الإخبارية
كيف تعمل الهوائيات بالفعل؟
2021-9-16 www.whwireless.com
يقدر بـ 8 دقائق لإنهاء القراءة
الهوائيات تستخدم على نطاق واسع في الاتصالات السلكية واللاسلكية ، على سبيل المثال في اتصالات الراديو والراديو والتلفزيون.
تلتقط الهوائيات الموجات الكهرومغناطيسية وتحولها إلى إشارات كهربائية ، أو تلتقط الإشارات الكهربائية وتشعها على شكل موجات كهرومغناطيسية.
في هذه المقالة ، دعنا نلقي نظرة على العلم وراء ذلك الهوائيات.
إذا كانت لدينا إشارة كهربائية ، فكيف نحولها إلى موجة كهرومغناطيسية؟
من المحتمل أن يكون لديك إجابة بسيطة في الاعتبار: وهي استخدام سلك مغلق ، بمساعدة مبدأ الحث الكهرومغناطيسي ، سيكون قادرًا على توليد مجال مغناطيسي متقلب ومجال كهربائي حوله.
ومع ذلك ، فإن هذا المجال المتذبذب حول المصدر لا فائدة منه في إرسال الإشارة.
هنا لا ينتشر المجال الكهرومغناطيسي ، إنه يتقلب فقط.
في الهوائي ، يجب فصل الموجات الكهرومغناطيسية حول المصدر عن المصدر ويجب أن تنتشر.
قبل أن ننظر في كيفية صنع الهوائي ، دعونا نفهم فيزياء الهوائي.
يعتبر فصل الموجة وضع شحنة موجبة وشحنة سالبة. يسمى هذا الزوج من الشحنات المرتبة بالقرب من بعضها البعض ثنائي القطب ، ومن الواضح أنها تنتج مجالًا كهربائيًا كما هو موضح في الرسم التخطيطي.
بافتراض أن هذه الشحنات كما هو موضح ، تتأرجح في منتصف مسارها ، فإن السرعة ستصل إلى أقصى حد وفي نهاية مسارها ، ستكون السرعة صفرًا ، وبسبب التغير في السرعة ، ستختبر الجسيمات المشحونة متتالية التسارع والتباطؤ.
التحدي الآن هو معرفة كيفية جعل المجال الكهرومغناطيسي يتغير بسبب هذه الحركة.
دعونا نركز على خط مجال كهربائي واحد فقط يتمدد ويتشوه أمام الموجة التي تتشكل في الوقت صفر ، بعد فترة زمنية مقدارها واحد على ثمانية.
كما هو موضح في الرسم التخطيطي.
قد تندهش من توقع ظهور مجال كهربائي بسيط في هذا الموقع كما هو موضح أدناه.
لماذا يتمدد المجال الكهربائي ليشكل مجالًا كهربائيًا مثل هذا؟
ذلك لأن الشحنات المتسارعة أو المتباطئة تنتج بعض تأثير ذاكرة المجال الكهربائي ولا يتكيف المجال الكهربائي القديم بسهولة مع المجال الكهربائي الجديد. سوف يستغرق الأمر بعض الوقت لفهم المجال الكهربائي لتأثير الذاكرة هذا أو الشحنات المتسارعة أو المتباطئة الناتجة عن الشبكة.
سنناقش هذا الموضوع المثير للاهتمام بمزيد من التفصيل في مقال آخر.
إذا واصلنا التحليل بنفس الطريقة ، يمكننا أن نرى أنه في فترة ربع زمنية تلتقي مقدمة الموجة عند نقطة حيث.
بعد ذلك ، تنفصل جبهات الموجات وتنتشر.
لاحظ أن هذا المجال الكهربائي المتغير يولد تلقائيًا مجالًا مغناطيسيًا عموديًا على تغيره.
إذا قمت برسم تباين شدة المجال الكهربائي مع المسافة ، يمكنك أن ترى أن انتشار الموجة هو في جوهره جيبي.
من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن الطول الموجي الناتج هو بالضبط ضعف طول ثنائي القطب.
هذا هو بالضبط ما نحتاجه في الهوائي. باختصار ، إذا تمكنا من ترتيب شحنات متذبذبة موجبة وسالبة ، فيمكننا صنع هوائي.
من الناحية العملية ، يتم إنتاج هذه الشحنة المتذبذبة بسهولة عن طريق أخذ قضيب توصيل مثني في المركز وتطبيق إشارة جهد على المركز ، بافتراض أن هذه إشارة متغيرة بمرور الوقت ، ضع في اعتبارك موقفًا حيث يتحرك الإلكترون في اللحظة 0 بسبب الجهد الكهربائي من الجانب الأيمن من ثنائي القطب وسوف يتراكم على الجانب الأيسر.
هذا يعني أن الطرف الآخر من الإلكترون الخاسر سيتم تلقائيًا شحنه إيجابياً.
