تغذية الهوائي

يتصل جهاز الإرسال أو الاستقبال اللاسلكي بهوائي يصدر أو يستقبل الموجات اللاسلكية . نظام تغذية الهوائي أو تغذية الهوائي هو الكابل أو الموصل ، والمعدات الأخرى المرتبطة، التي تربط جهاز الإرسال أو الاستقبال بالهوائي وتجعل الجهازين متوافقين. [1] [2] في جهاز الإرسال اللاسلكي، يولد جهاز الإرسال تيارًا متناوبًا من التردد اللاسلكي ، ويقوم نظام التغذية بتغذية الهوائي بالتيار، والذي يحول الطاقة في التيار إلى موجات لاسلكية. في جهاز الاستقبال اللاسلكي، تثير الموجات اللاسلكية الواردة تيارات متناوبة صغيرة في الهوائي، ويقوم نظام التغذية بتوصيل هذا التيار إلى جهاز الاستقبال، الذي يعالج الإشارة.

لنقل تيار التردد اللاسلكي بكفاءة، يجب أن يكون خط التغذية الذي يربط المرسل أو المستقبل بالهوائي نوعًا خاصًا من الكابلات يسمى خط النقل . في ترددات الميكروويف ، غالبًا ما يتم استخدام الموجّه ، وهو أنبوب معدني مجوف يحمل موجات الراديو. في هوائي مكافئ (طبق)، يتم تعريف التغذية عادةً أيضًا لتشمل هوائي التغذية ( بوق التغذية ) الذي يصدر أو يستقبل موجات الراديو. في أجهزة الإرسال على وجه الخصوص، يعد نظام التغذية مكونًا بالغ الأهمية تتوافق معاوقته مع الهوائي وخط التغذية وجهاز الإرسال. لتحقيق ذلك، قد يتضمن نظام التغذية أيضًا دوائر تسمى وحدات ضبط الهوائي أو شبكات مطابقة بين الهوائي وخط التغذية وخط التغذية وجهاز الإرسال. [3] في الهوائي، تكون نقطة التغذية هي النقطة الموجودة على عنصر الهوائي الموجه التي يتم توصيل خط التغذية بها.

عناصر

في جهاز الإرسال، يعتبر تغذية الهوائي جميع المكونات بين مكبر الصوت النهائي لجهاز الإرسال ونقطة تغذية الهوائي. [3] في جهاز الاستقبال، يكون جميع المكونات بين الهوائي ومحطات إدخال جهاز الاستقبال. في بعض الحالات مثل الأطباق المكافئة، يتم تعريفه أيضًا ليشمل هوائي التغذية أو بوق التغذية .

في بعض أجهزة الراديو، يتم توصيل الهوائي مباشرة بجهاز الإرسال أو جهاز الاستقبال، مثل هوائيات السوط المثبتة على أجهزة الاتصال اللاسلكية وأجهزة الراديو FM المحمولة ، وهوائيات ثنائي القطب في أجهزة التوجيه اللاسلكية ، وهوائيات PIFA داخل الهواتف المحمولة. في هذه الحالة، يتكون نظام التغذية فقط من دائرة مطابقة المعاوقة (إذا لزم الأمر) بين الهوائي وجهاز الإرسال أو جهاز الاستقبال، والتي تطابق معاوقة الهوائي لجهاز الراديو. [3]

في حالات أخرى، يتم وضع الهوائي بشكل منفصل عن المرسل أو المستقبل، مثل هوائيات البث التلفزيوني وأطباق الأقمار الصناعية المثبتة على أسطح المساكن، وهوائي القطاع على أبراج الخلايا لمحطات القاعدة الخلوية ، وهوائيات الرادار الدوارة في المطارات، وأبراج الهوائي لمحطات الراديو والتلفزيون . [ 3 ] في هذه الحالة، يتم توصيل الهوائي بالمرسل أو المستقبل باستخدام كابل يسمى خط التغذية . لحمل تيار التردد اللاسلكي (RF) بكفاءة، يتكون خط التغذية من كابل متخصص يسمى خط النقل . تتمثل ميزة خط النقل في أنه يتمتع بممانعة مميزة موحدة لتجنب خطوات المعاوقة المفاجئة التي تتسبب في انعكاس طاقة الراديو للخلف على طول الخط. الأنواع الرئيسية لخط النقل هي خط الأسلاك الموازي ( سلك مزدوجوالكابل المحوري ، وللموجات الدقيقة .

