مجموعة ستائر

تُعدّ مصفوفات الستائر فئةً من هوائيات الإرسال اللاسلكي السلكية الاتجاهية متعددة العناصر ، وتُستخدم في نطاقات الموجات الراديوية القصيرة . ^{[ 1 ]} وهي نوع من هوائيات المصفوفات العاكسة ، تتكون من هوائيات ثنائية القطب سلكية متعددة ، معلقة في مستوى رأسي، وغالبًا ما توضع أمام عاكس "ستارة" مصنوع من شاشة رأسية مسطحة من أسلاك متوازية طويلة. ^{[ 1 ]} تُعلق هذه الهوائيات بواسطة أسلاك داعمة ممتدة بين أزواج من الأبراج الفولاذية العالية، يصل ارتفاعها إلى 90 مترًا (300 قدم) . ^{[ 1 ]} تُستخدم هذه الهوائيات بشكل أساسي للإرسال عبر الموجات السماوية (أو الموجات المنعكسة )، حيث تُصدر حزمة من الموجات الراديوية بزاوية منخفضة في السماء فوق الأفق مباشرةً، والتي تنعكس بعد ذلك بواسطة طبقة الأيونوسفير عائدةً إلى الأرض خلف الأفق. وتُستخدم مصفوفات الستائر على نطاق واسع من قِبل محطات الراديو الدولية ذات الموجات القصيرة للبث إلى مناطق واسعة عبر مسافات عابرة للقارات. ^{[ 1 ]} 

نظراً لخصائصها الاتجاهية القوية، تُستخدم هوائيات الستائر بشكل متكرر من قبل محطات الإذاعة الحكومية للدعاية لبث برامجها الدعائية عبر الحدود الوطنية إلى دول أخرى. على سبيل المثال، استخدمت إذاعة أوروبا الحرة وإذاعة الحرية هوائيات الستائر للبث إلى أوروبا الشرقية .

طُوّرت مصفوفات الستائر في الأصل خلال عشرينيات وثلاثينيات القرن العشرين، عندما كانت هناك تجارب كثيرة في مجال البث الإذاعي بالموجات القصيرة لمسافات طويلة . وكان المفهوم الأساسي هو تحقيق تحسينات في الكسب و/أو التوجيه مقارنةً بهوائي ثنائي القطب البسيط ، ربما عن طريق طي ثنائي قطب واحد أو أكثر في حيز فيزيائي أصغر، أو ترتيب ثنائيات أقطاب متعددة بحيث تعزز أنماط إشعاعها بعضها بعضًا، وبالتالي تركيز المزيد من الإشارة في منطقة مستهدفة محددة.

في أوائل عشرينيات القرن العشرين، كلف غولييلمو ماركوني ، رائد الراديو، مساعده تشارلز صموئيل فرانكلين بإجراء دراسة واسعة النطاق حول خصائص إرسال موجات الراديو ذات الأطوال الموجية القصيرة، وتحديد مدى ملاءمتها للإرسال لمسافات طويلة. اخترع فرانكلين أول نظام هوائي ذي مصفوفة ستائرية في عام 1924، والمعروف باسم نظام "فرانكلين" أو "الإنجليزي". ^{[ 2 ] [ 3 ]}

ومن بين مصفوفات الستائر المبكرة الأخرى مصفوفة بروس التي حصل إدموند بروس على براءة اختراعها في عام 1927، ^{[ 4 ]} وستارة ستيربا ، التي حصل إرنست جيه ستيربا على براءة اختراعها في عام 1929. ^{[ 5 ]} تنتج مصفوفة بروس إشارة مستقطبة رأسيًا؛ تنتج مصفوفات ستيربا (وهوائيات HRS اللاحقة) إشارة مستقطبة أفقيًا.

كان هوائي ستيربا الستاري أول هوائي ستاري يُستخدم على نطاق واسع، وقد استخدمته شركة بيل للاتصالات الهاتفية وشركات هاتفية أخرى خلال ثلاثينيات وأربعينيات القرن العشرين للاتصالات الهاتفية عبر المحيطات. ومع ذلك، فهو ذو تصميم ضيق النطاق ولا يمكن توجيهه إلا بوسائل ميكانيكية.

