1. مقدمة عن الهوائيات
الهوائي هو بنية انتقالية بين الفضاء الحر وخط النقل، كما هو موضح في الشكل 1. يمكن أن يكون خط النقل على شكل خط محوري أو أنبوب مجوف (موجه موجي)، ويُستخدم لنقل الطاقة الكهرومغناطيسية من مصدر إلى هوائي، أو من هوائي إلى جهاز استقبال. يُسمى الأول هوائي إرسال، بينما يُسمى الثاني هوائي استقبال.هوائي.
الشكل 1: مسار نقل الطاقة الكهرومغناطيسية
يُمثَّل إرسال نظام الهوائي في وضع الإرسال الموضح في الشكل 1 بمكافئ ثيفينين كما هو مبين في الشكل 2، حيث يُمثَّل المصدر بمولد إشارة مثالي، ويُمثَّل خط النقل بخط ذي معاوقة مميزة Zc، ويُمثَّل الهوائي بحمل ZA [ZA = (RL + Rr) + jXA]. تمثل مقاومة الحمل RL خسائر التوصيل والعزل المرتبطة ببنية الهوائي، بينما تمثل Rr مقاومة إشعاع الهوائي، وتُستخدم المفاعلة XA لتمثيل الجزء التخيلي من المعاوقة المرتبطة بإشعاع الهوائي. في الظروف المثالية، ينبغي أن تنتقل كل الطاقة المولدة من مصدر الإشارة إلى مقاومة الإشعاع Rr، والتي تُستخدم لتمثيل قدرة إشعاع الهوائي. مع ذلك، في التطبيقات العملية، توجد خسائر في الموصل والعزل بسبب خصائص خط النقل والهوائي، بالإضافة إلى خسائر ناتجة عن الانعكاس (عدم التطابق) بين خط النقل والهوائي. مع الأخذ في الاعتبار المعاوقة الداخلية للمصدر وتجاهل خط النقل وفقدان الانعكاس (عدم التطابق)، يتم توفير أقصى طاقة للهوائي في ظل المطابقة المترافقة.
الشكل 2
بسبب عدم التوافق بين خط النقل والهوائي، تتراكب الموجة المنعكسة من السطح الفاصل مع الموجة الساقطة من المصدر على الهوائي لتشكيل موجة مستقرة، تمثل تركيزًا وتخزينًا للطاقة، وهي نموذج نموذجي لأجهزة الرنين. يوضح الخط المنقط في الشكل 2 نمطًا نموذجيًا للموجة المستقرة. إذا لم يُصمم نظام الهوائي بشكل صحيح، فقد يعمل خط النقل في الغالب كعنصر لتخزين الطاقة بدلًا من كونه موجهًا موجيًا وجهازًا لنقل الطاقة.
تُعدّ الخسائر الناتجة عن خط النقل والهوائي والموجات المستقرة غير مرغوب فيها. يمكن تقليل خسائر الخط باختيار خطوط نقل منخفضة الخسائر، بينما يمكن تقليل خسائر الهوائي بتقليل مقاومة الفقد المُمثلة بـ RL في الشكل 2. ويمكن تقليل الموجات المستقرة وتقليل تخزين الطاقة في الخط بمطابقة معاوقة الهوائي (الحمل) مع المعاوقة المميزة للخط.
في الأنظمة اللاسلكية، بالإضافة إلى استقبال الطاقة أو إرسالها، تُستخدم الهوائيات عادةً لتعزيز الطاقة المُشعّة في اتجاهات مُحددة وكبحها في اتجاهات أخرى. لذا، إلى جانب كونها أجهزة كشف، يجب استخدام الهوائيات أيضًا كأجهزة توجيه. وتتخذ الهوائيات أشكالًا مُتنوعة لتلبية احتياجات مُحددة، فقد تكون سلكًا، أو فتحة، أو رقعة، أو مجموعة عناصر (مصفوفة)، أو عاكسًا، أو عدسة، وما إلى ذلك.
في أنظمة الاتصالات اللاسلكية، تُعدّ الهوائيات من أهمّ المكوّنات. فالتصميم الجيد للهوائيات يُقلّل من متطلبات النظام ويُحسّن أداءه العام. ومن الأمثلة الكلاسيكية على ذلك التلفزيون، حيث يُمكن تحسين استقبال البث باستخدام هوائيات عالية الأداء. تُشبه الهوائيات في أنظمة الاتصالات العيون في الإنسان.
