تُعدّ خاصية التوجيه من أهمّ خصائص الهوائي. وهي مقياس لكيفية توزيع الإشعاع الصادر من الهوائي الموجّه. الهوائي الذي يُشعّ بالتساوي في جميع الاتجاهات تكون خاصية توجيهه مساوية لـ 1 (أي ما يعادل صفر ديسيبل - 0 ديسيبل).
يمكن كتابة دالة الإحداثيات الكروية كنمط إشعاع معياري:
[المعادلة 1]
يكون لنمط الإشعاع المُعَيَّر نفس شكل نمط الإشعاع الأصلي. ويُخفَّض نمط الإشعاع المُعَيَّر بمقدار معين بحيث تكون قيمته القصوى مساويةً لـ 1. (أكبر قيمة هي المعادلة [1] من "F"). رياضياً، تُكتب صيغة الاتجاهية (النوع "D") على النحو التالي:
قد تبدو هذه معادلة اتجاهية معقدة، إلا أن أنماط إشعاع الجزيئات هي ذات القيمة القصوى. يمثل المقام متوسط القدرة المشعة في جميع الاتجاهات. وبالتالي، فإن المعادلة هي مقياس لذروة القدرة المشعة مقسومة على المتوسط، وهذا ما يعطي اتجاهية الهوائي.
النموذج الاتجاهي
كمثال على ذلك، ضع في اعتبارك المعادلتين التاليتين لنمط الإشعاع لهوائيين.
الهوائي 1
الهوائي 2
تم رسم أنماط الإشعاع هذه في الشكل 1. يُرجى ملاحظة أن نمط الإشعاع يعتمد فقط على الزاوية القطبية θ، وليس على السمت (يبقى نمط الإشعاع السمتي ثابتًا). نمط إشعاع الهوائي الأول أقل توجيهًا من نمط إشعاع الهوائي الثاني، لذا نتوقع أن تكون توجيهية الهوائي الأول أقل.
الشكل 1. مخطط نمط الإشعاع لهوائي. هل يتمتع بتوجيهية عالية؟
باستخدام الصيغة [1]، يمكننا حساب أن الهوائي يتمتع بتوجيهية أعلى. للتحقق من فهمك، فكّر في الشكل 1 وما هي التوجيهية. ثم حدد أي هوائي يتمتع بتوجيهية أعلى دون استخدام أي عمليات حسابية.
نتائج الحساب الاتجاهي، استخدم الصيغة [1]:
حساب الهوائي الاتجاهي 1، 1.273 (1.05 ديسيبل).
حساب الهوائي الاتجاهي 2، 2.707 (4.32 ديسيبل).
زيادة التوجيه تعني هوائيًا أكثر تركيزًا أو توجيهًا. هذا يعني أن هوائيًا ثنائي الاستقبال يمتلك قدرة توجيهية قصوى تبلغ 2.707 ضعف قدرة الهوائي متعدد الاتجاهات. سيحصل الهوائي الأول على قدرة تبلغ 1.273 ضعف قدرة الهوائي متعدد الاتجاهات. تُستخدم الهوائيات متعددة الاتجاهات كمرجع شائع على الرغم من عدم وجود هوائيات متساوية الإشعاع.
يجب أن تتمتع هوائيات الهواتف المحمولة بتوجيه منخفض لأن الإشارات قد تأتي من أي اتجاه. في المقابل، تتمتع أطباق استقبال الأقمار الصناعية بتوجيه عالٍ، حيث تستقبل الإشارات من اتجاه ثابت. على سبيل المثال، إذا حصلت على طبق استقبال فضائي، ستخبرك الشركة المصنعة بالاتجاه الصحيح لتوجيهه، وسيستقبل الطبق الإشارة المطلوبة.
سنختتم بقائمة لأنواع الهوائيات واتجاهاتها. سيعطيك هذا فكرة عن الاتجاهات الشائعة.
نوع الهوائي، الاتجاهية النموذجية، الاتجاهية النموذجية [ديسيبل] (ديسيبل)
هوائي ثنائي القطب قصير 1.5 1.76
هوائي ثنائي القطب بنصف موجة 1.64 2.15
هوائي رقعي (هوائي ميكروستريب) 3.2-6.3 5-8
هوائي بوقي 10-100 10-20
هوائي طبق 10-10000 10-40
كما توضح البيانات أعلاه، تتفاوت خاصية توجيه الهوائي بشكل كبير. لذا، من المهم فهم هذه الخاصية عند اختيار الهوائي الأمثل لتطبيقك المحدد. إذا كنت بحاجة إلى إرسال أو استقبال الطاقة من اتجاهات متعددة في اتجاه واحد، فعليك تصميم هوائي ذي توجيه منخفض. ومن أمثلة تطبيقات الهوائيات ذات التوجيه المنخفض: أجهزة راديو السيارات، والهواتف المحمولة، وشبكات الإنترنت اللاسلكية لأجهزة الكمبيوتر. في المقابل، إذا كنت تقوم بالاستشعار عن بُعد أو نقل الطاقة الموجه، فستحتاج إلى هوائي ذي توجيه عالٍ. تعمل هذه الهوائيات على زيادة نقل الطاقة من الاتجاه المطلوب وتقليل الإشارات القادمة من الاتجاهات غير المرغوب فيها.
لنفترض أننا نريد هوائيًا ذو توجيهية منخفضة. كيف نفعل ذلك؟
تنص القاعدة العامة في نظرية الهوائيات على أنك تحتاج إلى هوائي صغير الحجم كهربائيًا لإنتاج توجيهية منخفضة. بمعنى آخر، إذا استخدمت هوائيًا بحجم إجمالي يتراوح بين 0.25 و0.5 من الطول الموجي، فستحصل على أقل توجيهية ممكنة. عادةً ما تتميز هوائيات ثنائية القطب بنصف الطول الموجي أو هوائيات الفتحة بنصف الطول الموجي بتوجيهية أقل من 3 ديسيبل. هذه أدنى توجيهية يمكن الحصول عليها عمليًا.
في نهاية المطاف، لا يمكننا تصنيع هوائيات أصغر من ربع الطول الموجي دون تقليل كفاءة الهوائي وعرض نطاقه الترددي. سيتم تناول كفاءة الهوائي وعرض نطاقه الترددي في فصول لاحقة.
للحصول على هوائي ذي توجيهية عالية، نحتاج إلى هوائيات بأطوال موجية متعددة. على سبيل المثال، تتميز هوائيات أطباق الأقمار الصناعية وهوائيات البوق بتوجيهية عالية، ويعود ذلك جزئيًا إلى طولها الذي يبلغ عدة أطوال موجية.
لماذا يحدث ذلك؟ في نهاية المطاف، يعود السبب إلى خصائص تحويل فورييه. فعند إجراء 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 (وتوجيهية منخفضة). أما الهوائيات ذات التوزيع المنتظم للجهد أو التيار فتتميز بأنماط توجيهية عالية (وتوجيهية عالية).
E-mail:info@rf-miso.com
رقم الهاتف: 0086-028-82695327
الموقع الإلكتروني: www.rf-miso.com
تاريخ النشر: 7 نوفمبر 2023
