Антенные системы радарных уровнемеров

Одним из самых важных элементов радарного уровнемера является его антенная система. Задачей антенны радарного уровнемера является излучение в направлении границы раздела сред радиосигнала и прием отраженного сигнала.

Именно от антенны зависит, какая часть излучённого сигнала достигнет поверхности контролируемого материала, и какая часть отражённого сигнала будет принята для последующей обработки.

При контроле уровня в закрытых емкостях, а это наиболее частое применение радарных уровнемеров, антенна, находясь внутри резервуара, подвергается воздействию всех мешающих факторов, которые гам могут присутствовать. Это и высокое давление, и высокая температура, и агрессивные испарения, пена и пыль, и т. д. Конструкция антенны и материалы, используемые для ее изготовления, должны всему этому успешно противостоять. Кроме того, конструкция самих резервуаров отличается огромным разнообразием и потому определяет способ установки уровнемера. У ведущих производителей радарных уровнемеров, как правило, в условиях поставок имеется большое количество вариантов исполнения оборудования, и особенно антенных систем.

На степень фокусировки радиолуча (его ширину) основное влияние оказывает диаметр антенны (раскрыв) и частота излучения. Чем больше значение этих параметров, тем уже луч. Обычно, рабочая частота радарных уровнемеров независимо от типа варьирует от 5,8 до 26 ГГц (и даже 90 ГГц — для радарных уровнемеров УЛМ). Чем более высока частота, тем более узок луч и тем выше энергия излучения, а, следовательно, сильнее отражение. В высокочастотных приборах антенна имеет меньшие размеры и при равных размерах с антенной низкочастотного прибора обеспечивает более узкую диаграмму направленности. Это позволяет использовать для установки уровнемера в отверстия в резервуаре гораздо меньших размеров, и в резервуарах, содержащих внутри упрочняющие конструкции. Для сравнения, рупорная антенна радарного уровнемера диапазона 26 ГГц диаметром 40 мм имеет диаграмму направленности приблизительно такой же ширины, что и антенна уровнемера диапазона 6 ГГц, но диаметром 150 мм. Более узкая диаграмма направленности очень важна для получения эхо-сигнала с наименьшим числом паразитных отражений от различных внутренних конструктивных элементов резервуара. Для высокочастотных уровнемеров ситуация осложняется тем, что из-за более короткой длины волны излучения паразитные эхо-сигналы будут формироваться от более мелких объектов, которые для низкочастотных уровнемеров будут просто незаметны.

Вместе с тем на эти параметры влияет и конструкция антенны (рис. 6.5).

К антенне радарного уровнемера предъявляются следующие основные требования:

• • антенна должна обеспечивать наилучшую фокусировку радиоизлучения;
• • антенна не должна усложнять монтаж уровнемера на резервуаре;

конструкция антенны должна минимизировать возможность образования на ее поверхности конденсата, загрязнений, наростов, которые ведут к ухудшению параметров уровнемера.

Рис. 6.5. Размеры «пятна контроля» и его зависимость от типа антенны

В радарных системах контроля уровня преимущественно используются антенны пяти типов: рупорная, параболическая, трубчатая, стержневая и планарная (рис. 6.6).