أجهزة البث الهوائي – تعرّف على مصفوفة الهَوائيّات المُضَعّفة

تعريف الهوائي Antenna

الهوائي Antenna هو عبارة عن قطعة معدنية موصِلة يتم استخدامها لغرض التقاط الإشارات اللاسلكية وبثها، وعندما يقوم الهوائي باستقبال الموجات الكهرومغناطيسية ومن ثم يقوم بتحويلها الى تيار كهربائي ويقوم بعكس تلك العملية في حالة الارسال.

 

 أجهزة البث الهوائي – تعرّف على مصفوفة الهَوائيّات المُضَعّفة

تختلف أنواع الهوائيات طبقاً لحجمها والكلفة التصنيعية والقدرة والكفاءة، وتستخدم أجهزة البث الهوائي او الهوائيات في جميع أنواع الأنظمة اللاسلكية على سبيل المثال أجهزة البث الإذاعي وأجهزة البث التلفزيوني وكذا الاتصالات اللاسلكية التي تتم بشكل مباشر بين نقطتين.

 

ومن اشكال استخدام الهوائيات ايضاً شبكات تبادل البيانات المحلية اللاسلكية وكذلك أنظمة الرادار، والتلسكوبات المستخدمة في استكشاف الفضاء الخارجي. تختلف الهوائيات حسب مجال وطريقة استخدامها، فبعضها يتم استخدامه في الجو وهو ما يمثل اعلى نسبة استخدام، ومنها الذي يتم استخدامه تحت الماء، ولها ايضاً استخدامات أخرى متعددة مثل استكشاف التربة ونوعية الصخور وذلك عند ترددات معينة في مسافات قصيرة.

 

أنواع الهَوائيات Types of antenna  

هناك عدة أنواع للهوائيات وتتباين مميزات كل نوع عن الآخر ومن اشهر هذه الأنواع ما يلي:

1. هوائي الشريط الدقيق Micro strip antenna.
2. هوائي الطبق Dish antenna.
3. الهوائي ذو القطب الثنائي  Dipole antenna.

ويتميز كل نوع بطبيعة استخدام معينة، فمثلاً يستخدم هوائي الشريط الدقيق وكذلك هوائي ثنائي القطب بصورة شائعة وكبيرة نظراً لقلة تكلفتها في صناعة الهواتف المحمولة او النقالة، اما هوائي الطبق فيتم استخدامه لغرض استقبال الإشارات القادمة من الأقمار الصناعة حيث ان له قدرة عالية على استقبال الإشارات الضعيفة؛ حيث ان تلك الإشارات تصل الى سطح الأرض بصورة ضعيفة بعد قطعها لمسافات طويلة جدا.

 

النمط الهوائيّ للهوائيات

ان كل هوائيّ له ما يُعرف بنمط الهوائي ويستخدم في عملية تقييم كفاءة الهوائي، والنمط الهوائيّ هو عبارة عن وصف للمجال الذي تنتشر فيه الإشارة المرسلة في الفضاء، ويتم تمثيله على شكل رسم بياني بدلالة درجة الزاوية كما في الصورة الموضحة أدناه لخصائص النمط الهوائيّ لمجال واحد فقط:

 

خصائص النمط الهوائي

ماهي مكونات النمط الهوائيّ؟

كما تلاحظ عزيزي القارئ الكريم من خلال الصورة أعلاه ان النمط الهوائيّ يتكون من الأجزاء الأساسية التالية:

أولاً: النطاق الاشعاعي الأساسي

ويمثل هذا النطاق (النطاق الاشعاعي الأساسي Main lobe) الجزء الأكبر من النمط الهوائيّ والذي بواسطته يتم التعبير عن الاتجاه الفعلي للاستقبال والارسال.

 

ثانياً: القيمة العظمى

ان القيمة العظمى كما هو موضع بالصورة المرفقة بالمقال أعلاه هي معامل التكبير Gain للطاقة الخاصة بالإشارة المستقبلة او الإشارة المرسلة.

 

ثالثاً: عرض النطاق الاشعاعي بالدرجات

ان المقصود بعرض النطاق الاشعاعي أي عرض المنطقة التي تكون محصورة بين النقطتين المتناظرتين في النطاق الاشعاعي الأساسي، والتي تكون فيها قيمة النمط الهوائيّ نصف القيمة العظمى.