استُخدمت مصفوفات الستائر في بعض أنظمة الرادار الأولى ، مثل شبكة "تشين هوم" البريطانية. وخلال الحرب الباردة ، استخدمت إذاعة صوت أمريكا ، وإذاعة أوروبا الحرة ، وإذاعة الحرية ، ومنظمات مماثلة في أوروبا الغربية، مصفوفات ستائر ضخمة لبث برامج دعائية إلى الدول الشيوعية التي كانت تفرض رقابة على وسائل الإعلام الغربية.

تتكون العناصر المُشغِّلة عادةً من ثنائيات أقطاب نصف موجة ، تُغذَّى بطور واحد، وتُثبَّت في مستوى يقع على بُعد ربع طول موجة أمام مستوى العاكس . وتكون أسلاك العاكس مُوازية لثنائيات الأقطاب. قد تكون ثنائيات الأقطاب رأسية، تُشعّ باستقطاب رأسي ، ولكنها في أغلب الأحيان تكون أفقية، لأن الموجات المستقطبة أفقيًا أقل امتصاصًا بانعكاسات الأرض. يُثبَّت الصف السفلي من ثنائيات الأقطاب على ارتفاع يزيد عن نصف طول موجة فوق سطح الأرض، لمنع انعكاسات الأرض من التداخل مع نمط الإشعاع. يسمح هذا بتركيز معظم الإشعاع في فص رئيسي ضيق مُوجَّه ببضع درجات فوق الأفق، وهو مثالي لنقل الموجات السماوية . قد يكون لمصفوفة الستارة كسب أكبر بمقدار 20 ديسيبل من هوائي ثنائي القطب البسيط. ^{[ 1 ]} نظرًا لمتطلبات الطور الصارمة، كانت مصفوفات الستائر القديمة ذات نطاق ترددي ضيق، ولكن يمكن بناء مصفوفات الستائر الحديثة لتغطية نسبة تردد تصل إلى 2:1، مما يسمح لها بتغطية العديد من نطاقات الموجات القصيرة. ^{[ 1 ] [ 6 ]}  

بدلاً من تغذية كل ثنائي قطب في مركزه، الأمر الذي يتطلب بنية خط نقل "شجرية" مع مطابقة معاوقة معقدة ، غالبًا ما يتم توصيل ثنائيات الأقطاب المتعددة على التوالي لتكوين بنية ثنائية القطب مطوية متقنة يمكن تغذيتها من نقطة واحدة.

لتمكين توجيه الشعاع، تُعلق المصفوفة بأكملها أحيانًا بأذرع ناتئة من برج كبير واحد قابل للدوران. انظر هوائي ALLISS . بدلاً من ذلك، تُصنع بعض الإصدارات الحديثة كمصفوفات طورية حيث يمكن توجيه الشعاع إلكترونيًا دون تحريك الهوائي. يُغذى كل ثنائي قطب أو مجموعة من ثنائيات الأقطاب عبر مُغير طور قابل للتعديل إلكترونيًا ، يُنفذ إما بواسطة شبكات سلبية من المكثفات والمحاثات التي يمكن تشغيلها وإيقافها، أو بواسطة مُضخمات ترددات لاسلكية منفصلة . تسمح إضافة إزاحة طور ثابتة بين ثنائيات الأقطاب الأفقية المتجاورة بتوجيه اتجاه الشعاع في السمت حتى ±30 درجة دون فقدان نمط إشعاعه. ^{[ 7 ]}

منذ عام 1984، أنشأت CCIR تسمية موحدة لوصف هوائيات الستارة، وهي هوائيات إرسال CCIR HF التي تتكون من 1 إلى 4  أحرف متبوعة بثلاثة أرقام:

الحرف الأول

يشير إلى اتجاه ثنائيات الأقطاب في المصفوفة.

