اصول اولیه آنتن

مهمترین ویژگی یک آنتن، جهت یا راستای  Directivity)) آن می باشد. راستا، توانایی آنتن در هدایت حداکثر میزان تابش انرژی مایکروویو به سمت سطح مایع یا جامد تحت اندازه گیری می باشد. در فرآیندهای  صنعتی از دو نوع آنتن استفاده می شود:آنتن میله دی الکتریک و آنتن شیپوری .

آنتن میله دی الکتریک (dielectric rod)  یا شیپوری (horn) به ته دستگاه اندازه گیری متصل می شوند تا از فوکوس مناسب آن اطمینان حاصل گردد، و حداکثر میزان انرژی مایکروویو به سمت سطح تحت اندازه گیری هدایت شده، و ترانسمیتر رادار بتواند انرژی اکوهای برگشتی را دریافت کند، قسمت باریک آنتن میله دی الکتریک ، امواج مایکروویو را به سمت مواد تحت اندازه گیری متمرکز میکند.

در ترانسمیتر سطح رادار وظیفه یک آنتن، هدایت حداکثر میزان انرژی مایکروویو به سمت سطح تحت اندازه گیری و دریافت حداکثر میزان انرژی اکوهای برگشتی برای آنالیز آنها توسط مدارات الکترونیکی می باشد.مهم نیست که آنتن با چه کیفیتی طراحی شده باشد،در هر صورت مقداری از انرژی مایکروویو در همه جهات تابیده می شود. هدف به حداکثر رساندن راستا می باشد.

معیاری که میان خوب بودن جهت و راستای انرژي مایکروویو آنتن ترانسمیتر سطح راداری را بیان می کند بهره آنتن(antenna gain)  نامیده می شود. بهره آنتن ترانسمیتر سطح راداری ، نسبت بین توان هر واحد از تابش پرتو با زاویه سه بعدی مخروطی شکل در یک راستای خاص، به توان هر واحد از زاویه سه بعدی اگر کل توان به صورت ایزوتوپی باشد،تعریف می شود.

با آنتن های شیپوری میتوان از نازلهای کوچکتر با زاویه پرتو متمرکزتر استفاده کرد. برای مثال یک آنتن شیپوری 40 میلی متری در فرکانس 26 گیگاهرتز و یک آنتن شیپوری 150میلی متری در فرکانس 8/5گیگاهرتز زاویه پرتو تقریبا یکسانی دارند.با این حال، این تمام موضوع نمی باشد.بهره آنتن به مجذور قطر آنتن وابسته بوده و همچنین با مجذور طول موج نسبت عکس دارد.بهره آنتن به بازده دریچه نیز وابسته است.

انواع آنتن ترانسمیتر سطح راداری

1- آنتن میله دی الکتریک

میله های دی الکتریک از پلی پروپلین یا تفلون ساخته شده و می توانند در مخازنی با نازل هایی به کوچکی  40mm مورد استفاده قرار گیرند.در این آنتن ها امواج مایکروویو از میان قسمت غیرفعال میله عبور کرده وبه سوی قسمت باریک شده حرکت کند.قسمت باریک میله، امواج مایکروویو را به سمت مایع تحت اندازه گیری متمرکز می کند. این مهم است که تمام قسمت باریک میله در داخل مخزن قرار گرفته باشد، اما نباید اجازه داد که آنتن میله ای در داخل محصول غوطه ور شود. اگر یک آنتن میله ای توسط مواد لزج، چسبیده و رسانا پوشیده شده باشد کارایی خود را از دست خواهد داد.

از آنتن های میله ای معمولا برای مایعات و دوغاب ها استفاده میشود.درحالی که برای پودرها و مواد گرانولی توصیه می شود که از آنتن های شیپوری استفاده گردد.

2-آنتن های شیپوری  

مناسب بودن آنتن شیپوری فلزی برای کاربردهای سطح فرایند به اثبات رسیده است.آنتن شیپوری از لحاظ مکانیکی مسحکم بوده و عموما بر اثر ایجاد تجمع محصول و میعانات تحت تاثیر قرار نمی گیرد.درطراحی داخلی آنتن های شیپوری تنوع زیادی وجود دارد.

اصول عملکرد این آنتن ها به این صورت است که امواج مایکروویو در داخل ماژول مایکروویو تولید شده و برای رهاسازی امواج در موج بر، به یک فرکانس بالا منتقل می شود. موج بر فلزی امواج مایکروویو را به سمت ماده ای با دی الکتریک کم که به شکل مخروطی تیز بوده و در مرکز آنتن قرار گرفته هدایت و از آن به طرف شیپور آنتن ساطع می کند.با استفاده از این مخروطی تیز،مایکروویو انتشار یافته کنترل شده وسپس توسط شیپور فلزی به سمت هدف فوکوس می شود.پس از انعکاس سیگنال از سطح محصول، اکوهای برگشتی در داخل آنتن شیپوری جمع شده و برای پردازش در اختیار مدارات الکترونیکی قرار می گیرد.

3-آنتن سهمودی و مسطح

آنتن های نوع سهموی و مسطح عمدتا در کاربردهایی با دقت بالا مورد استفاده قرار می گیرند.به عنوان مثال در انبارها و مخازنی که نیاز به دقت اندازه گیری بالایی دارند از چنین آنتن هایی استفاده میشود.این آنتن ها نسبتا یزرگ بوده و معمولا بر روی یک فلنج 6اینچی عرضه می شوند.به دلیل اندازه فیزیکی این گیج ها معمولا نیاز به نصب آنها بر روی (ورودی بالا مخزن که برای کارکنان به داخل مخزن استفاده میشود) می باشد.

آنتن های سهموی باعث ایجاد یک سیگنال بسیار متمرکز می شوند، به طوری که اگر عمل نصب به خوبی انجام شده باشد سیگنال برگشتی بزرگی حاصل خواهد شد.این آنتن ها حساست های بالای را ارائه می دهند که برای مخازنی با حرکت آهسته که نیاز به اندازه گیری محاسباتی دارند بسیار مناسب می باشند.باید دقت داشته باشید که این آنتن ها همیشه برای مخازن کوچک مناسب نمی باشند.

4- آنتن پنجره ای

نوع دیگر از آنتن های قابل استفاده، آنتن پنجره ای(window antenna) می باشد که به آنها process seal نیز گفته می شود.آنتن پنجره ای در اصل آنتن شیپوری می باشد که توسط یک پنجره ساخته شده از موادی با دی الکتریک پایین، گیج وفرایندی را از یکدیگر جدا می کند.ترانسمیترهای رادار با آنتن پنجره ای عمدتا در کاربردهایی که نباز به حفاظت ترانسمیترهای رادار در برابر شرایط درون مخزن و با جایی که امکان تجمع بر روی آنتن سبب مشکل شود به کار گرفته می شوندواین آنتن ها معمولا دارای یک سطح زاویه دار می باشند تا به پراکنده کردن میعانات روی پنجره کمک شود، که البته استفاده از آنها به نوع کاربرد وابسته می باشد.