ينتج عن هذا الترتيب نفس تأثير علبة الشحنة ثنائية القطب السابقة ، أي أن هناك شحنة موجبة وسالبة في نهاية السلك ، ومع تغير الجهد مع مرور الوقت تنتقل الشحنات الموجبة والسالبة ذهابًا وإيابًا ، مما يؤدي إلى انتشار الموجة.
لقد رأينا الآن كيف هوائي يعمل كجهاز إرسال ، سيكون تردد الإشارة المرسلة هو نفسه تردد إشارة الجهد المطبق:
نظرًا لأن الانتشار ينتقل بسرعة الضوء ، يمكننا بسهولة حساب الطول الموجي للانتشار عند.
من أجل الكمال انتقال يجب أن يكون طول الهوائي نصف الطول الموجي. تشغيل الهوائي قابل للعكس ويمكن أن يعمل كجهاز استقبال.
إذا اصطدم به المجال الكهرومغناطيسي المنتشر ، فسنستخدم نفس الهوائي مرة أخرى ونطبق مجالًا كهربائيًا عند تلك النقطة ، وسوف تتراكم الإلكترونات في أحد طرفي القضيب ، وهذا هو نفسه ثنائي القطب الكهربائي ، عندما يغير المجال الكهربائي المطبق من الشحنات الموجبة والسالبة المتراكمة في الطرف الآخر ، يعني تراكم الشحنة المتغيرة أن إشارة الجهد المتغيرة تتولد في مركز الهوائي.
إشارة الجهد هذه هي خرج هوائي عندما يعمل كمستقبل ، ويكون تردد إشارة جهد الخرج هو نفسه تردد الموجة AM المستقبلة.
يتضح من بنية المجال الكهربائي أن الهوائي يجب أن يكون نصف حجم الطول الموجي من أجل الحصول على الاستقبال المطلوب.
في كل هذا النقاش ، رأينا أن الهوائي عبارة عن دائرة مفتوحة ، والآن دعونا نلقي نظرة على بعض الهوائيات الفعلية وكيف تعمل.
في الماضي ، كان استقبال التلفزيون يستخدم هوائي استقبال ثنائي القطب مع شريط ملون مثل استقبال ثنائي القطب هوائي ، يحتاج هذا الهوائي أيضًا إلى عاكس ودليل لتجميع الإشارة على ثنائي القطب ، وقد عُرف هذا الهيكل الكامل باسم هوائي Yagi-Uda.
ال هوائي ثنائي القطب يحول الإشارة المستقبلة إلى إشارة كهربائية ويتم إرسال هذه الإشارات الكهربائية إلى وحدة التلفزيون عبر كابل متحد المحور.
انتقلنا اليوم إلى هوائي Dish TV ، والذي يتكون من مكونين رئيسيين ، عاكس مكافئ ومحول منخفض الضوضاء.
يستقبل القطع المكافئ الإشارات الكهرومغناطيسية من القمر الصناعي ويركزها على lnbf ، الذي له شكل خاص ومصمم بشكل خاص ودقيق.
يتكون lnbf من بوق تغذية ودليل موجي وثنائي الفينيل متعدد الكلور ومسبار.
في الرسم البياني أدناه ، يمكنك أن ترى كيف تركز الإشارة الواردة على المسبار من خلال بوق التغذية والدليل الموجي
كما رأينا في حالة ثنائي القطب البسيط ، يتم إحداث جهد ويتم تغذية إشارة الجهد المتولدة إلى PCB لمعالجة الإشارة.
على سبيل المثال ، يتم ترشيح الإشارة من الترددات العالية إلى الترددات المنخفضة وتضخيمها بعد المعالجة ، ويتم إرسال هذه الإشارة الكهربائية إلى وحدة التلفزيون عبر كابل متحد المحور.
إذا قمت بتشغيل Lnb ، فمن المحتمل أن تجد مجسين بدلاً من واحد ، ويكون المسبار الثاني عموديًا على الأول ، مما يعني أنه يمكن استخدام الطيف المتاح مرتين عن طريق إرسال استقطاب أفقي أو رأسي.
يكتشف أحد المسبار الإشارة المستقطبة أفقيًا ويكتشف الآخر الإشارة المستقطبة رأسياً.
يستخدم الهاتف الذي تحمله نوعًا مختلفًا تمامًا من الهوائي يسمى هوائي التصحيح. يتكون هوائي التصحيح من رقعة معدنية أو شريط يوضع على مستوى أرضي مع قطعة من مادة عازلة في المنتصف ، وهنا يتم استخدام الرقعة المعدنية كعنصر مشع ويجب أن يكون طول الرقعة المعدنية نصف الطول الموجي المناسب الإرسال والاستقبال.
يرجى ملاحظة أن وصف هوائيات التصحيح الذي نوضحه هنا أساسي للغاية.
