أولاً: الخصائص الأساسية للموجات الراديوية WWW.WHWIRELESS.COM مدة القراءة التقديرية: 15 دقيقة 1.1 تعريف الموجات الراديوية تُستخدم الموجات الراديوية كناقل للإشارات والطاقة، وهي ناتجة عن التفاعل المتبادل بين المجالين الكهربائي والمغناطيسي المتذبذبين، وفقًا لقانون التفاعل المتبادل "الكهرباء تولد المغناطيسية والمغناطيسية تولد الكهرباء". أثناء الانتشار، يكون المجالين الكهربائي والمغناطيسي متعامدين دائمًا، وكلاهما متعامد على اتجاه انتشار الموجة، مما يجعلها **موجات كهرومغناطيسية مستعرضة (موجات TEM)**. ينشأ توليدها من دوائر متذبذبة عالية التردد: فعندما يتغير التيار في الدائرة بسرعة مع مرور الوقت، يتولد مجال كهرومغناطيسي متناوب في الفضاء المحيط. وبمجرد انفصال هذا المجال الكهرومغناطيسي عن مصدر الموجة، ينتشر عبر الفضاء على شكل موجات راديوية، دون الاعتماد على أي وسط - بل يمكنها حتى أن تنتقل في الفراغ. 1.2 العلاقة بين الطول الموجي والتردد وسرعة الانتشار الصيغة الأساسية التي تحكم العلاقة بين الطول الموجي (λ) والتردد (f) للموجات الراديوية وسرعة انتشارها (سرعة الضوء \( C \) في الفراغ، تقريبًا \( 3×10^8 \, \text{م/ث} \)) هي: \[ \lambda = \frac{C}{f} \] **الخلاصة الرئيسية**: في الوسط نفسه، يتناسب التردد والطول الموجي عكسيًا تمامًا - فكلما زاد التردد، قصر الطول الموجي. وتحدد هذه العلاقة بشكل مباشر أبعاد تصميم الهوائيات: على سبيل المثال، الطول الموجي لـ واي فاي بتردد 2.4 جيجاهرتز يبلغ طول الإشارة حوالي 12.5 سم، وهو ما يعادل طول هوائي ثنائي القطب بنصف موجة يبلغ حوالي 6.25 سم؛ لـ 700 ميجاهرتز إشارة اتصال منخفضة التردد، يبلغ طول موجتها حوالي 42.8 سم، مما يتطلب هوائيًا ثنائي القطب بطول نصف موجة يبلغ 21.4 سم. بالإضافة إلى ذلك، يرتبط الأداء الكهربائي للهوائي (مثل كفاءة الإشعاع، والكسب، والمعاوقة) ارتباطًا مباشرًا بطوله الكهربائي (نسبة طوله الفيزيائي إلى طول الموجة). في التطبيقات الهندسية العملية، يجب تحويل الطول الكهربائي المطلوب إلى الطول الفيزيائي المحدد لضمان عمل الهوائي بشكل صحيح. 1.3 استقطاب الموجات الراديوية يشير الاستقطاب إلى قانون تغير اتجاه المجال الكهربائي أثناء انتشار الموجة الراديوية، والذي يتحدد بمسار الحركة المكانية لمتجه المجال الكهربائي، مشكلاً طيفًا كاملاً: **الاستقطاب الدائري ← الاستقطاب الإهليلجي → الاستقطاب الخطي**. وفيما يلي الخصائص الأساسية وسيناريوهات التطبيق للأنواع الثلاثة: - **الاستقطاب الخطي**: يظل اتجاه المجال الكهربائي ثابتًا، وهو الشكل الأكثر شيوعًا للاستقطاب. الموجة ذات المجال الكهربائي العمودي على الأرض تُسمى **موجة مستقطبة رأسيًا**، وتتميز بمقاومة عالية لتداخل انعكاس الأرض، وهي مناسبة للاتصالات المتنقلة الأرضية (مثل محطات 2G/3G التقليدية). أما الموجة ذات المجال الكهربائي الموازي للأرض فتُسمى **موجة مستقطبة أفقيًا**، وتُستخدم عادةً في البث الإذاعي والتلفزيوني، واتصالات الترحيل بالميكروويف، وغيرها من التطبيقات. - **الاستقطاب الدائري**: يكون مسار متجه المجال الكهربائي دائريًا، وينقسم إلى **استقطاب دائري يساري** و**استقطاب دائري يميني**، وهما متنافيان (لا يمكن للهوائي الأيسر استقبال سوى الموجات المستقطبة دائريًا يساريًا، والعكس صحيح). وتتمثل ميزته الأساسية في مقاومته العالية للتداخل متعدد المسارات والتواء الاستقطاب، مما يجعله واسع الاستخدام في الاتصالات عبر الأقمار الصناعية (على سبيل المثال، بيدو ، نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الأقمار الصنا...

