الاتجاهية مُعامل أساسي للهوائي. وهي مقياس لنمط إشعاع الهوائي الاتجاهي. الهوائي الذي يُشعّ بالتساوي في جميع الاتجاهات ستكون اتجاهيته تساوي 1. (هذا يُعادل صفر ديسيبل -0 ديسيبل).
يمكن كتابة دالة الإحداثيات الكروية على هيئة نمط إشعاعي طبيعي:
[المعادلة 1]
نمط الإشعاع المُعَيَّر له نفس شكل نمط الإشعاع الأصلي. يُخفَّض نمط الإشعاع المُعَيَّر بمقدار بحيث تكون القيمة العظمى لنمط الإشعاع مساويةً لـ 1. (أكبر قيمة هي المعادلة [1] للدالة "F"). رياضيًا، تُكتب صيغة الاتجاهية (النوع "D") على النحو التالي:
قد تبدو هذه معادلة اتجاهية معقدة. ومع ذلك، فإن أنماط إشعاع الجزيئات هي الأكثر أهمية. يمثل المقام متوسط القدرة المشعة في جميع الاتجاهات. وبالتالي، تكون المعادلة عبارة عن قياس لقيمة القدرة المشعة القصوى مقسومة على المتوسط. وهذا يُعطي اتجاهية الهوائي.
النموذج الاتجاهي
على سبيل المثال، ضع في اعتبارك المعادلتين التاليتين لنمط الإشعاع لهوائيين.
الهوائي 1
الهوائي 2
أنماط الإشعاع هذه موضحة في الشكل 1. يُرجى ملاحظة أن نمط الإشعاع يعتمد فقط على زاوية القطبية (θ). نمط الإشعاع ليس تابعًا للسمت (يبقى نمط الإشعاع السمتي ثابتًا). نمط إشعاع الهوائي الأول أقل اتجاهية من نمط إشعاع الهوائي الثاني. لذلك، نتوقع أن يكون اتجاه الهوائي الأول أقل.
الشكل ١. مخطط نمط الإشعاع للهوائي. هل يتميز باتجاهية عالية؟
باستخدام الصيغة [1]، يمكننا حساب أن الهوائي يتمتع باتجاهية أعلى. للتحقق من فهمك، فكّر في الشكل 1 وما هي الاتجاهية. ثم حدد أي الهوائيات يتمتع باتجاهية أعلى دون استخدام أي حسابات رياضية.
نتائج الحساب الاتجاهي، استخدم الصيغة [1]:
هوائي اتجاهي 1 حساب، 1.273 (1.05 ديسيبل).
حساب الهوائي الاتجاهي 2، 2.707 (4.32 ديسيبل).
زيادة التوجيه تعني هوائيًا أكثر تركيزًا أو اتجاهًا. هذا يعني أن هوائي الاستقبال 2 يتمتع بقوة توجيهية أعلى بمقدار 2.707 مرة من ذروة هوائي متعدد الاتجاهات. سيحصل الهوائي 1 على قوة أعلى بمقدار 1.273 مرة من هوائي متعدد الاتجاهات. تُستخدم الهوائيات متعددة الاتجاهات كمرجع شائع حتى في حالة عدم وجود هوائيات متساوية الخواص.
يجب أن تكون هوائيات الهواتف المحمولة منخفضة الاتجاهية، لأن الإشارات تأتي من أي اتجاه. على عكس ذلك، تتميز أطباق الأقمار الصناعية بارتفاع اتجاهيتها. يستقبل طبق الأقمار الصناعية الإشارات من اتجاه ثابت. على سبيل المثال، إذا اشتريت طبقًا للتلفزيون الفضائي، فستخبرك الشركة بمكان توجيهه، وسيستقبل الطبق الإشارة المطلوبة.
سنختتم بقائمة أنواع الهوائيات واتجاهيتها. سيعطيك هذا فكرة عن الاتجاهية الشائعة.
نوع الهوائي الاتجاهية النموذجية الاتجاهية النموذجية [ديسيبل] (ديسيبل)
هوائي ثنائي القطب قصير 1.5 1.76
هوائي ثنائي القطب نصف الموجة 1.64 2.15
رقعة (هوائي شريطي صغير) 3.2-6.3 5-8
هوائي البوق 10-100 10-20
طبق هوائي 10-10,000 10-40
كما توضح البيانات أعلاه، تتفاوت اتجاهية الهوائي بشكل كبير. لذلك، من المهم فهم اتجاهية الهوائي عند اختيار الهوائي الأنسب لتطبيقك. إذا كنت بحاجة إلى إرسال أو استقبال الطاقة من اتجاهات متعددة في اتجاه واحد، فعليك تصميم هوائي ذي اتجاهية منخفضة. من أمثلة تطبيقات الهوائيات ذات الاتجاهية المنخفضة أجهزة راديو السيارات، والهواتف المحمولة، وخدمة الإنترنت اللاسلكي عبر الحاسوب. على العكس، إذا كنت تستخدم الاستشعار عن بُعد أو نقل الطاقة بشكل موجّه، فستحتاج إلى هوائي عالي الاتجاهية. تعمل الهوائيات عالية الاتجاهية على تعظيم نقل الطاقة من الاتجاه المطلوب وتقليل الإشارات من الاتجاهات غير المرغوبة.
لنفترض أننا نريد هوائيًا منخفض الاتجاه. كيف نفعل ذلك؟
القاعدة العامة لنظرية الهوائيات هي أن الهوائي الصغير كهربائيًا يحتاج إلى هوائي ذي اتجاهية منخفضة. أي أنه إذا استخدمت هوائيًا بطول موجي يتراوح بين 0.25 و0.5، فإن الاتجاهية ستقل إلى أدنى حد. عادةً ما تكون اتجاهية هوائيات ثنائي القطب نصف الموجة أو هوائيات الفتحة نصف الموجة أقل من 3 ديسيبل. وهذا أقل مستوى اتجاهية يمكنك تحقيقه عمليًا.
في النهاية، لا يُمكننا صنع هوائيات أصغر من ربع طول موجي دون تقليل كفاءتها وعرض نطاقها الترددي. سيتم مناقشة كفاءة الهوائي وعرض نطاقه الترددي في الفصول القادمة.
للحصول على هوائي عالي الاتجاهية، نحتاج إلى هوائيات بأطوال موجية متعددة. مثل هوائيات أطباق الأقمار الصناعية وهوائيات البوق، التي تتميز باتجاهية عالية. ويعود ذلك جزئيًا إلى امتلاكها أطوالًا موجية متعددة.
لماذا ذلك؟ في النهاية، يتعلق السبب بخصائص تحويل فورييه. عند استخدام تحويل فورييه لنبضة قصيرة، نحصل على طيف واسع. لا ينطبق هذا التشبيه على تحديد نمط إشعاع الهوائي. يمكن اعتبار نمط الإشعاع بمثابة تحويل فورييه لتوزيع التيار أو الجهد على طول الهوائي. لذلك، تتميز الهوائيات الصغيرة بأنماط إشعاع واسعة (واتجاهية منخفضة). أما الهوائيات ذات توزيع الجهد أو التيار الكبير والمنتظم، فتتميز بأنماط اتجاهية عالية (واتجاهية عالية).
E-mail:info@rf-miso.com
الهاتف: 0086-028-82695327
الموقع الإلكتروني: www.rf-miso.com
وقت النشر: ٧ نوفمبر ٢٠٢٣
