ترتبط كفاءة الهوائي بالطاقة المُزوَّدة له والطاقة المُشعَّة منه. يُشعِّع الهوائي عالي الكفاءة مُعظم الطاقة المُستقبَلة إليه. يمتص الهوائي غير الكفؤ مُعظم الطاقة المُفقَدة داخله. قد يُعاني الهوائي غير الكفؤ أيضًا من انعكاس قدر كبير من الطاقة بسبب عدم توافق المُعاوقة. خفِّض الطاقة المُشعَّة لهوائي غير كفؤ مُقارنةً بهوائي أكثر كفاءة.
[ملاحظة جانبية: ستُناقش معاوقة الهوائي في فصل لاحق. عدم تطابق المعاوقة هو انعكاس الطاقة من الهوائي لأن قيمة المعاوقة غير صحيحة. لذلك، يُسمى هذا عدم تطابق المعاوقة.]
فقدان التوصيل هو نوع من أنواع فقدان الهوائي. ينتج فقدان التوصيل عن محدودية موصلية الهوائي. ومن آليات فقدان التوصيل أيضًا فقدان العازل. ينتج فقدان العازل في الهوائي عن التوصيل في المادة العازلة. قد توجد مادة عازلة داخل الهوائي أو حوله.
يمكن كتابة نسبة كفاءة الهوائي إلى القدرة المُشعّة على أنها قدرة دخل الهوائي. هذه هي المعادلة [1]. تُعرف أيضًا بكفاءة الإشعاع وكفاءة الهوائي.
[المعادلة 1]
الكفاءة نسبة. هذه النسبة دائمًا ما تكون قيمة بين 0 و1. غالبًا ما تُعطى الكفاءة كنسبة مئوية. على سبيل المثال، كفاءة 0.5 تساوي حتى 50%. غالبًا ما تُقاس كفاءة الهوائي بالديسيبل (dB). كفاءة 0.1 تساوي 10%، وهذا يعادل أيضًا -10 ديسيبل (-10 ديسيبل). كفاءة 0.5 تساوي 50%، وهذا يعادل أيضًا -3 ديسيبل (dB).
تُسمى المعادلة الأولى أحيانًا كفاءة إشعاع الهوائي. وهذا ما يميزها عن مصطلح شائع آخر يُسمى الفعالية الكلية للهوائي. الكفاءة الكلية الفعالة: كفاءة إشعاع الهوائي مضروبة في فقدان عدم تطابق معاوقة الهوائي. تحدث خسائر عدم تطابق المعاوقة عند توصيل الهوائي فعليًا بخط النقل أو جهاز الاستقبال. يمكن تلخيص ذلك في الصيغة [2].
[المعادلة 2]
الصيغة [2]
يكون فقدان عدم تطابق المعاوقة دائمًا رقمًا بين 0 و1. وبالتالي، تكون كفاءة الهوائي الكلية دائمًا أقل من كفاءة الإشعاع. وللتأكيد، في حال عدم وجود أي خسائر، تكون كفاءة الإشعاع مساوية لكفاءة الهوائي الكلية بسبب عدم تطابق المعاوقة.
تحسين الكفاءة هو أحد أهم معلمات الهوائي. يمكن أن يكون قريبًا جدًا من 100٪ باستخدام طبق استقبال الأقمار الصناعية أو هوائي البوق أو ثنائي القطب نصف الطول الموجي دون أي مادة ضائعة حوله. عادةً ما يكون لهوائيات الهاتف المحمول أو هوائيات الإلكترونيات الاستهلاكية كفاءة تتراوح بين 20٪ و 70٪. وهذا يعادل -7 ديسيبل -1.5 ديسيبل (-7 ، -1.5 ديسيبل). غالبًا بسبب فقدان الإلكترونيات والمواد المحيطة بالهوائي. تميل هذه إلى امتصاص بعض الطاقة المشعة. تتحول الطاقة إلى طاقة حرارية ولا يوجد إشعاع. هذا يقلل من كفاءة الهوائي. يمكن أن تعمل هوائيات راديو السيارة بترددات راديو AM بكفاءة هوائي تبلغ 0.01. [هذا هو 1٪ أو -20 ديسيبل.] يرجع هذا الانخفاض في الكفاءة إلى أن الهوائي أصغر من نصف طول موجي عند تردد التشغيل. هذا يقلل بشكل كبير من كفاءة الهوائي. يتم الحفاظ على الروابط اللاسلكية لأن أبراج البث AM تستخدم طاقة إرسال عالية جدًا.
تُناقش خسائر عدم تطابق المعاوقة في قسمي مخطط سميث ومطابقة المعاوقة. يُحسّن تطابق المعاوقة كفاءة الهوائي بشكل كبير.
كسب الهوائي
يصف كسب الهوائي طويل المدى مقدار الطاقة المنقولة في اتجاه ذروة الإشعاع، مقارنةً بمصدر متساوي الخواص. ويُذكر كسب الهوائي عادةً في ورقة مواصفات الهوائي. ويُعد كسب الهوائي مهمًا لأنه يأخذ في الاعتبار الخسائر الفعلية التي تحدث.
هوائي بمكسب 3 ديسيبل يعني أن الطاقة المستقبلة من الهوائي أعلى بكثير بمقدار 3 ديسيبل من الطاقة التي يمكن استقبالها من هوائي متساوي الخواص بدون خسارة بنفس طاقة الإدخال. 3 ديسيبل تعادل ضعف مصدر الطاقة.
يُناقش كسب الهوائي أحيانًا كدالة للاتجاه أو الزاوية. ومع ذلك، عندما يُحدد رقم واحد الكسب، فإن هذا الرقم هو ذروة الكسب لجميع الاتجاهات. يمكن مقارنة "G" لكسب الهوائي بالاتجاهية "D" للنوع المستقبلي.
[المعادلة 3]
يبلغ كسب الهوائي الحقيقي، الذي قد يصل إلى طبق استقبال كبير جدًا، 50 ديسيبل. ويمكن أن تكون الاتجاهية منخفضة حتى 1.76 ديسيبل، مثل الهوائي الحقيقي (مثل هوائي ثنائي القطب القصير). ولا يمكن أن تكون الاتجاهية أقل من 0 ديسيبل. ومع ذلك، قد يكون كسب الهوائي الأقصى صغيرًا جدًا، ويعود ذلك إلى الخسائر أو عدم الكفاءة. الهوائيات الصغيرة كهربائيًا هي هوائيات صغيرة نسبيًا تعمل عند طول موجة التردد الذي يعمل به الهوائي. وقد تكون الهوائيات الصغيرة غير فعالة للغاية. وغالبًا ما يكون كسب الهوائي أقل من -10 ديسيبل، حتى مع عدم مراعاة عدم تطابق المعاوقة.
وقت النشر: ١٦ نوفمبر ٢٠٢٣
