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

تاريخ الهوائيات اللوغاريتمية الدورية

الهوائي ذو البنية اللوغاريتمية الدورية هو هوائي واسع النطاق يعتمد تصميمه على بنية لوغاريتمية دورية. ويعود تاريخ الهوائيات ذات البنية اللوغاريتمية الدورية إلى خمسينيات القرن العشرين.

اخترع المهندسان الأمريكيان دوايت إيزبيل وريموند دوهاميل الهوائي اللوغاريتمي الدوري لأول مرة عام 1957. أثناء إجراء أبحاثهما في مختبرات بيل، صمما هوائيًا واسع النطاق قادرًا على تغطية نطاقات تردد متعددة. يعتمد هذا الهوائي على هندسة لوغاريتمية دورية، مما يمنحه خصائص إشعاع متشابهة عبر نطاق التردد بأكمله.

في العقود اللاحقة، شاع استخدام الهوائيات الدورية اللوغاريتمية ودراستها على نطاق واسع. وتُستخدم هذه الهوائيات في مجالات متنوعة كالاتصالات اللاسلكية، واستقبال البث التلفزيوني والإذاعي، وأنظمة الرادار، والقياسات الراديوية، والبحث العلمي. وتتيح خصائص النطاق الترددي الواسع لهذه الهوائيات تغطية نطاقات ترددية متعددة، مما يقلل الحاجة إلى تغيير التردد واستبدال الهوائيات، ويُحسّن مرونة النظام وكفاءته.

يعتمد مبدأ عمل الهوائي اللوغاريتمي الدوري على بنيته الخاصة. فهو يتكون من سلسلة من الصفائح المعدنية المتناوبة، يزداد طول كل منها والمسافة بينها وفقًا لدورة لوغاريتمية. وتؤدي هذه البنية إلى توليد الهوائي فروقًا في الطور عند ترددات مختلفة، مما يحقق إشعاعًا واسع النطاق.

مع تقدم التكنولوجيا، تحسنت أساليب تصميم وتصنيع الهوائيات الدورية اللوغاريتمية. وتستخدم الهوائيات الدورية اللوغاريتمية الحديثة مواد وعمليات تصنيع متطورة لتحسين أداء الهوائي وموثوقيته.

يمكن وصف مبدأ عمله بإيجاز على النحو التالي:

1. مبدأ الرنين: يعتمد تصميم الهوائي اللوغاريتمي الدوري على مبدأ الرنين. عند تردد معين، يشكل هيكل الهوائي حلقة رنين، مما يسمح له باستقبال وبث الموجات الكهرومغناطيسية بكفاءة. ومن خلال تصميم دقيق لطول ومسافة الصفائح المعدنية، يمكن للهوائيات اللوغاريتمية الدورية العمل ضمن نطاقات تردد رنين متعددة.

٢. فرق الطور: تتسبب النسبة اللوغاريتمية الدورية لطول القطع المعدنية والمسافة بينها في الهوائي اللوغاريتمي الدوري في إحداث فرق طور عند ترددات مختلفة. يؤدي هذا الفرق في الطور إلى سلوك رنيني للهوائي عند ترددات مختلفة، مما يتيح تشغيله بنطاق ترددي واسع. تعمل القطع المعدنية الأقصر عند الترددات العالية، بينما تعمل القطع الأطول عند الترددات المنخفضة.

3. مسح الحزمة: يتميز الهوائي ذو البنية اللوغاريتمية الدورية بخصائص إشعاعية مختلفة عند الترددات المختلفة. ومع تغير التردد، يتغير اتجاه الإشعاع وعرض حزمة الهوائي. وهذا يعني أن الهوائيات اللوغاريتمية الدورية قادرة على مسح وتعديل حزمها عبر نطاق ترددي واسع.

مزايا الهوائيات ذات التردد اللوغاريتمي الدوري

1. خصائص النطاق العريض: الهوائي اللوغاريتمي الدوري هو هوائي واسع النطاق يمكنه تغطية نطاقات تردد متعددة. يُمكّن هيكله اللوغاريتمي الدوري الهوائي من الحصول على خصائص إشعاع متشابهة عبر نطاق التردد بأكمله، مما يلغي الحاجة إلى تبديل التردد أو استبدال الهوائي، ويُحسّن مرونة النظام وكفاءته.

2. كسب عالٍ وكفاءة إشعاع عالية: تتميز الهوائيات ذات التردد الدوري اللوغاريتمي عادةً بكسب عالٍ وكفاءة إشعاع عالية. يسمح هيكلها بالرنين في نطاقات تردد متعددة، مما يوفر قدرات إشعاع واستقبال قوية.

3. التحكم في التوجيه: عادةً ما تكون الهوائيات اللوغاريتمية الدورية موجهة، أي أنها تتمتع بقدرات إشعاع أو استقبال أقوى في اتجاهات معينة. وهذا ما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب توجيهًا إشعاعيًا محددًا، مثل الاتصالات والرادار، وما إلى ذلك.

4. تبسيط تصميم النظام: بما أن الهوائيات ذات التردد الدوري اللوغاريتمي تغطي نطاقًا واسعًا من الترددات، يمكن تبسيط تصميم النظام وتقليل عدد الهوائيات. وهذا يُسهم في خفض تكلفة النظام، وتقليل تعقيده، وتحسين موثوقيته.

5. أداء مقاومة التداخل: يتميز الهوائي ذو التردد الدوري اللوغاريتمي بأداء جيد في مقاومة التداخل ضمن نطاق ترددي واسع. ويُمكّنه تصميمه من ترشيح إشارات التردد غير المرغوب فيها بشكل أفضل، مما يُحسّن مقاومة النظام للتداخل.

باختصار، من خلال تصميم دقيق لطول وتباعد الصفائح المعدنية، يمكن للهوائي اللوغاريتمي الدوري العمل في نطاقات تردد رنين متعددة، مع خصائص نطاق ترددي واسع، وكسب عالٍ، وكفاءة إشعاعية عالية، وتحكم في التوجيه، وتصميم نظام مبسط، ومقاومة للتداخل. وهذا ما يجعل الهوائيات اللوغاريتمية الدورية شائعة الاستخدام في الاتصالات اللاسلكية، والرادار، والبحث العلمي، وغيرها من المجالات.