2. تصنيف الهوائيات
الهوائي البوقي هو هوائي مستوٍ، وهو هوائي ميكروويف ذو مقطع عرضي دائري أو مستطيل ينفتح تدريجيًا عند نهاية الدليل الموجي. وهو النوع الأكثر استخدامًا من هوائيات الميكروويف. يتحدد مجال إشعاعه بحجم فتحة البوق ونوع الانتشار. ومن بين هذه العوامل، يمكن حساب تأثير جدار البوق على الإشعاع باستخدام مبدأ الحيود الهندسي. إذا ظل طول البوق ثابتًا، فإن حجم الفتحة وفرق الطور التربيعي سيزدادان مع زيادة زاوية فتح البوق، لكن الكسب لن يتغير مع حجم الفتحة. إذا لزم توسيع نطاق تردد البوق، فمن الضروري تقليل الانعكاس عند عنق البوق وفتحته؛ وسيقل الانعكاس مع زيادة حجم الفتحة. يتميز الهوائي البوقي ببساطة تركيبه، كما أن نمط إشعاعه بسيط نسبيًا وسهل التحكم فيه. ويُستخدم عمومًا كهوائي متوسط الاتجاه. تُستخدم هوائيات البوق العاكسة المكافئة ذات النطاق الترددي الواسع والفصوص الجانبية المنخفضة والكفاءة العالية بشكل متكرر في اتصالات الترحيل بالميكروويف.
RM-DCPHA105145-20(10.5-14.5GHz)
RM-BDHA1850-20(18-50GHz)
RM-SGHA430-10(1.70-2.60GHz)
2. هوائي الميكروستريب
يتكون هيكل هوائي الميكروستريب عمومًا من ركيزة عازلة، ومشع، وسطح أرضي. ويكون سمك الركيزة العازلة أصغر بكثير من الطول الموجي. تتصل الطبقة المعدنية الرقيقة الموجودة أسفل الركيزة بالسطح الأرضي، بينما تُصنع طبقة معدنية رقيقة أخرى ذات شكل محدد على السطح الأمامي باستخدام عملية الطباعة الضوئية لتكون بمثابة المشع. ويمكن تغيير شكل المشع بطرق متعددة حسب المتطلبات.
ساهم تطور تقنية دمج الموجات الدقيقة وعمليات التصنيع الجديدة في تعزيز تطوير هوائيات الميكروستريب. فمقارنةً بالهوائيات التقليدية، تتميز هوائيات الميكروستريب بصغر حجمها وخفة وزنها وانخفاض ارتفاعها وسهولة تركيبها، فضلاً عن سهولة دمجها وانخفاض تكلفتها وملاءمتها للإنتاج بكميات كبيرة، بالإضافة إلى تمتعها بمزايا خصائص كهربائية متنوعة.
RM-MA424435-22(4.25-4.35GHz)
RM-MA25527-22(25.5-27 جيجاهرتز)
هوائي الفتحة الموجي هو هوائي يستخدم الفتحات الموجودة في بنية الدليل الموجي لتحقيق الإشعاع. يتكون عادةً من لوحين معدنيين متوازيين يشكلان دليلاً موجياً بمسافة ضيقة بينهما. عند مرور الموجات الكهرومغناطيسية عبر هذه المسافة، تحدث ظاهرة رنين، مما يُولد مجالاً كهرومغناطيسياً قوياً بالقرب من هذه المسافة لتحقيق الإشعاع. بفضل بنيته البسيطة، يتميز هوائي الفتحة الموجي بقدرته على تحقيق إشعاع واسع النطاق وعالي الكفاءة، لذا يُستخدم على نطاق واسع في الرادار والاتصالات وأجهزة الاستشعار اللاسلكية وغيرها من المجالات في نطاقات الموجات الميكروية والموجات المليمترية. تشمل مزاياه كفاءة الإشعاع العالية، وخصائص النطاق العريض، وقدرته الجيدة على مقاومة التداخل، مما يجعله مفضلاً لدى المهندسين والباحثين.
RM-PA7087-43 (71-86 جيجاهرتز)
RM-PA1075145-32 (10.75-14.5 جيجاهرتز)
RM-SWA910-22(9-10GHz)
الهوائي ثنائي المخروط هو هوائي واسع النطاق ذو بنية ثنائية المخروط، يتميز باستجابة ترددية واسعة وكفاءة إشعاع عالية. الجزءان المخروطيان للهوائي ثنائي المخروط متناظران. من خلال هذه البنية، يمكن تحقيق إشعاع فعال في نطاق ترددي واسع. يُستخدم عادةً في مجالات مثل تحليل الطيف، وقياس الإشعاع، واختبار التوافق الكهرومغناطيسي. يتميز بمطابقة جيدة للممانعة وخصائص إشعاعية ممتازة، وهو مناسب لتطبيقات تتطلب تغطية ترددات متعددة.
RM-BCA2428-4(24-28 جيجاهرتز)
RM-BCA218-4 (2-18 جيجاهرتز)
الهوائي الحلزوني هو هوائي واسع النطاق ذو بنية حلزونية، يتميز باستجابة ترددية واسعة وكفاءة إشعاع عالية. يحقق الهوائي الحلزوني تنوع الاستقطاب وخصائص الإشعاع واسعة النطاق من خلال بنية الملفات الحلزونية، وهو مناسب لأنظمة الرادار والاتصالات عبر الأقمار الصناعية والاتصالات اللاسلكية.
RM-PSA0756-3(0.75-6GHz)
RM-PSA218-2R(2-18GHz)
لمعرفة المزيد عن الهوائيات، يرجى زيارة:
تاريخ النشر: 14 يونيو 2024
