من منظور تحويل الطاقة، فك شفرة تطور الهوائيات
2025-04-25
من منظور تحويل الطاقة، فك شفرة تطور الهوائيات WWW.WHWIRELESS.COM يُقدر أن يستغرق إنهاء القراءة 15 دقيقةفي النظام الواسع منالاتصالات اللاسلكيةتلعب الهوائيات دورًا محوريًا. فهي في الأساس نوع خاص جدًا من محولات الطاقة، يمكنها تحويل الطاقة بين الموجات الموجهة وموجات الفضاء الحر. تُعد عملية التحويل هذه بالغة الأهمية في مرحلتي إرسال واستقبال إشارات الاتصالات.في حالة إرسال الإشارة، ينتقل التيار عالي التردد من جهاز الإرسال عبر خط النقل إلى الهوائي. في هذه اللحظة، يعمل الهوائي كساحر، إذ يحول الطاقة بمهارة على شكل موجات موجهة (تيار عالي التردد) إلى موجات فضائية حرة، والتي نشير إليها عادةً بالموجات الكهرومغناطيسية، ثم يشعها في الفضاء المحيط. على سبيل المثال، في اتصالات الهاتف المحمول الشائعة، تُولّد الدوائر الداخلية للهاتف إشارات تيار عالي التردد، تُنقل إلى هوائي الهاتف.هوائيثم يقوم بتحويل هذه الإشارات إلى موجات كهرومغناطيسية ويصدرها، مما يؤدي إلى إنشاء اتصال اتصال مع المحطة الأساسية لتحقيق نقل المعلومات.في مرحلة استقبال الإشارة، يعمل الهوائي عكس العملية السابقة. عندما تصل الموجات الكهرومغناطيسية المنتشرة في الفضاء إلى الهوائي، فإنه يلتقطها بدقة ويحول طاقتها إلى تيار عالي التردد، وهو ما يُسمى بتحويل موجات الفضاء الحر إلى موجات موجهة. ثم يُنقل هذا التيار عالي التردد عبر خط النقل إلى جهاز الاستقبال لمعالجة الإشارة واستخلاص المعلومات. على سبيل المثال، يستقبل هوائي التلفزيون في منزلنا الموجات الكهرومغناطيسية الصادرة عن محطات التلفزيون، ويحولها إلى إشارات كهربائية تُنقل بدورها إلى التلفزيون، مما يسمح لنا بمشاهدة برامج تلفزيونية متنوعة. الاستكشاف المبكر: النموذج الأولي للهوائيات والتحويل الأولي للطاقةفي القرن التاسع عشر، شهد مجال الكهرومغناطيسية اختراقات نظرية هامة. اقترح جيمس كليرك ماكسويل معادلات ماكسويل الشهيرة، متنبئًا نظريًا بوجود الموجات الكهرومغناطيسية، ومرسيًا أساسًا نظريًا متينًا لظهور الهوائيات. في عام 1887، أجرى الفيزيائي الألماني هاينريش هيرتز سلسلة من التجارب الرائدة للتحقق من تنبؤات ماكسويل. صمم وصنع أول نظام هوائي في العالم، يتكون من قضيبين معدنيين يبلغ طول كل منهما حوالي 30 سنتيمترًا، مع توصيل طرفيهما بلوحين معدنيين تبلغ مساحة كل منهما 40 سنتيمترًا مربعًا. تم إثارة الموجات الكهرومغناطيسية من خلال تفريغات الشرر بين الكرات المعدنية؛ كان هوائي الاستقبال هوائيًا معدنيًا أحادي الحلقة مربعًا، مما يشير إلى استقبال إشارة عند ظهور شرارات بين طرفي الحلقة. لم تؤكد تجربة هيرتز وجود الموجات الكهرومغناطيسية بنجاح فحسب، بل كانت أيضًا بمثابة البداية الرسمية للهوائيات، فاتحة عصرًا جديدًا لاستكشاف الإنسان للاتصالات اللاسلكية. على الرغم من أن بنية هوائي هيرتز كانت بسيطة للغاية وكانت كفاءة تحويل الطاقة منخفضة نسبيًا، إلا أنها حققت التحويل الأولي للطاقة من موجات موجهة إلى موجات الفضاء الحر، مما سمح للناس بتجربة عجائب الموجات الكهرومغناطيسية بشكل حدسي لأول مرة وتجميع خبرة قيمة للتطوير اللاحق لتكنولوجيا الهوائي.بعد هيرتز، حقق المخترع الإيطالي غولييلمو ماركوني تقدمًا ملحوظًا في استخدام الهوائيات. في عام 1901، نجح ماركوني في تحقيق اتصال عبر المحيطات باستخدام هوائي كبير. يتكون هوائي الإرسال الخاص به من 50 سلكًا نحاسيًا متجهًا للأسفل ومرتبًا على شكل مروحة، مع توصيل الجزء العلوي بخط أفقي معلق بين برجين ارتفاعهما 150 قدمًا وبمسافة 200 قدم. يمكن اعتبار جهاز إرسال التفريغ الكهر...
عرض المزيد