 

رابعاً: الفلقة الجانبية

ان الفلقة الجانبية او Side lobe هي عبارة عن الجزء الذي يكون مجاور للنطاق الاشعاعي الأساسي من كلا الجهتين ويُعتبر جزء غير مرغوب فيه، حيث ان كفاءة وفاعليّة الهوائي تتحسن بانخفاض مستوى الفلقة الجانبية.

 

خامساً: المناطق المعدومة

المناطق المعدومة Nulls هي عبارة عن النقاط التي تنعدم فيها رؤية الهوائي.

 

مصفوفة الهوائيات المتوافقة في الطور Phased antenna array

يتكون هذا النوع من المصفوفات الهوائية والتي تكون متوافقة في الطور من مجموعة هوائيات متماثلة وتكون هذه الهوائيات مفصولة عن بعضها بمسافة ثابتة ومرتبة على شكل صفّ لتشكل هوائي واحد بحيث يتم توصيل جميع العناصر بجهاز الارسال او جهاز الاستقبال.

 

مصفوفة الهوائيات المتوافقة في الطور

هذه المصفوفة بمجملها تقدم نمط هوائيّ بنطاق اشعاعي ذو عرض اقل من العرض الخاص بالنطاق الهوائيّ للعنصر الواحد، وكذا معامل تكبير اعلى للنطاق الاشعاعي الأساسي، بالإضافة الى زيادة في مستوى الفلقة الجانبية بحيث انها تكون ذات فعاليّة في مختلف التطبيقات العسكرية ومثال ذلك تلك الهوائيات التي تُستخدم في الأنظمة الخاصة برادارات التتبُع Tracking Radar Systems.

 

مصفوفة العناصر الهوائية المُضعّفة Thinned antenna array

تعتبر مصفوفة العناصر الهوائية المُضْعّفة حالة خاصة من المصفوفات الهوائّية المتوافقة في الطور، وفكرة هذه المصفوفات تقوم على عزل بعض من العناصر الهوائية عن جهاز الارسال والاستقبال عن طريق وصل الهوائي بمقاومة قدرها 50 أوم وبعد ذلك تأريضه Grounding، مجب العلم ان هذه الطريقة ستؤدي الى تقليل معامل التكبير للنطاق الاشعاعي الأساسي للهوائي وكذلك تتسبب في فقد بعض الطاقة.

ان بعض العناصر في المصفوفة الهوائية المضعّفة تعتبر عناصر غير نشطة Inactive elements، ذلك بعد ان كانت جميعاً عناصر نشطة او Active elements.

مصفوفة الهوائيات المُضعّفة

 ان مصفوفة العناصر الهوائية المضعفة تقدم نتائج فُضلى موازنة مع مصفوفة العناصر الهوائية المتوافقة في الطور (نطاق اشعاعي اضيق وكذا مستوى اعلى للفلقة الجانبية بوجود فقد في الطاقة)؛ لدعم أي نظام بحاجة الى هوائي ذو نطاق اشعاعي اضيق، مثل أنظمة رادارات التتبع والتي يجب ان تكون متناهية الدقة في عملية تحديد المواقع للأهداف المطلوبة.

 

تطبيقات مصفوفة الهوائيات المُضعفّة

من اهم تطبيقات المصفوفة الهوائية المضعفة فهي في الصناعات العسكرية والمجال العسكري عموماً، حيث تمتلك القواعد العسكرية رادار خاص بالبحث Search radar وكذلك رادار خاص بالتتبع Tracking radar؛ حيث ان رادار البحث يقوم بالكشف عن فضاء المنطقة المحيطة بالقاعدة العسكرية، ويقوم رادار البحث بتنبيه رادار التتبع في حالة تم رصد أي جسم متحرك معادي سواءً سيارة او طائرة او سفينة او دبابة او ما شابه ليقوم رادار التتبع بتتبع الهدف والتعامل معه حسب الحاجة.

تعد مصفوفة الهوائيات المضعفّة مناسبة للعمل بصفتها جزء من نظام رادار التتّبع والذي يقوم بتركيز اهتمامه في حيز صغير بهدف متابعة الهدف مثل الطائرة الحربية.

كانت هذه عزيزي القارئ مناقشة علمية سريعة لمفهوم الهوائيات والتعرض بشيء من التفصيل لأحد اهم أنواع الهوائيات وهي المصفوفة الهوائية المضعفّة، نتمنى ان نكون قد استطعنا افادتك ولو بالحد الأدنى للمعرفة في هذا المجال المهم.

تعديل المقال