरण में शक्ति शामिल होती है। मुख्य बीम के अंदर या बाहर क्रॉस-ध्रुवीकृत विकिरण रिपोर्ट किए गए मान को कम कर सकता है। सिमुलेशन, माप और सिस्टम आवश्यकताओं में ध्रुवीकरण को सुसंगत रूप से निर्दिष्ट किया जाना चाहिए।
बीम दक्षता, बीम चौड़ाई और बैंडविड्थ अलग-अलग हैं
बीम दक्षतायह एक एकीकृत कोणीय शक्ति अनुपात है।दिशात्मकयह निर्दिष्ट स्तर पर मुख्य लोब की कोणीय चौड़ाई का वर्णन करता है, आमतौर पर हाफ-पावर या -3 dB बिंदुओं पर।एंटीना बैंडविड्थयह उस आवृत्ति सीमा का वर्णन करता है जिसके अंतर्गत चयनित आवश्यकताएँ पूरी होती हैं। ये पैरामीटर एक दूसरे को प्रभावित करते हैं, लेकिन ये परस्पर विनिमय योग्य नहीं हैं।
एक डिज़ाइन व्यापक आवृत्ति सीमा में स्वीकार्य VSWR बनाए रख सकता है, जबकि इसकी बीम दिशा, साइडलोब स्तर या बीम दक्षता बैंड किनारों के पास काफी बदल जाती है। इसलिए, पैटर्न प्रदर्शन को केवल प्रतिबाधा बैंडविड्थ से अनुमान लगाने के बजाय कई आवृत्तियों पर सत्यापित किया जाना चाहिए। आवृत्ति-सीमा परिभाषाओं के विस्तृत विवरण के लिए, देखेंएंटीना बैंडविड्थ.
बीम की दक्षता को कैसे बेहतर बनाया जा सकता है?
- एक ऐसा एपर्चर टेपर चुनें जो साइडलोब दमन, मुख्य-बीम की चौड़ाई और गेन के बीच संतुलन बनाए रखे।
- रिफ्लेक्टर-फीड की स्थिति, किनारे की रोशनी और स्पिलओवर को अनुकूलित करें।
- ग्रेटिंग लोब्स से बचने के लिए एरे में उपयुक्त एलिमेंट स्पेसिंग और सटीक एम्प्लीट्यूड या फेज कंट्रोल का उपयोग करें।
- अवरोध, केबल के बिखराव और माउंटिंग संरचना या रेडोम के साथ अवांछित संपर्क को कम करें।
- उच्चतम परिचालन आवृत्ति पर मशीनिंग सहनशीलता, सतह सटीकता और संरेखण को नियंत्रित करें।
- संपूर्ण ऑपरेटिंग बैंड और प्रत्येक आवश्यक बीम अवस्था में सह-ध्रुवीय और क्रॉस-ध्रुवीय पैटर्न को सत्यापित करें।
उच्च बीम दक्षता का सबसे अधिक महत्व कहाँ है?
उच्च बीम दक्षता तब विशेष रूप से उपयोगी होती है जब शक्ति या प्राप्त ऊर्जा को एक निश्चित दिशा में सीमित रखना आवश्यक हो। इसके विशिष्ट उदाहरणों में लक्ष्य-ट्रैकिंग और इमेजिंग रडार, उपग्रह संचार लिंक, रेडियो खगोल विज्ञान और रेडियोमेट्री, पॉइंट-टू-पॉइंट माइक्रोवेव लिंक, रिफ्लेक्टर-फीड सिस्टम, कैलिब्रेशन एंटेना और इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित ऐरे शामिल हैं।
ऐसा कोई सार्वभौमिक बीम-दक्षता प्रतिशत नहीं है जो हर एंटेना के लिए सही हो। एक उपयोगी आवश्यकता में ऑपरेटिंग आवृत्ति, ध्रुवीकरण, बीम स्थिति और कोणीय सीमा के साथ-साथ स्वीकार्य साइडलोब और बैकलोब व्यवहार का उल्लेख होना चाहिए। इससे आपूर्तिकर्ता डेटा, सिमुलेशन और मापे गए परिणाम सीधे तुलनीय हो जाते हैं।
खरीदारों को एंटीना डेटाशीट में क्या-क्या देखना चाहिए?
जब बीम नियंत्रण महत्वपूर्ण हो, तो केवल पीक गेन के आधार पर ही एंटीना का मूल्यांकन न करें। निर्माता से पूछें कि उस विशेष मॉडल और आवृत्ति रेंज के लिए कौन-कौन से पैटर्न डेटा और परीक्षण स्थितियाँ उपलब्ध हैं।
- परिचालन आवृत्ति सीमा और पैटर्न माप के लिए उपयोग की जाने वाली आवृत्तियाँ
- आवृत्ति के सापेक्ष लाभ, अर्ध-शक्ति बीमविड्थ और प्रथम साइडलोब स्तर
- आवश्यक तलों में या गोलाकार स्कैन पर सह-ध्रुवीय और परध्रुवीय विकिरण पैटर्न
- बीम दक्षता की गणना के लिए उपयोग की जाने वाली कोणीय सीमा और ध्रुवीकरण, जब वह मान निर्दिष्ट किया गया हो।
- VSWR, कनेक्टर या वेवगाइड इंटरफ़ेस, पावर हैंडलिंग और पर्यावरणीय आवश्यकताएँ
- यांत्रिक सहनशीलता, माउंटिंग व्यवस्था और किसी भी रेडोम या परावर्तक-फीड विन्यास
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आरएफ एमआईएसओ माप, रडार, संचार और सिस्टम एकीकरण के लिए माइक्रोवेव और मिलीमीटर-वेव एंटेना की आपूर्ति करता है। संबंधित उत्पाद परिवारों में शामिल हैं:मानक लाभ हॉर्न एंटेना, परावर्तक एंटेनाऔरसरणी एंटेनामॉडल-विशिष्ट विनिर्देशों और उपलब्ध परीक्षण डेटा की समीक्षा आवश्यक आवृत्ति, ध्रुवीकरण, लाभ और पैटर्न प्रदर्शन के आधार पर की जानी चाहिए।
एंटेना के चयन या किसी विशिष्ट आवश्यकता के लिए,आरएफ एमआईएसओ से संपर्क करें at info@rf-miso.com.
पोस्ट करने का समय: 12 जुलाई 2024
