استقطاب الهوائي: ما هو استقطاب الهوائي ولماذا هو مهم

الشكل 5: بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب استقطابًا رأسيًا، يمكن تركيب هوائي ثنائي القطب وفقًا لذلك حيث يلتقط الهوائي

يُستخدم الاستقطاب الرأسي عادةً في أجهزة الراديو المحمولة، مثل تلك التي يستخدمها رجال الإنقاذ، لأن العديد من تصميمات هوائيات الراديو ذات الاستقطاب الرأسي توفر نمط إشعاع شامل الاتجاهات. لذلك، لا يلزم إعادة توجيه هذه الهوائيات حتى في حال تغير اتجاه الراديو والهوائي.

تُصنع هوائيات التردد العالي (HF) التي تعمل بترددات تتراوح بين 3 و30 ميجاهرتز عادةً من أسلاك طويلة بسيطة موصولة أفقيًا بين دعامات. ويُحدد طولها بطول الموجة (10-100 متر). هذا النوع من الهوائيات مستقطب أفقيًا بشكل طبيعي.

تجدر الإشارة إلى أن استخدام مصطلح "التردد العالي" للإشارة إلى هذا النطاق بدأ منذ عقود، عندما كان تردد 30 ميجاهرتز يُعتبر بالفعل ترددًا عاليًا. ورغم أن هذا الوصف يبدو الآن قديمًا، إلا أنه تسمية رسمية من الاتحاد الدولي للاتصالات، ولا يزال شائع الاستخدام.

يمكن تحديد الاستقطاب الأمثل بطريقتين: إما باستخدام الموجات الأرضية للحصول على إشارات قوية قصيرة المدى بواسطة أجهزة البث التي تستخدم نطاق الموجات المتوسطة (MW) من 300 كيلوهرتز إلى 3 ميجاهرتز، أو باستخدام الموجات السماوية لمسافات أطول عبر طبقة الأيونوسفير. وبشكل عام، تتميز الهوائيات ذات الاستقطاب الرأسي بانتشار أفضل للموجات الأرضية، بينما تتميز الهوائيات ذات الاستقطاب الأفقي بأداء أفضل للموجات السماوية.

يُستخدم الاستقطاب الدائري على نطاق واسع في الأقمار الصناعية نظرًا لتغير اتجاه القمر الصناعي باستمرار بالنسبة للمحطات الأرضية والأقمار الصناعية الأخرى. وتكون كفاءة هوائيات الإرسال والاستقبال في أعلى مستوياتها عندما يكون كلاهما مستقطبًا دائريًا، ولكن يمكن استخدام هوائيات مستقطبة خطيًا مع هوائيات الاستقطاب الدائري، على الرغم من وجود عامل فقد الاستقطاب.

يُعدّ الاستقطاب عاملاً مهماً أيضاً في أنظمة الجيل الخامس. إذ تُحقق بعض مصفوفات هوائيات الجيل الخامس متعددة المدخلات/المخرجات (MIMO) زيادةً في الإنتاجية باستخدام الاستقطاب لتحسين استغلال الطيف المتاح. ويتحقق ذلك من خلال الجمع بين استقطابات إشارة مختلفة وتقنية التعدد المكاني للهوائيات (التنوع المكاني).

يستطيع النظام إرسال دفقين من البيانات، حيث يرتبط كل منهما بهوائيات مستقلة ذات استقطاب متعامد، ويمكن استعادتهما بشكل منفصل. حتى في حال وجود بعض الاستقطاب المتقاطع نتيجة تشوه المسار والقناة، والانعكاسات، وتعدد المسارات، وغيرها من العيوب، يستخدم جهاز الاستقبال خوارزميات متطورة لاستعادة كل إشارة أصلية، مما يؤدي إلى انخفاض معدلات خطأ البت (BER) وتحسين استخدام الطيف الترددي في نهاية المطاف.

ختاماً
الاستقطاب خاصية مهمة للهوائيات، وغالبًا ما يتم إغفالها. تُستخدم أنواع الاستقطاب المختلفة، كالاستقطاب الخطي (بما في ذلك الأفقي والرأسي)، والاستقطاب المائل، والاستقطاب الدائري، والاستقطاب الإهليلجي، في تطبيقات متنوعة. ويعتمد مدى أداء الترددات اللاسلكية الذي يمكن أن يحققه الهوائي على اتجاهه ومحاذاته. تتميز الهوائيات القياسية باستقطابات مختلفة، وهي مناسبة لأجزاء مختلفة من الطيف، مما يوفر الاستقطاب الأمثل للتطبيق المستهدف.