هوائي
المعرفة الأساسية بقياس الهوائي
المدة المقدرة 25 دقيقة لإنهاء القراءة
تتضمن المعرفة الأساسية لقياس الهوائي جوانب متعددة، بما في ذلك وظائف الهوائي ومعلمات الأداء وطرق القياس وبيئات الاختبار. فيما يلي شرح تفصيلي للمعرفة الأساسية بقياس الهوائي:
1 وظيفة الهوائي
يعد الهوائي مكونًا أساسيًا في أنظمة الاتصالات اللاسلكية، وتشمل وظائفه الرئيسية ما يلي:
الإشعاع الاتجاهي أو استقبال إشارات الموجات الراديوية: في حالة الإرسال، يقوم الهوائي بتحويل الطاقة الكهرومغناطيسية عالية التردد في خط النقل إلى موجات كهرومغناطيسية في الفضاء الحر؛ في الحالة المستقبلة، يتم تحويل الموجات الكهرومغناطيسية الموجودة في الفضاء الحر إلى طاقة كهرومغناطيسية عالية التردد في خط النقل.
تحويل الطاقة: تحتاج الهوائيات إلى تحويل طاقة الموجات الموجهة التي ينشرها نظام التغذية بكفاءة إلى طاقة موجات كهرومغناطيسية، أو تحويل طاقة الموجات الكهرومغناطيسية المستقبلة إلى إشارات حالية.
¢ الاتجاهية: يمكن للهوائيات أن تشع أو تستقبل موجات كهرومغناطيسية بطريقة اتجاهية، مع تركيزها في الاتجاه المطلوب قدر الإمكان.
الاستقطاب: يجب أن يكون الهوائي قادرًا على بث أو استقبال موجات كهرومغناطيسية ذات استقطاب محدد.
2 معلمات أداء الهوائي
تعد معلمات أداء الهوائي مؤشرات مهمة لقياس أدائه، بما في ذلك بشكل رئيسي:
الكسب: يشير إلى قدرة الهوائي على تضخيم الإشارة المستقبلة، وعادة ما يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالاتجاهية.
الاتجاهية: تصف شدة طاقة الإشعاع للهوائي في اتجاه محدد بالنسبة لحالة الإشعاع شاملة الاتجاهات.
الكفاءة: تشمل كفاءة إشعاع الهوائي والكفاءة الشاملة، حيث يأخذ الأول في الاعتبار خسائر الهوائي ويأخذ الأخير في الاعتبار الخسائر الإجمالية مثل خسائر الموصل والعازل الكهربائي للهوائي.
الممانعة: نسبة الجهد إلى التيار عند طرف إدخال الهوائي، وهي حمل نظام التغذية وتتطلب مطابقة مقاومة جيدة مع نظام التغذية.
نسبة الموجة الدائمة (VSWR): تعكس درجة التطابق بين الهوائي ونظام التغذية.
الاستقطاب: طريقة الاستقطاب التي يقوم الهوائي بإصدار أو استقبال موجات كهرومغناطيسية.
نطاق تردد التشغيل: نطاق التردد الذي يمكن للهوائي أن يعمل ضمنه بشكل طبيعي.
3 طريقة قياس الهوائي
يتم عادةً قياس معلمات الهوائي باستخدام أدوات مثل أجهزة قياس شدة المجال، أو أجهزة قياس الطاقة، أو أجهزة قياس المعاوقة، أو أجهزة تحليل الشبكات، بالإضافة إلى معدات الاختبار المتخصصة مثل الهوائيات القياسية. وتشمل طرق القياس:
قياس نمط اتجاه الإشعاع: باستخدام طريقة الهوائي الثابت أو طريقة الهوائي الدوار، يتم قياس شدة إشعاع الهوائي في اتجاهات مختلفة ورسم مخطط اتجاه الإشعاع.
قياس الكسب: باستخدام طريقة المقارنة، قم بمقارنة الهوائي الذي تم اختباره بهوائي قياسي ذو كسب معروف لتحديد كسب الهوائي الذي تم اختباره.
قياس المعاوقة: استخدم طريقة الجسر، أو طريقة خط القياس، أو طريقة تردد الاجتياح لقياس مقاومة دخل الهوائي.
