يُقدّم هذا الفصل المعايير الأساسية للاتصالات اللاسلكية، بهدف توفير فهم أفضل لدور الهوائيات في أنظمة الاتصالات. تتم الاتصالات اللاسلكية على شكل موجات كهرومغناطيسية، مما يجعل فهم خصائص انتشار هذه الموجات أمرًا بالغ الأهمية.
سنتناول في هذا الفصل المعايير التالية:
•تكرار
•الطول الموجي
• مطابقة المعاوقة
• نسبة الموجة المرتدة والطاقة المنعكسة
• عرض النطاق الترددي
• نسبة عرض النطاق الترددي
• شدة الإشعاع
والآن، دعونا نلقي نظرة مفصلة عليها.
تكرار:
بحسب التعريف القياسي، التردد هو عدد مرات تكرار الموجة في وحدة الزمن. بعبارة أخرى، يصف التردد مدى تكرار حدوث حدث ما. تتكرر الموجة الدورية كل T ثانية (دورة واحدة)، وترددها هو مقلوب الدورة الزمنية T.
رياضياً، يظهر ذلك على النحو التالي:
$$f = \frac{1}{T}$$
• يمثل F تردد الموجة الدورية، بينما
•T هو الوقت اللازم لإكمال دورة كاملة واحدة.
يتم قياس التردد بالهرتز، ويختصر بـ Hz.
يوضح الشكل أعلاه موجة جيبية، حيث يرسم الجهد (بالمللي فولت) كدالة للزمن (بالمللي ثانية). تتكرر هذه الموجة كل 2t مللي ثانية؛ لذا، فإن دورتها T = 2t مللي ثانية، وترددها f = 1/(2t) كيلو هرتز.
الطول الموجي:
وفقًا للتعريف القياسي، تسمى المسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين بالطول الموجي.
ببساطة، الطول الموجي هو المسافة بين قمتين موجبتين متجاورتين أو قمتين سالبتين متجاورتين. يوضح الشكل أدناه شكل موجة دورية، مع تحديد الطول الموجي (λ) والسعة. كلما زاد التردد، قصر الطول الموجي، والعكس صحيح.
صيغة الطول الموجي هي:
$$\lambda = \frac{c}{f}$$
•λ يمثل الطول الموجي
•C هي سرعة الضوء (3 × 10^8 متر في الثانية)
• F هو التردد
يُعبّر عن الطول الموجي λ بوحدات الطول، مثل المتر أو القدم أو البوصة. والوحدة الأكثر استخداماً هي المتر.
مطابقة المعاوقة:
وفقًا للتعريف القياسي، يحدث تطابق المعاوقة عندما تكون معاوقة جهاز الإرسال مساوية تقريبًا لمعاوقة جهاز الاستقبال.
يلزم تحقيق تطابق المعاوقة بين الهوائي والدائرة. يجب مطابقة معاوقات الهوائي وخط النقل والدائرة لتحقيق أقصى قدر من نقل الطاقة بين الهوائي وجهاز الاستقبال أو جهاز الإرسال.
ضرورة التوافق
تتميز الأجهزة الرنانة بقدرتها على تقديم خرج مثالي ضمن نطاق ترددات ضيق محدد. وباعتبارها جهازًا رنانًا، يمكن للهوائي تحقيق أداء خرج أفضل عند مطابقة معاوقته بشكل صحيح.
• عندما تتطابق معاوقة الهوائي مع معاوقة الفضاء الحر، فإن الطاقة المشعة من الهوائي ستنتقل بشكل فعال
• بالنسبة لهوائي الاستقبال، يجب أن تتطابق مقاومة الخرج مع مقاومة الدخل لدائرة مكبر الاستقبال
• بالنسبة لهوائي الإرسال، يجب أن تتطابق معاوقة دخله مع معاوقة خرج مضخم الإرسال بالإضافة إلى المعاوقة المميزة لخط النقل.
يتم قياس المعاوقة بالأوم، ويرمز لها بالرمز Z.
نسبة الموجة المرتدة والطاقة المنعكسة:
وفقًا للتعريف القياسي، فإن نسبة الجهد الأقصى إلى الجهد الأدنى في الموجة المستقرة تسمى نسبة الجهد المستقر (VSWR).
