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 (دليل موجي)، ويُستخدم لنقل الطاقة الكهرومغناطيسية من مصدر إلى هوائي، أو من هوائي إلى مستقبل. الأول هوائي إرسال، والثاني هوائي استقبال.هوائي.
الشكل 1 مسار نقل الطاقة الكهرومغناطيسية
يُمثَّل إرسال نظام الهوائي في وضع الإرسال الموضح في الشكل 1 بمكافئ ثيفينين كما هو موضح 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]. تُمثِّل مقاومة الحمل RL خسائر التوصيل والعزل الكهربائي المرتبطة بهيكل الهوائي، بينما تُمثِّل Rr مقاومة إشعاع الهوائي، وتُستخدم المفاعلة XA لتمثيل الجزء التخيلي من المعاوقة المرتبطة بإشعاع الهوائي. في الظروف المثالية، يجب نقل جميع الطاقة المولدة من مصدر الإشارة إلى مقاومة الإشعاع Rr، والتي تُستخدم لتمثيل قدرة الهوائي على الإشعاع. ومع ذلك، في التطبيقات العملية، توجد خسائر موصلة-عازلة 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 خسائر خط النقل والانعكاس (عدم التطابق)، يتم توفير الحد الأقصى من الطاقة للهوائي تحت المطابقة المترافقة.
الشكل 2
بسبب عدم التوافق بين خط النقل والهوائي، تتداخل الموجة المنعكسة من السطح البيني مع الموجة الساقطة من المصدر إلى الهوائي لتكوين موجة ثابتة، تمثل تركيز الطاقة وتخزينها، وهي جهاز رنين نموذجي. يوضح الخط المنقط في الشكل 2 نمط الموجة الثابتة النموذجي. إذا لم يُصمم نظام الهوائي بشكل صحيح، فقد يعمل خط النقل بشكل أساسي كعنصر تخزين للطاقة بدلاً من كونه موجهًا موجيًا وجهاز نقل للطاقة.
الخسائر الناتجة عن خطوط النقل والهوائيات والموجات المستقرة غير مرغوب فيها. يمكن تقليل خسائر الخطوط باختيار خطوط نقل منخفضة الخسائر، بينما يمكن تقليل خسائر الهوائي بتقليل مقاومة الخسارة الموضحة بـ RL في الشكل 2. يمكن تقليل الموجات المستقرة وتخزين الطاقة في الخط بمطابقة معاوقة الهوائي (الحمل) مع المعاوقة المميزة للخط.
في الأنظمة اللاسلكية، بالإضافة إلى استقبال أو إرسال الطاقة، عادةً ما تُستخدم الهوائيات لتعزيز الطاقة المُشعّة في اتجاهات مُحددة وكبتها في اتجاهات أخرى. لذلك، بالإضافة إلى أجهزة الكشف، يجب استخدام الهوائيات أيضًا كأجهزة توجيه. تتوفر الهوائيات بأشكال مُختلفة لتلبية احتياجات مُحددة، مثل سلك، أو فتحة، أو رقعة، أو مجموعة عناصر (مصفوفة)، أو عاكس، أو عدسة، إلخ.
في أنظمة الاتصالات اللاسلكية، تُعد الهوائيات من أهم المكونات. فالتصميم الجيد للهوائي يُقلل من متطلبات النظام ويُحسّن أدائه العام. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك التلفزيون، حيث يُمكن تحسين استقبال البث باستخدام هوائيات عالية الأداء. فالهوائيات لأنظمة الاتصالات بمثابة أعين البشر.
2. تصنيف الهوائي
هوائي البوق هو هوائي مستوٍ، وهو هوائي ميكروويف ذو مقطع عرضي دائري أو مستطيل ينفتح تدريجيًا في نهاية الدليل الموجي. وهو أكثر أنواع هوائيات الميكروويف استخدامًا. يتحدد مجال إشعاعه بحجم فتحة البوق ونوع الانتشار. من بينها، يمكن حساب تأثير جدار البوق على الإشعاع باستخدام مبدأ الحيود الهندسي. إذا ظل طول البوق ثابتًا، فسيزداد حجم الفتحة وفرق الطور التربيعي مع زيادة زاوية فتح البوق، لكن الكسب لن يتغير مع حجم الفتحة. إذا كانت هناك حاجة إلى توسيع نطاق تردد البوق، فمن الضروري تقليل الانعكاس عند عنق وفتحة البوق؛ سينخفض الانعكاس مع زيادة حجم الفتحة. هيكل هوائي البوق بسيط نسبيًا، كما أن نمط الإشعاع بسيط نسبيًا وسهل التحكم. يُستخدم عمومًا كهوائي اتجاهي متوسط. غالبًا ما يتم استخدام هوائيات القرن العاكسة المكافئة ذات النطاق الترددي الواسع والفصوص الجانبية المنخفضة والكفاءة العالية في اتصالات مرحل الميكروويف.