خط التغذية

في هوائي الراديو ، خط التغذية ( خط التغذية )، أو المغذي ، هو الكبل أو خط النقل الآخر الذي يربط الهوائي بجهاز الإرسال أو الاستقبال اللاسلكي . في هوائي الإرسال، يغذي تيار التردد اللاسلكي (RF) من جهاز الإرسال إلى الهوائي، حيث يتم إشعاع الطاقة الموجودة في التيار على شكل موجات راديو . في هوائي الاستقبال، ينقل جهد التردد اللاسلكي الصغير المستحث في الهوائي بواسطة الموجة الراديوية إلى جهاز الاستقبال. من أجل حمل تيار التردد اللاسلكي بكفاءة، تتكون خطوط التغذية من أنواع متخصصة من الكابلات تسمى خط النقل . أكثر أنواع خطوط التغذية استخدامًا هي الكابل المحوري والكابل المزدوج والخط السلمي وفي ترددات الميكروويف، الدليل الموجي .

وخاصة مع هوائي الإرسال، فإن خط التغذية هو مكون أساسي يجب تعديله ليعمل بشكل صحيح مع الهوائي وجهاز الإرسال. كل نوع من خطوط النقل له معاوقة مميزة محددة . يجب أن تتوافق هذه مع معاوقة الهوائي وجهاز الإرسال، لنقل الطاقة بكفاءة إلى الهوائي. إذا لم يتم مطابقة هذه المعاوقات، فقد يتسبب ذلك في حالة تسمى الموجات الدائمة على خط التغذية، حيث تنعكس طاقة التردد اللاسلكي مرة أخرى نحو جهاز الإرسال، مما يؤدي إلى إهدار الطاقة وربما ارتفاع درجة حرارة جهاز الإرسال. يتم إجراء هذا التعديل باستخدام جهاز يسمى موالف الهوائي في جهاز الإرسال، وأحيانًا شبكة مطابقة في الهوائي. يتم قياس درجة عدم التطابق بين خط التغذية والهوائي بواسطة أداة تسمى مقياس نسبة الموجة الدائمة ( SWR )، والتي تقيس نسبة الموجة الدائمة (SWR) على الخط.

خصائص الكابلات لبعض
أنواع خطوط التغذية الشائعة

نوع الكابل
المعاوقة الاسمية
( Ω )

عامل السرعة

(%  ج )
كابل راديو محوري 50 66 (صلبة)
80 (رغوة)
كابل فيديو محوري 75

خط شريطي مزدوج الرصاص
300 82
خط النافذة 450 95–99
خط السلم
خط السلك المفتوح
500-600

الرصاص المزدوج

يستخدم السلك المزدوج لتوصيل أجهزة الراديو FM وأجهزة استقبال التلفزيون بهوائياتها، على الرغم من أنه تم استبداله إلى حد كبير في التطبيق الأخير بالكابل المحوري، وكخط تغذية لأجهزة الإرسال منخفضة الطاقة مثل أجهزة إرسال الراديو للهواة . يتكون من موصلين سلكيين يعملان بالتوازي مع بعضهما البعض بمسافة ثابتة بدقة، مصبوبين في مادة عازلة من البولي إيثيلين في كابل مسطح يشبه الشريط. المسافة بين السلكين صغيرة نسبيًا بالنسبة لطول موجة إشارة التردد اللاسلكي المحمولة على السلك. يكون تيار التردد اللاسلكي في أحد السلكين مساويًا في المقدار ومعاكسًا في الاتجاه لتيار التردد اللاسلكي في السلك الآخر. وبالتالي، بعيدًا عن الخط، ستكون الموجات الراديوية التي يشعها أحد السلكين معاكسة في الطور وستلغي الموجات التي يشعها السلك الآخر.

