ما هو الهوائي على شكل حرف V؟
هوائي AV هو هوائي سلكي اتجاهي يتكون من عنصرين موصلين يمتدان للخارج من نقطة تغذية مشتركة. عند النظر إليه من الأعلى، يشكل ساقا الهوائي بنية واضحة على شكل حرف V.
يمكن اعتبار الهوائي على شكل حرف V بمثابة ترتيب مُحسَّن لسلكين طويلين. باختيار طول مناسب للساق وزاوية مُحدَّدة، يُمكن تعزيز الإشعاع الناتج عن السلكين في اتجاهات مُحدَّدة، مما يُوفِّر توجيهًا أكبر من هوائي سلكي طويل مستقيم واحد.
تُستخدم هوائيات V عادةً في أنظمة الاتصالات عالية التردد، وخاصةً في نطاق الترددات العالية (HF). ومع ذلك، فإن تردد تشغيلها لا يتحدد بنطاق ترددي ثابت فقط. يعتمد الأداء الفعلي على الطول الكهربائي لكل ساق، وزاوية الرأس، وطريقة التغذية، وارتفاع التركيب، وظروف الأرض المحيطة، وما إذا كانت نهايات الأسلاك مفتوحة أم مغلقة.
الهيكل ومبدأ التشغيل
يتكون الهوائي النموذجي على شكل حرف V من عنصرين سلكيين طويلين متصلين بنقطة تغذية متوازنة عند قمة حرف V. يتم إثارة التيارات في الساقين بشكل تفاضلي، مما يعني أن لها مقادير متساوية واتجاهات لحظية متعاكسة عند نقطة التغذية.
يُنتج كل سلك نمط إشعاع خاص به. عند اختيار هندسة الهوائي بشكل صحيح، تتداخل فصوص الإشعاع الرئيسية الناتجة عن السلكين وتتحد على طول المحور المركزي للهوائي على شكل حرف V. يؤدي هذا التداخل في المجال إلى زيادة شدة الإشعاع في الاتجاه المطلوب وتحسين توجيهية الهوائي.
غالباً ما تُستخدم زاويتان عند وصف البنية:
- الزاوية بين ساقي الهوائي هي الزاوية المحصورة أو زاوية الرأس.
- الزاوية بين أحد الأرجل والمحور المركزي تساوي نصف الزاوية المحصورة بينهما.
الزاوية المثلى ليست قيمة ثابتة عالمية. فهي تتغير بتغير الطول الكهربائي لأرجل الهوائي وتردد التشغيل المقصود.
هيكل هوائي على شكل حرف V بعنصرين سلكيين طويلين وزاوية رأس
هوائيات V رنانة ومنتهية
يمكن تقسيم هوائيات V بشكل عام إلى تكوينين.
يعكس الهوائي المفتوح الطرف أو الرنان على شكل حرف V جزءًا من الموجة الكهربائية من أطراف موصلاته. وتُنشئ هذه الانعكاسات موجات مستقرة على طول أذرع الهوائي. ينتج هذا النوع من الهوائيات عادةً نمط إشعاع ثنائي الاتجاه، مع إشعاع قوي في اتجاهين متعاكسين على طول محور الهوائي.
يستخدم هوائي V ذو النهايات أحمالًا مقاومة عند طرفي السلكين. تعمل هذه الأحمال على تقليل انعكاسات التيار والمساعدة في الحفاظ على تشغيل الموجة المتنقلة. وهذا بدوره يقلل الإشعاع في الاتجاه المعاكس ويخلق نمطًا أكثر توجيهًا للإشعاع النهائي.
يوفر التصميم ذو النهايات عادةً سلوكًا اتجاهيًا أكثر اتساقًا عبر نطاق تردد أوسع، ولكن يتم تبديد جزء من طاقة الترددات اللاسلكية في المقاومات الطرفية. لذلك، يجب على مصمم الهوائي تحقيق التوازن بين عرض النطاق الترددي، والتوجيهية، والكفاءة، ومتطلبات معالجة الطاقة.
نطاق التردد والطول الكهربائي
تُستخدم هوائيات V التقليدية على نطاق واسع في نطاق الترددات العالية من حوالي 3 إلى 30 ميجاهرتز لأن الأطوال الموجية الطويلة في هذا النطاق تجعل هياكل الهوائيات السلكية عملية لتركيبات الاتصالات الثابتة.
مع ذلك، يُحدد الهوائي V بهندسته وطوله الكهربائي بدلاً من نطاق تردد إلزامي واحد. قد يكون طول كل ساق نصف طول موجي، أو طول موجي كامل، أو عدة أطوال موجية، وذلك حسب نمط الإشعاع المطلوب والكسب.
مع زيادة الطول الكهربائي للأرجل، تتحسن توجيهية الهوائي عمومًا. في الوقت نفسه، قد تظهر فصوص جانبية إضافية، وقد يصبح نمط الإشعاع أكثر حساسية للتردد، وارتفاع التركيب، وموصلية الأرض، وتفاوتات البناء.
نمط الإشعاع واتجاهيته
يكون نمط الإشعاع لهوائي V الرنان ثنائي الاتجاه عادةً. تتحد المجالات المتولدة من عنصري السلك لتشكيل فصوص رئيسية محاذية تقريبًا للمحور المركزي للهوائي V.