تصنيف المصفوفة الهوائيات . WWW.WHWIRELESS.COM مدة القراءة التقديرية: 15 دقيقة تُصنف هوائيات المصفوفة عادةً بناءً على ترتيب وحداتها الفردية. المصفوفة الخطية: هي مجموعة من عناصر الهوائي مرتبة على خط مستقيم، بمسافات متساوية أو غير متساوية بينها. ويمكن تقسيمها إلى مصفوفات مضاءة من الحافة ومصفوفات مضاءة من النهاية، وذلك بناءً على اتجاه تركيز طاقة الإشعاع. المصفوفة المستوية: هي مجموعة من عناصر الهوائي مرتبة في مراكز مستوى واحد. إذا كانت جميع العناصر مرتبة في شبكة مستطيلة، تُسمى مصفوفة مستطيلة؛ أما إذا كانت مراكز جميع العناصر تقع على دوائر متحدة المركز أو حلقات بيضاوية، فتُسمى مصفوفة دائرية. يمكن أن تحتوي المصفوفات المستوية أيضًا على مصفوفات ذات مسافات متساوية أو غير متساوية. المصفوفات المطابقة: هي مصفوفات من الهوائيات المتصلة والمتوافقة مع شكل الموجة الحاملة. وتُعدّ المصفوفات ذات الأسطح الأسطوانية، والمصفوفات ذات الأسطح الكروية، والمصفوفات ذات الأسطح المخروطية أمثلة على المصفوفات المطابقة. هوائي مصفوفة تكوين الوحدة. هوائي خطي عناصر المصفوفة: أنواع ثنائية القطب، وأنواع أحادية القطب، وعناصر حلقية الشكل (مثل هوائيات الفتحة)، وعناصر حلزونية. العناصر من نوع الحجاب الحاجز: عناصر هوائي البوق، عناصر دليل الموجة ذو الفتحة المفتوحة، عناصر رقعة الشريط الدقيق. العناصر الهجينة والمتخصصة: وحدات ياغي-أودا، ووحدات مصفوفة ثنائية القطب الدورية اللوغاريتمية، ووحدات هوائي الرنين المتوسط، ووحدات السطح الفائق/المواد الفائقة. الأساس النظري لهوائيات المصفوفة. ① مبدأ التداخل والتراكب للموجات الكهرومغناطيسية: يمكن لهوائيات المصفوفة أن تُنتج خصائص إشعاعية تختلف عن تلك الخاصة بوحدات الهوائيات الفردية التقليدية. أحد الأسباب الرئيسية لذلك هو أن الموجات الكهرومغناطيسية المنبعثة من وحدات إشعاع متماسكة متعددة تتداخل وتتراكب في الفضاء، حيث تشهد بعض المناطق زيادة في الإشعاع بينما تشهد مناطق أخرى انخفاضًا فيه. وينتج عن ذلك إعادة توزيع لطاقة الإشعاع الكلية الثابتة عبر مناطق مكانية مختلفة. ٢ نظرية ضرب المخطط الاتجاهي: في ظروف المجال البعيد، تكون الدالة الاتجاهية المعيارية الكلية لـ هوائي يمكن تحليل مصفوفة تتكون من عناصر متطابقة متعددة، يتم إثارتها بسعة وطور ثابتين، ومرتبة في مواقع هندسية ثابتة، على النحو التالي: العامل الأساسي F( θ ، φ ): اتجاهية وحدة واحدة في الفضاء الحر (بما في ذلك الوحدة ' (الاستقطاب والتوجيه). عامل المصفوفة AF( θ ، φ ): يتم تحديد ذلك فقط من خلال التخطيط الهندسي والتباعد وسعة الإثارة وطور المصفوفة، وهو مستقل عن الشكل المحدد للعناصر. أي أن مخطط الاتجاه الكلي المركب D( θ ، φ ) = F( θ ، φ ) · AF( θ ، φ ). تحليل المصفوفة الهوائيات . يتضمن تحليل هوائي المصفوفة تحديد خصائص إشعاعه بافتراض معرفة أربعة معايير (العدد الإجمالي للعناصر، والتوزيع المكاني للعناصر، وتوزيع سعات الإثارة لكل عنصر، وتوزيع أطوار الإثارة لكل عنصر). وتشمل هذه الخصائص هوائي المصفوفة ' مخطط اتجاه s، وعرض الحزمة عند نصف القدرة، ومعامل الاتجاهية، ومستوى الفصوص الجانبية، وما إلى ذلك. المصفوفة هوائي اندماج. يُعدّ تركيب هوائي مصفوفة مشكلة معاكسة لتحليله، أي تركيب المعلمات الأربع لهوائي المصفوفة (العدد الإجمالي للعناصر، والتوزيع المكاني للعناصر، وتوزيع سعات الإثارة لكل عنصر، وتوزيع أطوار الإثارة لكل عنصر) في ظل خصائص إشعاعية معينة، بحيث تلبي خصائص الإشعاع الخاصة بالمصفوفة متطلبات محددة، أو بحيث تكون المصفوفة ' نمط ا...