4 بيئة الاختبار
من أجل قياس معلمات أداء الهوائي بدقة، من الضروري توفير بيئة اختبار مثالية، والتي تتطلب عادةً ما يلي:
♥ أرض مسطحة ومفتوحة: لا توجد حواجز معدنية أو عاكسات لتقليل التأثير على انتشار الموجات الكهرومغناطيسية.
« مسافة اختبار كافية: يجب أن تكون المسافة بين الهوائي المختبر والهوائي المساعد أكبر من الحد الأدنى لمسافة اختبار الهوائي لتقليل أخطاء القياس الناجمة عن اختلافات الطور للموجات الكهرومغناطيسية الساقطة على فتحة الهوائي المختبر. ⢠غرفة غير عاكسة (غرفة كاتمة للصدى للميكروويف): بطانة الغرفة مصنوعة من مواد ماصة حادة الشكل، يمكنها امتصاص معظم الطاقة الكهرومغناطيسية الساقطة على جدران الغرفة الستة ومحاكاة ظروف اختبار المساحة الحرة بشكل جيد.
مبدأ الهوائي
يتضمن مبدأ الهوائي بشكل أساسي إشعاع واستقبال الموجات الكهرومغناطيسية، بالإضافة إلى تحويل الطاقة بين الموجات الموجهة وموجات الفضاء الحر. وفيما يلي شرح مفصل لمبدأ الهوائي:
1 التعريف والوظيفة
التعريف: الهوائي هو جهاز يمكنه إشعاع الموجات الكهرومغناطيسية بشكل فعال في اتجاه معين في الفضاء أو استقبال الموجات الكهرومغناطيسية بشكل فعال من اتجاه معين في الفضاء.
الوظيفة: تلعب الهوائيات دورًا أساسيًا في أنظمة الاتصالات اللاسلكية، فهي مسؤولة عن تحويل التيارات عالية التردد (أو الموجات الموجهة) إلى موجات كهرومغناطيسية وإشعاعها إلى الفضاء، أو استقبال وتحويل الموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء إلى تيارات عالية التردد.
2 مبدأ العمل
1. الحث الكهرومغناطيسي والإشعاع الكهرومغناطيسي:
يعتمد مبدأ عمل الهوائي بشكل أساسي على مبادئ الحث الكهرومغناطيسي والإشعاع الكهرومغناطيسي. عندما يمر تيار عالي التردد عبر الهوائي، فإنه يولد مجالات كهربائية ومغناطيسية مختلفة حوله. وفقا لنظرية المجال الكهرومغناطيسي لماكسويل، "المجال الكهربائي المتغير يولد مجالا مغناطيسيا، والمجال المغناطيسي المتغير يولد مجالا كهربائيا". ومن خلال إثارة ذلك بشكل مستمر، يتم تحقيق انتشار الإشارة اللاسلكية.
عند طرف الإرسال، يقوم الهوائي بتحويل التيار عالي التردد إلى موجات كهرومغناطيسية ويشعها في الفضاء؛ عند طرف الاستقبال، يلتقط الهوائي الموجات الكهرومغناطيسية في الفضاء ويحولها إلى تيارات عالية التردد.
2. تحويل الطاقة:
يعمل الهوائي كمحول للطاقة، حيث يكمل تحويل الطاقة بين الموجات الموجهة (أو التيارات عالية التردد) وموجات الفضاء الحرة. يقوم هوائي الإرسال بتحويل الموجات الموجهة إلى موجات الفضاء الحر، بينما يقوم هوائي الاستقبال بتحويل موجات الفضاء الحر إلى موجات موجهة.
3. الاتجاهية والاستقطاب:
الهوائيات لها اتجاهية معينة ويمكن أن تشع أو تستقبل موجات كهرومغناطيسية بطريقة اتجاهية. وهذا يعني أن الهوائي يتمتع بقدرات إشعاعية أو استقبالية أقوى في اتجاهات محددة، بينما يتمتع بقدرات أضعف في اتجاهات أخرى.
يعد وضع استقطاب الهوائي أيضًا أحد خصائصه المهمة، والذي يحدد حالة استقطاب الهوائي عند إرسال أو استقبال الموجات الكهرومغناطيسية.