عندما تكون معاوقات الهوائي وخط النقل والدائرة غير متطابقة، لا يمكن بث الطاقة بشكل فعال؛ بدلاً من ذلك، ينعكس جزء من الطاقة مرة أخرى.
الخصائص الرئيسية هي —
• يُطلق على المعلمة التي تشير إلى درجة عدم تطابق المعاوقة اسم نسبة الموجة الموقوفة للجهد (VSWR).
•VSWR اختصار لنسبة الموجة الموقوفة للجهد، ويشار إليها أيضاً باسم SWR
• كلما زاد عدم تطابق المعاوقة، زادت قيمة نسبة الموجة الموقوفة (VSWR).
• لتحقيق إشعاع فعال، فإن قيمة VSWR المثالية هي 1:1
• تشير القدرة المنعكسة إلى جزء القدرة الأمامية المهدرة. وتصف القدرة المنعكسة ونسبة الموجة الموقوفة (VSWR) الظاهرة الفيزيائية نفسها من منظورين مختلفين.
عرض النطاق الترددي:
وفقًا للتعريف القياسي، فإن نطاق التردد ضمن نطاق طول موجي محدد مخصص لاتصال معين يسمى عرض النطاق الترددي.
عند إرسال أو استقبال إشارة، فإنها تعمل ضمن نطاق تردد معين. يُخصص هذا النطاق الترددي المحدد لإشارة معينة لمنع التداخل من الإشارات الأخرى أثناء الإرسال.
• يشير عرض النطاق الترددي إلى نطاق التردد بين حدود التردد العالي وحدود التردد المنخفض لنقل الإشارة
• بمجرد تخصيص عرض النطاق الترددي، لا يمكن استخدامه من قبل الآخرين
• يتم تقسيم الطيف بأكمله إلى قطاعات عرض نطاق، كل منها مخصص لأجهزة إرسال مختلفة
يمكن الإشارة إلى عرض النطاق الترددي الذي ناقشناه للتو باسم عرض النطاق الترددي المطلق.
نسبة عرض النطاق الترددي:
وفقًا للتعريف القياسي، فإن نسبة عرض النطاق المطلق إلى تردده المركزي تسمى عرض النطاق النسبي.
يُطلق على التردد الذي تصل عنده قوة الإشارة إلى أقصى حد له داخل نطاق معين اسم تردد الرنين، والمعروف أيضًا باسم التردد المركزي للنطاق، ويرمز له بـ fC.
• يُشار إلى الترددات الأعلى والأدنى للنطاق بـ fH و fL على التوالي
• يُعطى عرض النطاق المطلق بالعلاقة fH − fL
• لتقييم عرض نطاق التردد، من الضروري حساب عرض النطاق النسبي أو عرض النطاق المئوي.
يتم حساب نسبة عرض النطاق الترددي لفهم نطاق تغيرات التردد التي يمكن للمكون أو النظام التعامل معها.
•fH يشير إلى التردد الأعلى
•fL يشير إلى التردد المنخفض
•fc تشير إلى التردد المركزي
كلما زادت نسبة عرض النطاق الترددي، زاد عرض نطاق القناة.
شدة الإشعاع:
تُعرَّف شدة الإشعاع بأنها القدرة المشعة لكل وحدة زاوية مجسمة.
يشع الهوائي بكثافة أكبر في اتجاهات معينة، تتوافق مع أقصى شدة إشعاع له. ويُحدد أقصى مدى ممكن للإشعاع بشدة الإشعاع.
التعبير الرياضي
يتم الحصول على شدة الإشعاع بضرب كثافة الطاقة المشعة في مربع المسافة القطرية:
حيث U هي شدة الإشعاع، و r هي المسافة الشعاعية، و (Wrad) هي كثافة الطاقة المشعة.
• يمثل U شدة الإشعاع
• يمثل r المسافة الشعاعية
•Wrad يمثل كثافة الطاقة المشعة
تعبر المعادلة أعلاه عن شدة إشعاع الهوائي. ويُرمز أحيانًا للمسافة القطرية بالرمز Φ.
وحدة شدة الإشعاع هي واط لكل ستراديان (W/sr)، أو واط لكل راديان مربع (W/rad²).
لمعرفة المزيد عن الهوائيات، يرجى زيارة:
تاريخ النشر: 26 مارس 2026