يتحدد نمط الإشعاع النهائي بعدة عوامل:
- طول كل ساق من ساقي الهوائي
- الزاوية المحصورة بين الساقين
- تردد التشغيل
- معاوقة نقطة التغذية ومطابقتها
- ارتفاع التركيب فوق سطح الأرض
- قطر السلك وفقدان الموصل
- تكوين مفتوح أو منتهي
زيادة طول ساق الهوائي قد تُحسّن التوجيه، لكنها قد تُؤدي أيضاً إلى زيادة قوة الفصوص الجانبية. لذا، لا ينبغي النظر إلى كسب الهوائي بمعزل عن عرض الحزمة، ومستوى الفصوص الجانبية، ونسبة الإشارة الأمامية إلى الخلفية، وأداء المعاوقة.
نمط الإشعاع ثنائي الاتجاه لهوائي V رنان
التغذية ومطابقة المعاوقة
نظرًا لأن هوائي V عادةً ما يكون هيكلًا سلكيًا متوازنًا، فإنه يُغذى عادةً بخط نقل متوازن. في حال استخدام كابل محوري، قد يلزم استخدام محول توازن أو شبكة مطابقة مناسبة لتقليل تيار الوضع المشترك على الكابل والحفاظ على نمط إشعاع متناظر.
تتغير معاوقة الدخل بتغير طول الساق، وزاوية الرأس، وتردد التشغيل، وارتفاع التركيب، والهياكل المجاورة. ويُعدّ التوافق الأمثل للمعاوقة أمرًا بالغ الأهمية لتقليل الطاقة المنعكسة وتحقيق أداء مستقر للنظام.
في تطوير الهوائيات العملية، يقوم المهندسون عادةً بتقييم فقدان العودة، ونسبة الموجة الموقوفة، ونمط الإشعاع، والكسب، والاستقطاب، والكفاءة قبل وضع اللمسات الأخيرة على هندسة الهوائي.
مزايا هوائيات V
يوفر الهوائي على شكل حرف V العديد من المزايا العملية:
- بناء بسيط قائم على الأسلاك
- توجيهية أعلى من عنصر سلك طويل واحد
- تكلفة تصنيع منخفضة نسبياً
- مناسب للتركيبات الكبيرة الثابتة عالية التردد
- طول ساق مرن وتصميم بزاوية قمة
- متوفر بتكوينات رنانة وموجية متحركة
قيود التصميم
كما أن للهوائيات على شكل حرف V العديد من القيود:
- تتطلب هذه الأجهزة مساحة تركيب كبيرة عند الترددات المنخفضة.
- قد تُنتج النسخ الرنانة موجات ثابتة قوية.
- يمكن أن تولد أرجل الهوائي الطويلة فصوصًا جانبية كبيرة.
- قد يتغير الأداء بشكل ملحوظ مع تكرار الاستخدام.
- يمكن أن تؤثر ظروف الأرض وارتفاع التركيب على نمط الإشعاع.
- تُضحي الإصدارات المنتهية ببعض الكفاءة لأن الطاقة تُمتص بواسطة الأحمال.
التطبيقات النموذجية
تُستخدم هوائيات V تقليديًا في:
- الاتصالات اللاسلكية عالية التردد من نقطة إلى نقطة
- محطات إرسال واستقبال الموجات القصيرة
- روابط الاتصالات الثابتة بعيدة المدى
- أنظمة الرصد اللاسلكي واستقبال الإشارات
- أبحاث الاتصالات والتعليم في مجال الهوائيات
- تجارب الهوائيات السلكية الموجهة
- أنظمة الاتصالات في حالات الطوارئ والمناطق النائية
الأهمية الهندسية
على الرغم من أن أنظمة الاتصالات الحديثة تستخدم بشكل متزايد المصفوفات المدمجة، وهوائيات البوق، وهوائيات النطاق العريض، وأنظمة الهوائيات التي يتم التحكم فيها إلكترونيًا، إلا أن هوائي V لا يزال نموذجًا مهمًا في نظرية الهوائيات.
يوضح هذا بوضوح كيف يؤثر طول الموصل، وطور التيار، وهندسة الهوائي، وتراكب المجال على الكسب واتجاه الإشعاع. يُعد فهم هذه العلاقات ذا قيمة عند دراسة هياكل الهوائيات الأكثر تطورًا، بما في ذلك المصفوفات الطورية، وهوائيات قياس النطاق العريض، وهوائيات الميكروويف الاتجاهية، وأنظمة اختبار الهوائيات.
تُطوّر شركة RF MISO حلولاً للهوائيات والموجات الميكروية لتطبيقات اختبار الترددات الراديوية، والقياس، والاتصالات، والرادار، وتكامل الأنظمة. ويُساعد الفهم العميق لبنية الهوائيات الأساسية المهندسين على اختيار المنتجات المناسبة وتقييم المعايير الرئيسية مثل الكسب، والاستقطاب، وعرض الحزمة، والمعاوقة، ونمط الإشعاع.
لمعرفة المزيد عن الهوائيات، يرجى زيارة:
تاريخ النشر: 10 يوليو 2026