3 نوع الهوائي وخصائصه
يمكن تصنيف الهوائيات وفقًا لمعايير تصنيف مختلفة، بما في ذلك طبيعة العمل والغرض وخصائص الهوائي وتوزيع التيار ونطاق التردد والموجة الحاملة والشكل.
تشمل أنواع الهوائيات الشائعة هوائيات المحطة الأساسية المتنقلة، وهوائيات البث، وهوائيات الرادار، وهوائيات WIFI، وهوائيات الهاتف المحمول، وما إلى ذلك. ولكل هوائي سيناريوهات التطبيق المحددة وخصائص الأداء.
4م تصميم الهوائي وتحسينه
يمكن أن يؤثر الشكل والحجم والمواد والعوامل الأخرى للهوائي على أدائه. لذلك، يحتاج تصميم الهوائيات إلى مراعاة عوامل متعددة بشكل شامل، بما في ذلك تردد التشغيل، واتجاه الإشعاع، ووضع الاستقطاب، ومتطلبات الكسب، وما إلى ذلك.
في عملية التصميم، عادةً ما يتم استخدام برامج المحاكاة للمحاكاة والتحسين لضمان قدرة الهوائي على تلبية متطلبات التصميم.
ما هو الهوائي؟
الهوائي هو جهاز إلكتروني يستخدم لإشعاع أو استقبال الموجات الكهرومغناطيسية بشكل فعال في الاتصالات اللاسلكية. وهو مكون لا غنى عنه في الأنظمة اللاسلكية، وهو مسؤول عن تحويل الموجات الموجهة (مثل تدفق التيار في خطوط النقل) إلى موجات راديو (موجات كهرومغناطيسية تنتشر في الفضاء الحر)، أو تحويل موجات الراديو إلى موجات موجهة .
تشمل الوظائف المحددة للهوائي ما يلي:
1. الإشعاع والاستقبال: عند طرف الإرسال، يقوم الهوائي بتحويل التيارات عالية التردد في الأجهزة الإلكترونية إلى موجات راديوية ويقوم بإشعاع هذه الموجات إلى الفضاء المحيط. عند طرف الاستقبال، يلتقط الهوائي موجات الراديو في الفضاء ويحولها إلى تيارات عالية التردد لمزيد من المعالجة بواسطة الأجهزة الإلكترونية.
2. تحويل الطاقة: تعتبر الهوائيات وسيلة تحويل الطاقة، حيث يمكنها تحويل الطاقة الكهربائية للأجهزة الإلكترونية إلى طاقة موجات الراديو، أو تحويل طاقة موجات الراديو إلى طاقة كهربائية.
3. الاتجاهية: تم تصميم العديد من الهوائيات باتجاهية محددة، مما يعني أنها يمكن أن تشع أو تستقبل موجات الراديو بشكل أكثر فعالية في اتجاهات محددة. يمكن أن تساعد الهوائيات الاتجاهية في تحسين كفاءة الاتصال وتقليل التداخل وزيادة مسافة الاتصال.
4. الاستقطاب: يشير استقطاب الهوائي إلى اتجاه المجال الكهرومغناطيسي الذي يشع أو يستقبل فيه موجات الراديو. تتضمن طرق الاستقطاب الشائعة الاستقطاب الأفقي، والاستقطاب الرأسي، والاستقطاب الدائري، والاستقطاب الإهليلجي. قد يكون لطرق الاستقطاب المختلفة مزايا وقيود مختلفة في الاتصال.
5. مطابقة المعاوقة: من أجل إرسال واستقبال موجات الراديو بشكل فعال، يجب أن تكون الهوائيات مطابقة للممانعة مع خطوط النقل (مثل وحدات التغذية). وهذا يعني أن مقاومة دخل الهوائي يجب أن تتطابق مع المقاومة المميزة لخط النقل لتقليل انعكاس الطاقة وفقدانها أثناء الإرسال.
هناك أنواع مختلفة من الهوائيات، بما في ذلك، على سبيل المثال لا الحصر، الهوائيات ثنائية القطب، والهوائيات الحلقية، والهوائيات المكافئة، والهوائيات الحلزونية، وهوائيات المصفوفة، وما إلى ذلك. ولكل هوائي سيناريوهات التطبيق المحددة وخصائص الأداء، مثل الكسب والاتجاه والتردد الاستجابة، وضع الاستقطاب، وما إلى ذلك