ولنفس السبب، فإن السلك المزدوج محصن إلى حد كبير ضد الضوضاء اللاسلكية وتداخل الترددات اللاسلكية (RFI)، طالما تم إبقاء كلا السلكين على مسافة متساوية من أي أجسام معدنية كبيرة أو أسلاك متوازية أخرى. أي موجات راديو خارجية غير مرغوب فيها تحفز تيارات متساوية المقدار في نفس الاتجاه (في الطور) على كلا السلكين. وطالما أن مدخل المستقبل متوازن فإنه يستجيب فقط للتيارات التفاضلية (المتعاكسة)، يتم إلغاء تيارات الضوضاء.

يُطلق على السلك المزدوج عادةً اسم "الخط المتوازن "، ومع ذلك، يجب تعديل هذا الأمر بالفطرة السليمة: جميع أنواع الكابلات، سواء كانت سلكًا متوازيًا أو محوريًا، قادرة على حمل تيار متوازن، ويمكن لجميعها حمل تيار غير متوازن، والذي سيشع. لهذا السبب، يتطلب كل نوع من خطوط التغذية بعض الاهتمام لجعله "متوازنًا"، ويمكن أن يصبح "غير متوازن" إذا تم إهماله؛ يجب تغذية جميعها بتيار متوازن وتوصيلها من خلال محولات توازن التيار (أو "عوازل الخطوط") في بضع نقاط على طول الخط، لإزالة الضوضاء التي يتم جلبها كتيار غير متوازن.

كابل محوري

خط تغذية الكابل المحوري الخارج من هوائي مستوى أرضي VHF

الكابل المحوري هو على الأرجح النوع الأكثر استخدامًا من خطوط التغذية، ويستخدم للترددات التي تقل عن نطاق الموجات الدقيقة ( SHF ). ويتكون من موصل مركزي سلكي وموصل "درع" معدني مضفر أو صلب، وعادة ما يكون من النحاس أو الألومنيوم المحيط به. يتم فصل الموصل المركزي عن الدرع الخارجي بواسطة عازل كهربائي ، وعادة ما يكون رغوة بلاستيكية، للحفاظ على الفصل بين الموصلين ثابتًا بدقة. يتم تغطية الدرع بغلاف خارجي عازل بلاستيكي. في الكابل المحوري الصلب ، المستخدم في تطبيقات الإرسال عالية الطاقة مثل أجهزة إرسال التلفزيون ، يكون الدرع عبارة عن أنبوب معدني صلب أو مرن يحتوي على غاز مضغوط مثل النيتروجين ، ويتم تثبيت الموصل الداخلي في المنتصف بفواصل بلاستيكية دورية.

يُطلق على الكابل المحوري اسم " الخط غير المتوازن "، وذلك لأن موصل الدرع عادةً ما يكون متصلاً بالأرض الكهربائية ، ومع ذلك فإن التيارات التي تتدفق على طول الموصل المركزي تكون متوازنة بواسطة التيارات المعاكسة التي تتدفق على طول السطح الداخلي للدرع؛ فقط التيار المتدفق على السطح الخارجي للدرع المحوري هو في الواقع غير متوازن. إذا كان من الممكن حظر هذا التيار، فإن الكابل المحوري يصبح "خطًا متوازنًا". الميزة العظيمة للكابل المحوري هي أن موصل الدرع المحيط يعزل التيارات الداخلية للكابل عن المجالات الكهرومغناطيسية الخارجية. إذا تم حظر التيارات المتدفقة على السطح الخارجي، يصبح الكابل المحوري غير متأثر بالأجسام المعدنية القريبة ومحصنًا ضد التداخل.

موجه الموجات

تغذية موجهة معقدة لرادار عسكري

تُستخدم الموجات الموجهة عند ترددات الموجات الدقيقة ( SHF )، حيث تعاني الأنواع الأخرى من خطوط التغذية من خسائر طاقة مفرطة. الموجات الموجهة عبارة عن موصل أو أنبوب معدني مجوف. يمكن أن يكون له مقطع عرضي دائري أو مربع. غالبًا ما يتم ضغط مسارات الموجات الموجهة بغاز النيتروجين لمنع الرطوبة. تنتقل إشارة التردد اللاسلكي عبر الأنبوب بشكل مشابه للطريقة التي ينتقل بها الصوت في الأنبوب. تمنع الجدران المعدنية الموجات الموجهة من إشعاع الطاقة للخارج وتمنع أيضًا التداخل من دخول الموجات الموجهة. نظرًا للتكلفة والصيانة التي تتطلبها الموجات الموجهة، غالبًا ما تحتوي هوائيات الموجات الدقيقة على مرحلة إخراج من جهاز الإرسال أو الطرف الأمامي للتردد اللاسلكي لجهاز الاستقبال الموجود عند الهوائي، ويتم تغذية الإشارة إلى أو من بقية جهاز الإرسال أو جهاز الاستقبال بتردد أقل، باستخدام كبل متحد المحور. يُعتبر الموجات الموجهة خط نقل غير متوازن .

