الهوائي اللوغاريتمي الدوري هو هوائي واسع النطاق، يعتمد مبدأ عمله على الرنين والبنية اللوغاريتمية الدورية. ستقدم هذه المقالة أيضًا تعريفًا بالهوائيات اللوغاريتمية الدورية من ثلاثة جوانب: تاريخها، ومبدأ عملها، ومزاياها.

تاريخ الهوائيات الدورية اللوغاريتمية

هوائي لوغاريتمي دوري هو هوائي واسع النطاق، يعتمد تصميمه على بنية لوغاريتمية دورية. يعود تاريخ هوائيات اللوغاريتمية الدورية إلى خمسينيات القرن العشرين.

اخترع المهندسان الأمريكيان دوايت إيزبل وريموند دوهاميل الهوائي اللوغاريتمي الدوري لأول مرة عام ١٩٥٧. أثناء إجراء أبحاثهما في مختبرات بيل، صمما هوائيًا عريض النطاق قادرًا على تغطية نطاقات تردد متعددة. يستخدم هيكل هذا الهوائي هندسة لوغاريتمية دورية، مما يمنحه خصائص إشعاع متشابهة على كامل نطاق التردد.

في العقود التالية، استُخدمت الهوائيات اللوغاريتمية الدورية على نطاق واسع ودُرست. وتُستخدم في مجالات مثل الاتصالات اللاسلكية، واستقبال التلفزيون والراديو، وأنظمة الرادار، والقياسات الراديوية، والبحث العلمي. تُمكّن خصائص النطاق العريض للهوائيات اللوغاريتمية الدورية من تغطية نطاقات تردد متعددة، مما يُقلل الحاجة إلى تبديل الترددات واستبدال الهوائيات، ويُحسّن مرونة النظام وكفاءته.

يعتمد مبدأ عمل الهوائي اللوغاريتمي الدوري على بنيته الخاصة. يتكون من سلسلة من الصفائح المعدنية المتناوبة، يزداد طول كل منها وتباعدها وفقًا لفترة لوغاريتمية. يُنتج هذا الهيكل اختلافات طورية في الهوائي عند ترددات مختلفة، مما يحقق إشعاعًا واسع النطاق.

مع تطور التكنولوجيا، تحسّنت أساليب تصميم وتصنيع الهوائيات اللوغاريتمية الدورية. تستخدم هذه الهوائيات الحديثة موادًا وعمليات تصنيع متطورة لتحسين أداء الهوائي وموثوقيته.

يمكن وصف مبدأ عملها بإيجاز على النحو التالي

١. مبدأ الرنين: يعتمد تصميم هوائيات التردد اللوغاريتمي الدوري على مبدأ الرنين. عند تردد معين، يُشكل هيكل الهوائي حلقة رنينية، مما يسمح له باستقبال وإشعاع الموجات الكهرومغناطيسية بفعالية. ومن خلال التصميم الدقيق لطول وتباعد الصفائح المعدنية، يمكن لهوائيات التردد اللوغاريتمي الدوري العمل في نطاقات تردد رنين متعددة.

٢. فرق الطور: تُنتج كل قطعة معدنية فرق طور عند ترددات مختلفة بفضل النسبة اللوغاريتمية الدورية لطول القطعة المعدنية وتباعدها في الهوائي اللوغاريتمي الدوري. يُؤدي هذا الفرق في الطور إلى السلوك الرنيني للهوائي عند ترددات مختلفة، مما يُمكّن من التشغيل واسع النطاق. تعمل القطع المعدنية الأقصر عند ترددات أعلى، بينما تعمل القطع المعدنية الأطول عند ترددات أقل.

٣. مسح الشعاع: يتميز هوائي اللوغاريتم الدوري بخصائص إشعاعية مختلفة عند ترددات مختلفة. ومع تغير التردد، يتغير اتجاه الإشعاع وعرض شعاع الهوائي. هذا يعني أن هوائيات اللوغاريتم الدوري قادرة على مسح وتعديل الشعاع على نطاق ترددي واسع.

مزايا الهوائيات الدورية اللوغاريتمية

1. خصائص النطاق العريض: هوائي التردد اللوغاريتمي الدوري هو هوائي واسع النطاق يغطي نطاقات تردد متعددة. يتيح هيكله اللوغاريتمي الدوري للهوائي الحصول على خصائص إشعاع متشابهة عبر كامل نطاق التردد، مما يُغني عن تبديل الترددات أو استبدال الهوائي، ويعزز مرونة النظام وكفاءته.

٢. كفاءة عالية في الكسب والإشعاع: عادةً ما تتميز الهوائيات اللوغاريتمية الدورية بكفاءة عالية في الكسب والإشعاع. يسمح هيكلها بالرنين في نطاقات تردد متعددة، مما يوفر قدرات إشعاع واستقبال قوية.

٣. التحكم في الاتجاهية: عادةً ما تكون الهوائيات اللوغاريتمية الدورية اتجاهية، أي أنها تتمتع بقدرات إشعاع أو استقبال أقوى في اتجاهات معينة. هذا يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب اتجاهية إشعاعية محددة، مثل الاتصالات والرادار، إلخ.

٤. تبسيط تصميم النظام: بما أن هوائيات التردد اللوغاريتمي الدوري تغطي نطاقًا تردديًا واسعًا، يُمكن تبسيط تصميم النظام وتقليل عدد الهوائيات. هذا يُساعد على خفض تكلفة النظام، وتقليل تعقيده، وتحسين موثوقيته.

٥. أداء مضاد للتداخل: يتميز هوائي اللوغاريتم الدوري بأداء جيد في مقاومة التداخل في نطاق ترددي واسع. يُمكّنه هيكله من تصفية إشارات التردد غير المرغوب فيها بشكل أفضل، وتحسين مقاومة النظام للتداخل.

باختصار، بفضل التصميم الدقيق لطول وتباعد الصفائح المعدنية، يمكن للهوائي اللوغاريتمي الدوري العمل في نطاقات تردد رنين متعددة، مع خصائص نطاق عريض، وكفاءة عالية في الكسب والإشعاع، وتحكم في الاتجاهية، وتصميم نظام مبسط، ومزايا أداء مضادة للتداخل. هذا يجعل الهوائيات اللوغاريتمية الدورية تُستخدم على نطاق واسع في الاتصالات اللاسلكية، والرادار، والبحث العلمي، وغيرها من المجالات.