ما هو هوائي ؟ أن هوائي هو جهاز يستخدم ل إرسال واستقبال الموجات الراديوية . إنه مكون رئيسي في أنظمة الاتصالات اللاسلكية، قادر على تحويل التيارات الكهربائية عالية التردد (التي تتدفق في خطوط النقل) إلى الموجات الكهرومغناطيسية (التي تنتشر عبر الفضاء الحر)، والعكس صحيح. تُستخدم الهوائيات على نطاق واسع في البث الإذاعي والتلفزيوني والاتصالات المتنقلة، الاتصالات عبر الأقمار الصناعية ، أنظمة الرادار ، والعديد من المجالات الأخرى. على وجه التحديد، تشمل وظائف الهوائي ما يلي: إشعاع الموجات الكهرومغناطيسية: على الجانب المرسل، يقوم الهوائي بتحويل الطاقة الكهربائية عالية التردد التي تولدها المعدات الإلكترونية إلى موجات راديوية ويشعها إلى الفضاء المحيط للنقل لمسافات طويلة. استقبال الموجات الكهرومغناطيسية: على صعيد الاستقبال، يلتقط الهوائي الموجات الراديوية من الفضاء ويحوّلها إلى تيارات كهربائية عالية التردد. تُعالَج هذه الإشارات بعد ذلك - مثل إزالة التضمين والتضخيم وفك التشفير - لاستعادة المعلومات أو البيانات الأصلية. تحويل الطاقة: يعمل الهوائي كوسيلة لـ تحويل الطاقة ، نقل الطاقة بكفاءة بين الموجات الموجهة (في خطوط النقل) والموجات في الفضاء الحر (الموجات الراديوية). الاتجاهية والاستقطاب: العديد من الهوائيات لها مواصفات محددة الاتجاهية و الاستقطاب صفات. الاتجاهية يشير إلى قدرة الهوائي على إشعاع أو استقبال الطاقة بشكل أكثر فعالية في اتجاهات معينة مقارنة بالاتجاهات الأخرى. الاستقطاب يصف اتجاه المجال الكهربائي للموجة الراديوية المنبعثة أو المستقبلة بواسطة الهوائي. تساعد هذه الخصائص على تحسين أداء الاتصال وتقليل التداخل وتوسيع مسافة الاتصال. مطابقة المعاوقة: لضمان الحد الأدنى من انعكاس الإشارة وفقدان الطاقة أثناء النقل، يجب أن يكون الهوائي مطابقة المعاوقة مع خط النقل (خط التغذية). هذا يعني أن معاوقة دخل الهوائي يجب أن تتطابق مع المعاوقة المميزة للخط لضمان نقل الطاقة بكفاءة. تعزيز الإشارة والتغطية: في بعض الأنظمة، يتم استخدام الهوائيات لـ تعزيز قوة الإشارة أو توسيع التغطية . على سبيل المثال: في محطات القاعدة المتنقلة يمكن للهوائيات ذات الكسب العالي توسيع مناطق تغطية الإشارة. في الاتصالات عبر الأقمار الصناعية تعمل الهوائيات الاتجاهية وعالية الكسب على تحسين جودة استقبال الإشارة وموثوقيتها....