مطابقة المعاوقة

خاصة مع هوائي الإرسال، فإن تغذية الهوائي هي مكون أساسي يجب تعديله ليعمل بشكل متوافق مع الهوائي والجهاز المرسل. [3] كل من محطات خرج الجهاز المرسل وخط النقل والهوائي لها معاوقة مميزة محددة ، وهي نسبة الجهد إلى التيار عند أطراف الجهاز. لنقل أقصى قدر من الطاقة بين الجهاز المرسل والهوائي، يجب أن تكون معاوقة الجهاز المرسل وخط التغذية مطابقة للهوائي. [1] وهذا يعني أن الجهاز المرسل والهوائي يجب أن يكون لهما نفس المقاومة ومفاعلة متساوية ولكن متعاكسة . يجب أيضًا أن تكون معاوقة خط التغذية مطابقة لجهاز الإرسال. [4] إذا تم استيفاء هذا الشرط، فسوف يمتص الهوائي كل الطاقة التي يوفرها خط التغذية. إذا لم تتطابق المعاوقات عند أي من طرفي الخط، فسيؤدي ذلك إلى حالة تسمى " الموجات الدائمة " ( VSWR عالية ) على خط التغذية، حيث لا يتم إشعاع بعض طاقة التردد اللاسلكي بواسطة الهوائي ولكنها تنعكس مرة أخرى نحو المرسل، مما يؤدي إلى إهدار الطاقة وربما ارتفاع درجة حرارة المرسل. تحتوي معظم أجهزة الإرسال على معاوقة خرج قياسية تبلغ 50  أوم ، وهي مصممة لتغذية كبل محوري 50 أوم.

يتم مطابقة المرسل مع خط التغذية بواسطة جهاز يسمى موالف الهوائي أو وحدة ضبط الهوائي أو شبكة المطابقة ، والتي قد تكون دائرة في المرسل أو قطعة منفصلة من المعدات متصلة بين المرسل وخط التغذية. [3] [1] قد تكون هناك شبكة مطابقة أخرى بين الهوائي وخط التغذية، لمطابقة خط التغذية مع الهوائي. [4] في الأجهزة اللاسلكية الاستهلاكية التي تعمل بترددات ثابتة، لا تكون شبكة المطابقة قابلة للتعديل ومغلقة في علبة الجهاز. في أجهزة الإرسال الكبيرة مثل محطات البث وأجهزة الإرسال التي قد تعمل على ترددات مختلفة مثل محطات الموجة القصيرة، يكون موالف الهوائي قابلًا للتعديل. عادةً ما تؤدي التغييرات في تردد المرسل أو التعديلات على مرحلة خرج المرسل أو الهوائي إلى تغيير المعاوقة، لذلك بعد إجراء أي عمل على المرسل أو الهوائي، يجب التحقق من نسبة الموجة الدائمة وضبط الشبكة المطابقة. لضبط شبكة المطابقة، فإن أبسط أداة لقياس درجة عدم التطابق بين خط التغذية والهوائي تسمى مقياس نسبة الموجة الدائمة ( SWR )، والذي يبلغ عن نسبة الموجة الدائمة (SWR) على الخط: نسبة الحد الأقصى والأدنى للجهد أو التيار المجاور على الخط. تشير نسبة 1:1 إلى تطابق المعاوقة، مما يعني أن الحمل مقاوم تمامًا بحيث يتم امتصاص كل الطاقة ولا ينعكس أي منها. تشير النسبة الأعلى إلى عدم التطابق والقوة المنعكسة. يتم ضبط شبكة المطابقة حتى تصبح نسبة الموجة الدائمة أقل من الحد المقبول. الأجهزة الأخرى الأكثر تقدمًا هي جسور المعاوقة ومحللات الهوائي .