RM-DCPHA105145-20 (10.5-14.5 جيجاهرتز)
RM-BDHA1850-20 (18-50 جيجاهرتز)
RM-SGHA430-10 (1.70-2.60 جيجاهرتز)
2. هوائي ميكروستريب
يتكون هيكل هوائي الشريط الدقيق عادةً من ركيزة عازلة، ومشع، وسطح أرضي. سمك الركيزة العازلة أصغر بكثير من طول الموجة. تتصل الطبقة المعدنية الرقيقة في أسفل الركيزة بالسطح الأرضي، وتُصنع هذه الطبقة المعدنية الرقيقة ذات الشكل المحدد في المقدمة باستخدام تقنية الطباعة الضوئية كمشع. يمكن تغيير شكل المشعات بطرق عديدة وفقًا للمتطلبات.
أدى تطور تكنولوجيا دمج الموجات الدقيقة وعمليات التصنيع الجديدة إلى تعزيز تطوير هوائيات الميكروستريب. بالمقارنة مع الهوائيات التقليدية، تتميز هوائيات الميكروستريب بصغر حجمها وخفة وزنها وصغر حجمها وسهولة تركيبها، بالإضافة إلى سهولة دمجها وانخفاض تكلفتها ومناسبتها للإنتاج الضخم، كما تتميز بخصائص كهربائية متنوعة.
RM-MA424435-22 (4.25-4.35 جيجاهرتز)
RM-MA25527-22(25.5-27 جيجاهرتز)
هوائي فتحة الدليل الموجي هو هوائي يستخدم فتحات هيكل الدليل الموجي لنقل الإشعاع. يتكون عادةً من صفيحتين معدنيتين متوازيتين تُشكلان دليلاً موجيًا بفجوة ضيقة بين الصفيحتين. عند مرور الموجات الكهرومغناطيسية عبر فجوة الدليل الموجي، تحدث ظاهرة رنين، مما يُولّد مجالًا كهرومغناطيسيًا قويًا بالقرب من الفجوة لنقل الإشعاع. بفضل بنيته البسيطة، يُمكن لهوائي فتحة الدليل الموجي نقل إشعاع واسع النطاق وعالي الكفاءة، لذا يُستخدم على نطاق واسع في الرادار والاتصالات وأجهزة الاستشعار اللاسلكية وغيرها من المجالات في نطاقات الموجات الدقيقة والمليمترية. تشمل مزاياه كفاءة الإشعاع العالية، وخصائص النطاق العريض، والقدرة الجيدة على منع التداخل، مما يجعله مفضلًا لدى المهندسين والباحثين.
RM-PA7087-43 (71-86 جيجاهرتز)
RM-PA1075145-32 (10.75-14.5 جيجاهرتز)
RM-SWA910-22 (9-10 جيجاهرتز)
الهوائي ثنائي المخروط هو هوائي عريض النطاق ذو هيكل ثنائي المخروط، يتميز باستجابة ترددية واسعة وكفاءة إشعاع عالية. يتماثل جزآه المخروطيان مع بعضهما البعض، مما يسمح بتحقيق إشعاع فعال في نطاق ترددي واسع. يُستخدم عادةً في مجالات مثل تحليل الطيف، وقياس الإشعاع، واختبار التوافق الكهرومغناطيسي (EMC). يتميز بمطابقة معاوقة جيدة وخصائص إشعاعية ممتازة، وهو مناسب للتطبيقات التي تتطلب تغطية ترددات متعددة.
آر إم-BCA2428-4(24-28 جيجاهرتز)
RM-BCA218-4 (2-18 جيجاهرتز)
الهوائي الحلزوني هو هوائي عريض النطاق ذو هيكل حلزوني، يتميز باستجابة ترددية واسعة وكفاءة إشعاع عالية. يحقق الهوائي الحلزوني تنوع الاستقطاب وخصائص إشعاعية واسعة النطاق من خلال هيكل ملفاته الحلزونية، وهو مناسب لأنظمة الرادار والاتصالات عبر الأقمار الصناعية والاتصالات اللاسلكية.
RM-PSA0756-3 (0.75-6 جيجاهرتز)
RM-PSA218-2R (2-18 جيجاهرتز)
لمعرفة المزيد عن الهوائيات، يرجى زيارة:
وقت النشر: ١٤ يونيو ٢٠٢٤