لماذا تعد مطابقة المعاوقة ضرورية WWW.WHWIRELESS.COM الوقت المقدر للقراءة: 15 دقيقة الفرق الأكبر بين تردد الراديو تكمن أهمية الترددات اللاسلكية (RF) والأجهزة في مطابقة المعاوقة، والسبب في ذلك هو انتقال المجالات الكهرومغناطيسية. وكما نعلم جميعًا، فإن المجال الكهرومغناطيسي هو التفاعل بين مجال كهربائي ومجال مغناطيسي. يحدث الفقد في وسط النقل لأن المجال الكهربائي يُسبب تذبذبات في تأثيره على الإلكترونات. كلما زادت تكرار كلما زاد عدد دورات الموجات الكهرومغناطيسية في خط نقل ذي طول متساوٍ، زاد تردد تغيرات التيار. ونتيجةً لذلك، يزداد فقدان الحرارة الناتج عن التذبذبات، مما يؤدي إلى خسائر أكبر في خط النقل. عند الترددات المنخفضة، نظرًا لأن الطول الموجي أطول بكثير من خط النقل، فإن الجهد والتيار على خط النقل في الدائرة يظلان دون تغيير تقريبًا، وبالتالي فإن خسارة خط النقل صغيرة جدًا. وفي الوقت نفسه، إذا حدث انعكاس أثناء إخراج الموجة، فإن تراكب الموجة المنعكسة مع موجة الإدخال الأصلية قد يؤدي إلى انخفاض في جودة الإشارة ويقلل أيضًا من كفاءة نقل الإشارة . سواء كنت تعمل على الأجهزة أو أنظمة الترددات الراديوية الهدف هو تحقيق الأفضل نقل الإشارة ولا أحد يريد أن تضيع الطاقة في الدائرة. عندما تكون مقاومة الحمل مساوية للمقاومة الداخلية لمصدر الإشارة، يمكن للحمل الحصول على أقصى طاقة خرج. وهذا ما يُشار إليه عادةً بمطابقة المعاوقة. من المهم ملاحظة أن المطابقة المترافقة تهدف إلى نقل الحد الأقصى للطاقة. وفقًا لصيغة معامل انعكاس الجهد (Gamma = Z_L - Z_0Z_L + Z_0)، فإن (Gamma) لا يساوي 0 في هذا الوقت، مما يعني وجود انعكاس للجهد. في حالة المطابقة الخالية من التشويه، تكون المعاوقات متساوية تمامًا، فلا يوجد انعكاس للجهد. مع ذلك، لا تصل قدرة الحمل إلى الحد الأقصى في هذه الحالة. خسارة العودة (RL) = \( -20\log|\Gamma| \) نسبة الموجة الدائمة للجهد (VSWR) = \( \frac{1 + |\Gamma|}{1 - |\Gamma|} \) العلاقة بين نسبة الموجة الدائمة و كفاءة النقل كما هو موضح في الجدول أدناه: تتضمن مطابقة المعاوقة عملية حسابية شاقة. لحسن الحظ، لدينا مخطط سميث، وهو أداة أساسية لمطابقة المعاوقة. مخطط سميث عبارة عن رسم تخطيطي يتكون من عدة دوائر متقاطعة. عند استخدامه بشكل صحيح، يُمكّننا من الحصول على معاوقة مطابقة لنظام يبدو معقدًا دون أي حسابات. كل ما نحتاجه هو قراءة البيانات وتتبعها على طول الخطوط الدائرية. ## طريقة مخطط سميث 1. بعد توصيل مكون المكثف على التوالي، تتحرك نقطة المعاوقة عكس اتجاه عقارب الساعة على طول دائرة المقاومة الثابتة التي توجد عليها. 2. بعد توصيل مكون المكثف التحويلي، تتحرك نقطة المعاوقة في اتجاه عقارب الساعة على طول دائرة التوصيل الثابت التي توجد عليها. 3. بعد توصيل مكون المحث على التوالي، تتحرك نقطة المعاوقة في اتجاه عقارب الساعة على طول دائرة المقاومة الثابتة التي توجد عليها. 4. بعد توصيل مكون محث التحويلة، تتحرك نقطة المعاوقة عكس اتجاه عقارب الساعة على طول دائرة التوصيل الثابت التي توجد عليها. 5. بعد توصيل مكون مفتوح جزئيًا، تتحرك نقطة المعاوقة في اتجاه عقارب الساعة على طول دائرة التوصيل الثابت التي توجد عليها. 6. بعد توصيل مكون قصير الطرف، تتحرك نقطة المعاوقة عكس اتجاه عقارب الساعة على طول دائرة التوصيل الثابت التي توجد عليها. 7. بعد توصيل مكون خط النقل المتسلسل، تتحرك نقطة المعاوقة في اتجاه عقارب الساعة على طول دائرة الموجة المستقرة الثابتة. WWW.WHWIRELESS.COM...