نظرًا لأن مقاومة مصدر المرسل في جهاز الإرسال المطابق للمعاوقة تساوي معاوقة خط التغذية ومقاومة حمل الهوائي، وكلاهما متصلان على التوالي على خط التغذية ويستهلكان طاقة متساوية، فإن الحد الأقصى للطاقة التي يمكن توصيلها إلى الهوائي هو 50% من طاقة خرج المرسل؛ ويتم تبديد النسبة المتبقية البالغة 50% على شكل حرارة بواسطة المقاومة في مرحلة خرج المرسل. (إن خط التغذية المطابق يبدد كمية صغيرة من الطاقة من خلال مقاومة صغيرة، ولكن غالبية معاوقته المقاومة الظاهرية هي مجرد الجهد المطلوب للتغلب على التفاعلات الاستقرائية والسعوية لخط التغذية، والتي لا تسبب في حد ذاتها أي خسارة.)

في أجهزة الاستقبال اللاسلكية، يؤدي عدم تطابق المعاوقة مع الهوائي إلى انخفاض مماثل في طاقة الإشارة من الهوائي الذي يصل إلى جهاز الاستقبال، وهو أيضًا بحد أقصى 50% من طاقة الإشارة المعترضة، وتكون الطاقة التي يتم توصيلها إلى جهاز الاستقبال أقل بكثير عندما يكون الخط غير متطابق ويكون معدل الموجة الدائمة مرتفعًا. ومع ذلك، فإن الخسارة عند الترددات الأقل من 10 إلى 20 ميجا هرتز ليست مشكلة كبيرة، لأن مستوى الضوضاء الحرارية في أجهزة الاستقبال أقل بكثير من الضوضاء الجوية المضمنة بالفعل في الإشارة، وبالتالي يمكن ببساطة تضخيم إشارة ضعيفة من الهوائي في جهاز الاستقبال للتعويض عن الطاقة المفقودة من أي عدم تطابق، دون تلويثها بشكل ملحوظ بالضوضاء. عند الترددات الأعلى من 20 ميجا هرتز، تشع الضوضاء الجوية بحرية في الفضاء، وبالتالي تكون منخفضة بما يكفي في الإشارات المستقبلة بحيث تقترب من مستوى الضوضاء الداخلية التي يولدها جهاز الاستقبال؛ عند ترددات VHF و UHF ، يؤدي التضخيم إلى تدهور نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، كما أن مطابقة معاوقة الإشارة المستقبلة تشكل مصدر قلق مهم لاستقبال الإشارات الخافتة.

الأعلاف المتوازنة وغير المتوازنة

يمكن تصنيف خطوط النقل ومكوناتها المرفقة على أنها إما متوازنة، حيث يكون لكلا جانبي الخط نفس معاوقة الأرض، على سبيل المثال هوائيات ثنائية القطب وخطوط الأسلاك الموازية ، أو غير متوازنة، حيث يكون أحد جانبي الخط متصلاً بالأرض ، على سبيل المثال هوائيات أحادية القطب وكابل متحد المحور . [5] لتوصيل المكونات المتوازنة وغير المتوازنة، يتم استخدام جهاز ذو منفذين يسمى بالون . بالون هو محول يقترن بين مكونات خط النقل المتوازنة وغير المتوازنة. على سبيل المثال، لتغذية هوائي ثنائي القطب من خط تغذية غير متوازن مثل الكابل المحوري، يتم توصيل خط التغذية بالهوائي من خلال بالون . بدون بالون، سيتدفق الجزء غير المتوازن من التيار على الجانب الخارجي من درع الكابل المحوري، مما يتسبب في عمل السطح الخارجي للدرع كهوائي.

مكونات الأعلاف الأخرى

تغذية هوائي موجّه متطور لرادار عسكري نموذجي

قد تحتوي التغذية الأكثر تعقيدًا على مكونات أخرى بالإضافة إلى خط التغذية والشبكات المطابقة:

قد يحتوي هوائي الاستقبال ذو خط التغذية الطويل على مكبر في الهوائي، يسمى مكبر الضوضاء المنخفض (LNA)، والذي يزيد من قوة الإشارات الراديوية الضعيفة للتعويض عن التوهين في خط التغذية.

