أخبار - الهوائي الحلزوني: الخيار الأمثل للاستقطاب الدائري واسع النطاق

أهوائي حلزونييُعد هذا مثالاً نموذجياً للهوائي السلكي، ويتميز ببنيته الحلزونية. وهو هوائي واسع النطاق مناسب لنطاقي التردد العالي جداً (VHF) والتردد العالي جداً (UHF).

يعمل الهوائي الحلزوني على نطاق تردد يتراوح من 30 ميجاهرتز إلى 3 جيجاهرتز تقريبًا، ويغطي بشكل أساسي نطاقي VHF و UHF.

بناء ومبادئ عمل الهوائي الحلزوني

يتكون الهوائي الحلزوني من لف موصل على شكل حلزوني وتوصيله بسطح أرضي عبر خط تغذية. وبفضل بنيته البسيطة، فإنه يولد موجات مستقطبة دائرياً بشكل طبيعي، ويستخدم على نطاق واسع في الاتصالات خارج الأرض، مثل أنظمة ترحيل الإشارات عبر الأقمار الصناعية.

يوضح الشكل أعلاه نظام هوائي حلزوني يستخدم للاتصالات عبر الأقمار الصناعية. تتطلب هذه الهوائيات عادةً مساحة واسعة للتركيب في الهواء الطلق.

يتكون الهوائي الحلزوني من ملف من سلك نحاسي سميك أو أنبوب على شكل حلزوني، يعمل بالتزامن مع سطح أرضي معدني مسطح. يتم توصيل أحد طرفي الحلزون بالموصل المركزي للكابل المحوري، بينما يتم توصيل الموصل الخارجي بالسطح الأرضي.

توضح الصورة أعلاه بنية الهوائي الحلزوني، مع عرض تفصيلي لمكوناته.

تتحدد خصائص الإشعاع للهوائي الحلزوني بشكل أساسي من خلال قطر الحلزون، والمسافة بين اللفات (الخطوة)، وزاوية الخطوة.

تُعرَّف زاوية الميل بأنها الزاوية بين المماس للحلزون والمستوى العمودي على محور الحلزون، وتُعطى بالصيغة التالية:

أين:

•D هو قطر الحلزون

•S هي درجة الميل (المسافة من المركز إلى المركز بين المنعطفات المتجاورة)

•α هي زاوية الميل

وضع التشغيل

تعمل الهوائيات الحلزونية في وضعين أساسيين:

• الوضع العادي (المعروف أيضًا باسم وضع الإشعاع العمودي)

• الوضع المحوري (المعروف أيضًا باسم وضع الإطلاق النهائي أو وضع إشعاع الحزمة)

يتم وصف كل وضع بالتفصيل أدناه.

في نمط الإشعاع العادي، يكون المجال المشع عموديًا على محور اللولب، وتكون الموجة المشعة مستقطبة دائريًا. يتحقق هذا النمط عندما تكون أبعاد اللولب صغيرة نسبيًا مقارنةً بالطول الموجي. في هذه الحالة، يمكن اعتبار خصائص إشعاع الهوائي الحلزوني مزيجًا من خصائص هوائي ثنائي القطب قصير وهوائي حلقي.

يوضح الشكل أعلاه نمط الإشعاع لهوائي حلزوني يعمل في الوضع العادي.

يتم تحديد هذا الوضع بواسطة قطر الحلزون D والمسافة بين اللفات S. تشمل عيوب وضع التشغيل هذا انخفاض كفاءة الإشعاع وضيق النطاق الترددي؛ لذلك، نادرًا ما يتم استخدامه في التطبيقات العملية.

الوضع المحوري

في نمط الإشعاع المحوري، يُظهر المجال المُشع خصائص الإشعاع النهائي على طول محور اللولب، وتكون الموجة المُشعّة مستقطبة دائريًا أو شبه دائري. يتحقق هذا النمط عندما يزداد محيط اللولب إلى ما يُقارب طول موجة واحدة (λ) وتكون المسافة بين اللفات حوالي λ/4. في ظل هذه الظروف، يكون نمط الإشعاع عريضًا على طول المحور مع خصائص اتجاهية، وتظهر فصوص جانبية بزوايا مُزاحة عن المحور.

يوضح الشكل أعلاه نمط الإشعاع لهوائي حلزوني يعمل في الوضع المحوري.

عندما يُصمَّم الهوائي لاستقبال الموجات ذات الاستقطاب الدائري الأيمن (RHCP)، فإنه لن يستقبل الموجات ذات الاستقطاب الدائري الأيسر (LHCP)، والعكس صحيح. يُعدّ نمط التشغيل هذا سهل التطبيق، وهو الأكثر شيوعًا في التطبيقات العملية.

تتمثل المزايا الرئيسية للهوائي الحلزوني فيما يلي:

• هيكل بسيط وسهل التصميم

• توجيه عالي

• نطاق ترددي واسع

• قادر على الاستقطاب الدائري

• مناسب لنطاقات التردد العالي (HF) والتردد العالي جدًا (VHF)

تتمثل التطبيقات الرئيسية للهوائي الحلزوني فيما يلي:

• تُستخدم الهوائيات الحلزونية المفردة أو مصفوفاتها لإرسال واستقبال إشارات VHF

• يستخدم على نطاق واسع في أنظمة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية ومجسات الفضاء السحيق

• تُستخدم في وصلات القياس عن بُعد بين الصواريخ الباليستية والأقمار الصناعية والمحطات الأرضية

• يستخدم لإقامة اتصال بين القمر والأرض

• كما يلعب دورًا مهمًا في تطبيقات علم الفلك الراديوي