من بين تقنيات الاتصالات اللاسلكية، تُعدّ العلاقة بين جهاز الإرسال والاستقبال اللاسلكي وهوائي نظام تحديد الهوية بموجات الراديو (RFID) الأكثر خصوصية. ففي عائلة RFID، يُعتبر كلٌّ من الهوائيات وتقنية RFID عنصرين أساسيين على حدٍّ سواء، فهما مترابطان ولا ينفصلان. وسواءً كان قارئ RFID أو بطاقة RFID، وسواءً كانت تقنية RFID عالية التردد أو فائقة التردد، فإنّ الهوائيات والهوائيات عنصران لا ينفصلان.هوائي.
تقنية تحديد الهوية بموجات الراديو (RFID)هوائيهو محول يحول الموجات الموجهة المنتشرة على خط نقل إلى موجات كهرومغناطيسية تنتشر في وسط غير محدود (عادةً الفضاء الحر)، أو العكس. الهوائي هو أحد مكونات أجهزة الراديو المستخدمة لإرسال أو استقبال الموجات الكهرومغناطيسية. تُنقل طاقة إشارة التردد الراديوي الخارجة من جهاز الإرسال إلى الهوائي عبر كابل التغذية، حيث يشعها الهوائي على شكل موجات كهرومغناطيسية. بعد وصول الموجة الكهرومغناطيسية إلى موقع الاستقبال، يستقبلها الهوائي (جزء صغير فقط من الطاقة) ويرسلها إلى جهاز الاستقبال عبر كابل التغذية، كما هو موضح في الشكل أدناه.
مبدأ إشعاع الموجات الكهرومغناطيسية من هوائيات RFID
عندما يمر تيار متردد في سلك، فإنه يشع موجات كهرومغناطيسية، وتعتمد قدرة الإشعاع على طول السلك وشكله. فإذا كانت المسافة بين السلكين متقاربة جدًا، ينحصر المجال الكهربائي بينهما، وبالتالي يكون الإشعاع ضعيفًا جدًا. أما إذا كان السلكان متباعدين، ينتشر المجال الكهربائي في الفضاء المحيط، مما يزيد من قوة الإشعاع. وعندما يكون طول السلك أصغر بكثير من طول موجة الإشعاع الكهرومغناطيسي، يكون الإشعاع ضعيفًا جدًا أيضًا. أما عندما يكون طول السلك مساويًا تقريبًا لطول موجة الإشعاع الكهرومغناطيسي، يزداد التيار المار في السلك بشكل كبير، مما يؤدي إلى إشعاع أقوى. يُطلق على السلك المستقيم المذكور أعلاه، القادر على إنتاج إشعاع قوي، اسم المذبذب، وهو عبارة عن هوائي بسيط.
كلما زاد طول موجة الموجات الكهرومغناطيسية، زاد حجم الهوائي. وكلما زادت الطاقة التي يجب بثها، زاد حجم الهوائي.
توجيه هوائي RFID
تتميز الموجات الكهرومغناطيسية المنبعثة من الهوائي بأنها موجهة. ففي طرف الإرسال، تشير التوجيهية إلى قدرة الهوائي على بث الموجات الكهرومغناطيسية في اتجاه محدد. أما في طرف الاستقبال، فتشير إلى قدرة الهوائي على استقبال الموجات الكهرومغناطيسية من اتجاهات مختلفة. يُعرف الرسم البياني الذي يربط بين خصائص إشعاع الهوائي والإحداثيات المكانية بنمط الهوائي. ومن خلال تحليل نمط الهوائي، يمكن دراسة خصائص إشعاعه، أي قدرته على إرسال (أو استقبال) الموجات الكهرومغناطيسية في جميع الاتجاهات المكانية. وعادةً ما تُمثل التوجيهية للهوائي بمنحنيات على المستويين الرأسي والأفقي، تُشير إلى قدرة الموجات الكهرومغناطيسية المُشعّة (أو المُستقبلة) في مختلف الاتجاهات.
من خلال إجراء تغييرات مماثلة على البنية الداخلية للهوائي، يمكن تغيير اتجاهية الهوائي، وبالتالي تشكيل أنواع مختلفة من الهوائيات ذات خصائص مختلفة.