عند ترددات الموجات الدقيقة، تعاني الأنواع العادية من خطوط النقل من خسائر طاقة مفرطة، لذلك بالنسبة للخسائر المنخفضة، يجب نقل الموجات الدقيقة بواسطة موجه موجي ، وهو أنبوب معدني مجوف يوصل الموجات الراديوية. ونظرًا للتكلفة العالية ومتطلبات الصيانة، يتم تجنب تشغيل موجه موجي طويل، وغالبًا ما يكون للهوائيات المكافئة المستخدمة عند ترددات الموجات الدقيقة الطرف الأمامي للتردد اللاسلكي للمستقبل، أو أجزاء من المرسل، الموجود عند الهوائي. على سبيل المثال، في أطباق الأقمار الصناعية، يتم توصيل بوق التغذية الموجود على الطبق الذي يجمع الموجات الدقيقة بدائرة تسمى محول خفض كتلة الضوضاء المنخفضة (LNB أو LNC)، والذي يحول تردد الموجات الدقيقة العالي إلى تردد متوسط ​​أقل ، بحيث يمكن نقله إلى المبنى باستخدام خط تغذية كبل محوري أرخص.

يمكن لهوائيات الاتصالات الرادارية والفضائية التعامل مع موجات الراديو ذات الترددات والاستقطابات المتعددة، ويمكن استخدامها كهوائيات إرسال واستقبال، وبالتالي يحمل نظام التغذية إشارات الراديو التي تسافر في كلا الاتجاهين. لذلك، غالبًا ما تحتوي هذه الهوائيات على تغذية أكثر تعقيدًا تتضمن مكونات متخصصة مثل

تتكون مجموعة الهوائيات أو مصفوفة الهوائيات من هوائيات متعددة متصلة بجهاز إرسال أو استقبال واحد يعملان معًا لبث أو استقبال الموجات الراديوية. ومن المفهوم أن أنظمة التغذية لهوائيات المصفوفات أكثر تعقيدًا من الهوائيات الفردية. يجب أن تقسم شبكة التغذية طاقة المرسل بالتساوي بين الهوائيات. لبث موجة مستوية، يجب تغذية الهوائيات الفردية (العناصر) لمجموعة الإرسال بالتيار بعلاقة طور محددة . وبالمثل مع مجموعات الاستقبال، قد يلزم تحويل التيارات من كل عنصر حتى تتحد في الطور في جهاز الاستقبال. قد يتطلب هذا شبكات تحويل الطور عند كل عنصر. في هوائيات المصفوفات الطورية ، وهو نوع من هوائيات المصفوفات حيث يمكن توجيه الشعاع إلكترونيًا إلى اتجاهات مختلفة، يتم تغذية كل عنصر هوائي بالتيار من خلال محول طور قابل للبرمجة، يتم التحكم فيه بواسطة كمبيوتر.

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ abc Su, Donglin; Xie, Shuguo; Dai, Fei (2019). نظرية وطرق تصميم الكميات على التوافق الكهرومغناطيسي على مستوى النظام. Springer. ص 54-55. ISBN 9789811336904.
  2. ^ باسو، ديباك (2018). قاموس الفيزياء البحتة والتطبيقية. دار نشر سي آر سي. ص 28. رقم ISBN 9781420050226.
  3. ^ abcdef Straw, R. Dean (2000). The ARRL Antenna Book, 19th Ed. American Radio Relay League. ص 25.1–25.8. ISBN 9780872598041.
  4. ^ ab Straw, R. Dean; et al., eds. (2000). The ARRL Antenna Book, 19th Ed. American Radio Relay League. ص 26.1–26.8. ISBN  9780872598041.
  5. ^ سترو، ر. دين؛ وآخرون، محررون (2000). كتاب هوائيات ARRL (الطبعة التاسعة عشر). نيوينجتون، كونيتيكت: رابطة الراديو الأمريكية. ص. 18.6. رقم ISBN  9780872598041- عبر كتب Google.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Antenna_feed&oldid=1245232246#Line"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate