يتناول هذا الفصل معايير حزم إشعاع الهوائي، والتي تساعدنا على فهم مواصفات الحزمة.
مساحة الشعاع
وفقًا للتعريف القياسي: "إذا ظلت شدة الإشعاع P(θ,ϕ) عند قيمتها القصوى على زاوية مجسمة ΩA وكانت صفرًا في أي مكان آخر، فإن مساحة الحزمة هي الزاوية المجسمة التي تمر من خلالها كل الطاقة المشعة بواسطة الهوائي."
ينبعث الشعاع المشع من الهوائي ضمن زاوية مجسمة معينة حيث تكون شدة الإشعاع في أقصى حد لها. تُسمى زاوية الشعاع المجسمة هذه مساحة الشعاع ويُرمز لها بالرمز ΩA.
ضمن هذه الزاوية المجسمة ΩA، يجب أن تكون شدة الإشعاع P(θ,ϕ) ثابتة وقصوى، وتساوي صفرًا في أي مكان آخر. لذلك، تُعطى القدرة الإشعاعية الكلية بالعلاقة التالية:
القدرة المشعة = P(θ,ϕ)⋅ΩA (واط)
تشير زاوية الشعاع عمومًا إلى الزاوية المجسمة بين نقاط نصف القدرة للفص الرئيسي.
التعبير الرياضي
الصيغة الرياضية لمساحة العارضة هي:
حيث تكون الزاوية المجسمة التفاضلية:
dΩ=sinθdθdϕ
هنا، Pn(θ,ϕ) هي شدة الإشعاع المعيارية.
• ΩA يمثل زاوية الشعاع الصلب (مساحة الشعاع).
• θ هي دالة للموضع الزاوي.
• ϕ هي دالة للمسافة القطرية.
وحدة
وحدة مساحة العارضة هيستيراديان (sr).
كفاءة الشعاع
وفقًا للتعريف القياسي: "كفاءة الشعاع هي نسبة مساحة الشعاع الرئيسي إلى إجمالي مساحة الشعاع المشع".
تعتمد الطاقة التي يشعها الهوائي على اتجاهيته. فالاتجاه الذي يشع فيه الهوائي أكبر قدر من الطاقة يتمتع بأعلى كفاءة، بينما يُفقد جزء من الطاقة في الفصوص الجانبية. وتُسمى نسبة الطاقة المشعة القصوى في الحزمة الرئيسية إلى إجمالي الطاقة المشعة، مع أقل قدر من الفقد، كفاءة الحزمة.
التعبير الرياضي
الصيغة الرياضية لكفاءة الحزمة هي:
أين
•ηB هي كفاءة الشعاع (بدون وحدة)،
• ΩMB هي الزاوية المجسمة (مساحة الشعاع) للشعاع الرئيسي،
• ΩA هي الزاوية المجسمة للشعاع المشع الكلي.
استقطاب الهوائي
يمكن تصميم الهوائيات بأنواع استقطاب مختلفة وفقًا لمتطلبات التطبيق، مثل الاستقطاب الخطي أو الدائري. ويحدد نوع الاستقطاب خصائص الحزمة وحالة استقطاب الهوائي أثناء الاستقبال أو الإرسال.
الاستقطاب الخطي
عند إرسال أو استقبال موجة كهرومغناطيسية، قد يختلف اتجاه انتشارها. يحافظ الهوائي ذو الاستقطاب الخطي على متجه المجال الكهربائي محصورًا في مستوى ثابت، مما يُركّز الطاقة في اتجاه محدد مع كبح الاتجاهات الأخرى. لذا، يُسهم الاستقطاب الخطي في تحسين توجيهية الهوائي.
الاستقطاب الدائري
في الموجة المستقطبة دائريًا، يدور متجه المجال الكهربائي بمرور الوقت، وتكون مركباته المتعامدة متساوية في السعة ومتضادة في الطور بمقدار 90 درجة، مما ينتج عنه عدم وجود اتجاه ثابت. يقلل الاستقطاب الدائري بشكل فعال من تأثيرات تعدد المسارات، ولذلك يُستخدم على نطاق واسع في الاتصالات عبر الأقمار الصناعية، مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
الاستقطاب الأفقي
تكون الموجات المستقطبة أفقياً أكثر عرضة للانعكاس من سطح الأرض، مما يؤدي إلى ضعف الإشارة، خاصة عند الترددات الأقل من 1 جيجاهرتز. ويُستخدم الاستقطاب الأفقي عادةً في بث إشارات التلفزيون لتحقيق نسبة إشارة إلى ضوضاء أفضل.
الاستقطاب الرأسي
تُعدّ الموجات منخفضة التردد ذات الاستقطاب الرأسي مفيدة لانتشار الموجات الأرضية. وبالمقارنة مع الاستقطاب الأفقي، تتأثر الموجات ذات الاستقطاب الرأسي بشكل أقل بانعكاسات السطح، ولذلك فهي تُستخدم على نطاق واسع في الاتصالات المتنقلة.
لكل نوع من أنواع الاستقطاب مزاياه وقيوده الخاصة. ويمكن لمصممي أنظمة الترددات الراديوية اختيار الاستقطاب المناسب بحرية وفقًا لمتطلبات النظام المحددة.
لمعرفة المزيد عن الهوائيات، يرجى زيارة:
تاريخ النشر: 24 أبريل 2026