كسب هوائي RFID
يصف كسب الهوائي كميًا مدى تركيز طاقة الإدخال التي يبثها الهوائي. من منظور نمط الإشعاع، كلما كان الفص الرئيسي أضيق، والفصوص الجانبية أصغر، زاد الكسب. في الهندسة، يُستخدم كسب الهوائي لقياس قدرة الهوائي على إرسال واستقبال الإشارات في اتجاه محدد. زيادة الكسب تُحسّن تغطية الشبكة في اتجاه معين، أو تزيد هامش الكسب ضمن نطاق محدد. في ظل الظروف نفسها، كلما زاد الكسب، زادت مسافة انتشار الموجة الراديوية.
تصنيف هوائيات RFID
هوائي ثنائي القطب: يُسمى أيضًا هوائي ثنائي القطب متناظر، ويتكون من سلكين مستقيمين متساويين في السماكة والطول، مرتبين على خط مستقيم. تُغذى الإشارة من طرفي السلكين في المنتصف، مما يُولد توزيعًا معينًا للتيار على ذراعي الهوائي. يُثير هذا التوزيع مجالًا كهرومغناطيسيًا في الفضاء المحيط بالهوائي.
الهوائي الملفوف: هو أحد أكثر الهوائيات استخدامًا في أنظمة تحديد الهوية بموجات الراديو (RFID). وعادةً ما يُصنع من أسلاك ملفوفة على شكل هياكل دائرية أو مستطيلة لتمكينه من استقبال وإرسال الإشارات الكهرومغناطيسية.
هوائي الترددات الراديوية المقترن حثيًا: يُستخدم هذا النوع من الهوائيات عادةً للتواصل بين قارئات بطاقات تعريف الترددات الراديوية (RFID) وبطاقات تعريف الترددات الراديوية. يتم الاقتران بينهما عبر مجال مغناطيسي مشترك. عادةً ما تكون هذه الهوائيات حلزونية الشكل لتوليد مجال مغناطيسي مشترك بين قارئ بطاقة تعريف الترددات الراديوية وبطاقة تعريف الترددات الراديوية.
هوائي الرقعة الميكروستريب: يتكون عادةً من طبقة رقيقة من رقعة معدنية مثبتة على سطح أرضي. يتميز هوائي الرقعة الميكروستريب بخفة وزنه وصغر حجمه ورقة مقطعه. يمكن تصنيع وحدة التغذية وشبكة المطابقة في نفس وقت تصنيع الهوائي، وهما مرتبطان ارتباطًا وثيقًا بنظام الاتصالات. يتم دمج الدوائر المطبوعة معًا، ويمكن تصنيع الرقع باستخدام عمليات الطباعة الضوئية، وهي عمليات منخفضة التكلفة وسهلة الإنتاج بكميات كبيرة.
هوائي ياغي: هو هوائي اتجاهي يتكون من اثنين أو أكثر من ثنائيات الأقطاب نصف الموجية. وغالبًا ما يُستخدم لتحسين قوة الإشارة أو لإجراء اتصالات لاسلكية اتجاهية.
الهوائي ذو التجويف الخلفي: هو هوائي يتم فيه وضع الهوائي ووحدة التغذية في نفس التجويف الخلفي. يُستخدم عادةً في أنظمة تحديد الهوية بموجات الراديو عالية التردد، ويمكنه توفير جودة إشارة جيدة واستقرار عالٍ.
هوائي الميكروستريب الخطي: هو هوائي مصغر ورقيق، يُستخدم عادةً في الأجهزة الصغيرة مثل الأجهزة المحمولة وبطاقات RFID. وهو مصنوع من خطوط الميكروستريب التي توفر أداءً جيدًا بحجم صغير.
هوائي حلزونيهوائي قادر على استقبال وإرسال الموجات الكهرومغناطيسية ذات الاستقطاب الدائري. وعادة ما يُصنع من أسلاك معدنية أو صفائح معدنية، ويحتوي على بنية واحدة أو أكثر حلزونية الشكل.
تتوفر أنواع عديدة من الهوائيات لاستخدامها في مواقف مختلفة، مثل الترددات المختلفة، والأغراض المختلفة، والمناسبات المختلفة، والمتطلبات المختلفة. لكل نوع من الهوائيات خصائصه الفريدة وسيناريوهات استخدامه. عند اختيار هوائي RFID مناسب، يجب أن تستند عملية الاختيار إلى متطلبات التطبيق الفعلية والظروف البيئية.
لمعرفة المزيد عن الهوائيات، يرجى زيارة:
رقم الهاتف: 0086-028-82695327
تاريخ النشر: 15 مايو 2024
