微波物位计_雷达的频率、增益和波束角
日期：2010-7-11 14:06:22 点击：
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3 频率、增益和波束角
3.1、微波频谱
电磁频谱是发射的辐射线，范围从低频、低能量 （无线电波）到高频、 高能量 （Y 射线）。频谱还包括微波、红外线、可见光、紫外线、 X- 射 线和 Y 射线。
微波的频率范围从 1GHz 到 30GHz。每个国家控制他们空域的电磁波， 规定什么类型的设备操作在在哪个指定的频率。对工业，科学，医学（ISM）应用已经建立了工作波段的全球标准。这些波段最初为非无线 电通讯应用保留的，在一些国家定义为业余波段。
ISM 以外的所有其他波段，或当地公认的业余波段，限定为商业和政府 应用。限定波段确保授权的用户间不会相互干扰。
三个 ISM 特别波段以 2.45 GHz， 5.8 GHz 和 24 GHz 为中心频率。2.45GHz 波段是微波炉使用的频率，所以在低能通讯系统很为流行，例如无 线局域网和蓝牙设备。
微波物位计的典型波段为 5.8 GHz， 10GHz ， 24 GHz。尽管微波物位计工作在这些“自由”波段，每台设备还必须得到它所使用地所属国家的认可才能使用。通常我们称5.8GHz（或6.3GHz）的频率为C波段微波；10GHz的频率为X波段微波; 24GHz（或26GHz）的频率为K波段微波。
3.2、天线的增益
微波物位计的天线的测量效果有多好与微波的能量大小有直接的关系，称之为“天线的增益”天线的增益就是天线在特定方向上的辐射的立体角度的能量和天线在所有方向上的辐射的立体角度的能量的比率。
天线的增益G根据可如下公式可计算：
（公式3）
其中：η为孔径系数；
D为天线的尺寸；
A为天线的面积；
λ为微波的波长
微波物位计的孔径系数一般在0.5~0.8之间。天线的增益越大，也就是说天线发射的信号能量越集中，测量效果越好。根据公式1和3，我们可以看到，频率高的微波的波长比频率低的要短；也就是说，在其他条件相当的情况，频率高的微波物位计的天线的增益要比频率低天线的增益要大，能量要集中；采用高频信号的微波物位计即使采用尺寸较小的天线也能得到较大的增益。
3.3、波束角
标准的波束角也就是之波束能量减少3dB，也就是减少50%的位置的夹角的角度。这与超声波物位计的是相同的波束角的定义是相同的。微波物位计天线的波束角与频率有很大的关系。频率较高（波长短）的天线即使采用较小的天线尺寸，也能得到较好的测量性能。比如：采用5.8GHz、直径200mm的微波物位计的波束角和采用24GHz直径只有50mm的微波物位计相当。当然，尺寸小的微波物位计更容易安装，重量也较轻。
微波物位计的波束角φ可以通过以下公式计算出来：
（公式4）
λ为微波的波长；
D为天线的尺寸。
3.4、频率的选择
根据公式1，频率高的微波的波长较短；而频率低的微波的波长较长，因此不同频率的微波物位计具有不用的性能，根据不同的应用的特点应当选择合适的微波物位计。
不同频率的微波物位计提供了不同的优点：
低频率对天线的挂料具有较好的抵御能力
低频率对波动的液体表面有更好的性能
低频率具有更好的泡沫穿透力
高频率具有较窄的波束宽度，可以避开障碍物
高频率因为波长较短，在倾斜的固体表面有更好的反射
高频率可以使用更小的天线
3.5、固体料位应用的雷达频率选择
目前市场上主流的几家雷达供应商基本上都已经一致采用K波段频率作为固体雷达的标准频率选择。比如：SIEMENS的LR460、LR260、LR480；E H的FMR250、VEGA的PLUS 68、67等型号。
这是因为K波段频率的雷达的波长一般在12.5mm左右（λ=3*108/24*109），相对6G和10GHz频率的微波而言，波长更短，更容易在不规则、倾斜、粗糙的固体表面形成较好的发射。这点基本得到认可。很久以前，也有公司曾尝试过采用6G和10GHz频率的雷达来作为固体雷达使用，虽然有时候能进行测量，但是可靠性却很差。在料面的堆积角较大的情况，失波现象很频繁，而导致测量不能达到连续可靠的水准。
也有人提出是不是可以采用更高频率的雷达测量固体，会不会效果更好。以前，我看过有公司引进27.5GHz，甚至有人研制了120GHz的雷达进行测试。但是效果也不是太好。主要原因是粉尘的影响。因为在固体测量应用中，除了要解决料面的反射的问题，还有穿透粉尘的“任务”。因为波具有衍射的特性，波长较长的微波更容易穿透粉尘，如果频率太高的话，波长太短，穿透粉尘的能力就会下降，这也是为什么激光技术在固体料位测量使用效果总是不理想的原因。
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电磁频谱是发射的辐射线，范围从低频、低能量 （无线电波）到高频、 高能量 （Y 射线）。频谱还包括微波、红外线、可见光、紫外线、 X- 射 线和 Y 射线。
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微波的频率范围从 1GHz 到 30GHz。每个国家控制他们空域的电磁波， 规定什么类型的设备操作在在哪个指定的频率。对工业，科学，医学（ISM）应用已经建立了工作波段的全球标准。这些波段最初为非无线 电通讯应用保留的，在一些国家定义为业余波段。
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WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网 商业微波只在电磁频谱中 占用了很小的部分。 大多工业雷达设备在 4GHz 到 30GHz 范围内。 plcjs.技.术_网 |
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微波物位计的天线的测量效果有多好与微波的能量大小有直接的关系，称之为“天线的增益”天线的增益就是天线在特定方向上的辐射的立体角度的能量和天线在所有方向上的辐射的立体角度的能量的比率。
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天线的增益G根据可如下公式可计算：
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其中：η为孔径系数；
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D为天线的尺寸；
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A为天线的面积；
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λ为微波的波长
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标准的波束角也就是之波束能量减少3dB，也就是减少50%的位置的夹角的角度。这与超声波物位计的是相同的波束角的定义是相同的。微波物位计天线的波束角与频率有很大的关系。频率较高（波长短）的天线即使采用较小的天线尺寸，也能得到较好的测量性能。比如：采用5.8GHz、直径200mm的微波物位计的波束角和采用24GHz直径只有50mm的微波物位计相当。当然，尺寸小的微波物位计更容易安装，重量也较轻。
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λ为微波的波长；
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根据公式1，频率高的微波的波长较短；而频率低的微波的波长较长，因此不同频率的微波物位计具有不用的性能，根据不同的应用的特点应当选择合适的微波物位计。
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不同频率的微波物位计提供了不同的优点：
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低频率对天线的挂料具有较好的抵御能力
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