كفاءةهوائيتشير إلى قدرة الهوائي على تحويل الطاقة الكهربائية الداخلة إلى طاقة مشعة. في الاتصالات اللاسلكية، لكفاءة الهوائي تأثيرٌ هام على جودة نقل الإشارة واستهلاك الطاقة.
يمكن التعبير عن كفاءة الهوائي بالصيغة التالية:
الكفاءة = (الطاقة المشعة / طاقة الإدخال) * 100%
ومن بينها، الطاقة المشعة هي الطاقة الكهرومغناطيسية التي يشعها الهوائي، والطاقة الداخلة هي الطاقة الكهربائية الداخلة إلى الهوائي.
تتأثر كفاءة الهوائي بالعديد من العوامل، بما في ذلك تصميم الهوائي، والمادة، والحجم، وتردد التشغيل، وما إلى ذلك. وبشكل عام، كلما زادت كفاءة الهوائي، زادت قدرته على تحويل الطاقة الكهربائية الداخلة إلى طاقة مشعة بشكل أكثر فعالية، وبالتالي تحسين جودة نقل الإشارة وتقليل استهلاك الطاقة.
لذلك، تعتبر الكفاءة من الاعتبارات المهمة عند تصميم الهوائيات واختيارها، خاصة في التطبيقات التي تتطلب نقل لمسافات طويلة أو لديها متطلبات صارمة بشأن استهلاك الطاقة.
1. كفاءة الهوائي
الشكل 1
يمكن تعريف مفهوم كفاءة الهوائي باستخدام الشكل 1.
تُستخدم كفاءة الهوائي الكلية e0 لحساب خسائر الهوائي عند المدخل وداخل هيكله. بالرجوع إلى الشكل 1(ب)، قد تُعزى هذه الخسائر إلى:
1. الانعكاسات الناتجة عن عدم التطابق بين خط النقل والهوائي؛
2. خسائر الموصل والعازل.
يمكن الحصول على كفاءة الهوائي الكلية من الصيغة التالية:
وهذا يعني أن الكفاءة الكلية = حاصل ضرب كفاءة عدم التطابق، وكفاءة الموصل، وكفاءة العازل.
عادةً ما يكون حساب كفاءة الموصل وكفاءة العازل أمرًا صعبًا للغاية، ولكن يُمكن تحديدهما بالتجارب. مع ذلك، لا يُمكن للتجارب التمييز بين الخسارتين، لذا يُمكن إعادة كتابة الصيغة أعلاه على النحو التالي:
ecd هي كفاءة الإشعاع للهوائي و Γ هو معامل الانعكاس.
2. الربح والمكسب المحقق
يُعدّ الكسب مقياسًا مفيدًا آخر لوصف أداء الهوائي. على الرغم من أن كسب الهوائي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالاتجاهية، إلا أنه مُعامل يأخذ في الاعتبار كلاً من كفاءة الهوائي واتجاهيته. أما الاتجاهية فهي مُعامل يصف فقط الخصائص الاتجاهية للهوائي، لذا يُحدَّد فقط من خلال نمط الإشعاع.
يُعرَّف كسب الهوائي في اتجاه مُحدَّد بأنه "نسبة شدة الإشعاع في ذلك الاتجاه إلى إجمالي قدرة الدخل 4π". عند عدم تحديد أي اتجاه، يُؤخذ عادةً الكسب في اتجاه أقصى إشعاع. لذلك، عادةً ما يكون هناك:
بشكل عام، يُشير هذا المصطلح إلى الكسب النسبي، والذي يُعرّف بأنه "نسبة كسب القدرة في اتجاه مُحدد إلى قدرة هوائي مرجعي في اتجاه مرجعي آخر". يجب أن تكون قدرة الدخل لهذا الهوائي متساوية. يمكن أن يكون الهوائي المرجعي هزازًا أو بوقًا أو أي هوائي آخر. في معظم الحالات، يُستخدم مصدر نقطي غير اتجاهي كهوائي مرجعي. لذلك:
العلاقة بين إجمالي الطاقة المشعة وإجمالي الطاقة المدخلة هي كما يلي:
وفقًا لمعيار معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE)، "لا يشمل الكسب الخسائر الناتجة عن عدم تطابق المعاوقة (فقدان الانعكاس) وعدم تطابق الاستقطاب (فقدان)." هناك مفهومان للكسب، الأول يُسمى الكسب (G) والثاني يُسمى الكسب المُمكن تحقيقه (Gre)، والذي يأخذ في الاعتبار خسائر الانعكاس/عدم التطابق.
العلاقة بين المكسب والاتجاهية هي:
إذا كان الهوائي مطابقًا تمامًا لخط النقل، أي أن معاوقة دخل الهوائي Zin تساوي المعاوقة المميزة Zc للخط (|Γ| = 0)، فإن المكسب والمكسب القابل للتحقيق متساويان (Gre = G).
لمعرفة المزيد عن الهوائيات، يرجى زيارة:
وقت النشر: ١٤ يونيو ٢٠٢٤