• يشير الحرف "H" إلى أن ثنائيات الأقطاب موجهة أفقيًا، وبالتالي فإن الهوائي يشع موجات راديو مستقطبة أفقيًا.
• يشير الحرف "V" إلى أن ثنائيات الأقطاب موجهة عموديًا، وبالتالي فإن الهوائي يشع موجات راديو مستقطبة عموديًا.

الحرف الثاني (إن وجد)

يشير إلى ما إذا كان الهوائي يحتوي على عاكس.

• يشير الحرف "R" إلى وجود عاكس بسيط (سلبي) على جانب واحد من المصفوفة، لذلك يشع الهوائي شعاعًا واحدًا.
• يشير الرمز "RR" إلى أن المصفوفة مزودة بنوع من "العاكس القابل للعكس"، مما يسمح بتغيير اتجاه الشعاع بمقدار 180 درجة. وقد تم بناء عدد قليل جدًا من هذا النوع. ربما تمتلك محطة RCI Sackville في كندا هوائيين من نوع HRRS، وربما هما الوحيدان من هذا النوع في أمريكا الشمالية.
• إذا كانت "R" و "RR" مفقودتين، فإن الهوائي لا يحتوي على عاكس، وبالتالي فإن مصفوفة ثنائي القطب ستشع طاقتها في حزمتين في كلا الاتجاهين العموديين على مستواها، وبزاوية 180 درجة بينهما.

الحرف الثالث (إن وجد)

• يشير الحرف "S" إلى أن المصفوفة قابلة للتوجيه.

أرقام

يلي الأحرف ثلاثة أرقام: "س/ص/ع". يحدد "س" و"ص" أبعاد المصفوفة المستطيلة من ثنائيات الأقطاب، بينما يحدد "ع" ارتفاع الجزء السفلي من المصفوفة فوق سطح الأرض.

• يمثل "x" (عدد صحيح) عدد ثنائيات الأقطاب المتوازية في كل صف أفقي. (عدد الأعمدة في المصفوفة)
• يمثل "y" (عدد صحيح) عدد ثنائيات الأقطاب المرتبة عموديًا في كل عمود. (عدد الصفوف في المصفوفة)
• "z" (كسر عشري) هو الارتفاع فوق سطح الأرض بأطوال موجية للصف السفلي من ثنائيات الأقطاب في المصفوفة.

على سبيل المثال، يتكون هوائي الستارة "HRS 4/5/0.5" من مصفوفة مستطيلة تضم 20 ثنائي قطب، بعرض 4 ثنائيات قطب وارتفاع 5 ثنائيات قطب، حيث يرتفع الصف السفلي نصف طول موجة عن الأرض، ويوجد خلفه عاكس مسطح، ويمكن توجيه شعاعه. ويُعد هوائي HRS 4/4/0.5 القابل للتوجيه، والمؤلف من 16 ثنائي قطب، أحد أنواع المصفوفات القياسية المستخدمة في محطات البث الإذاعي للموجات القصيرة حول العالم.

ملاحظات حول تسمية HRS

• هوائيات HRS من النوع HRS 1/1/z غير محددة على هذا النحو (مثل هذا الشيء سيتكون من ثنائي قطب واحد فقط).
• توجد هوائيات HRS من النوعين HRS 1/2/z و2/1/z، لكنها قليلة الاستخدام في البث الإذاعي للموجات القصيرة. ويُشار عادةً إلى الهوائي الذي يحمل رمز "H 1/2/z" باسم هوائي "Lazy-H". وتستخدم أجهزة إعادة الإرسال VHF وUHF لإذاعة FM أو التلفزيون في المملكة المتحدة غالبًا زوجًا من ثنائيات الأقطاب الأفقية (أو هوائيات ياغي قصيرة) موضوعة فوق بعضها (أي HRS 1/2/z) لتركيز طاقة الإرسال في المستوى الرأسي.
• ربما استخدم رادار دوغا الروسي فوق الأفق هوائيًا من نوع HRS 32/16/0.75 (تقديري - لم يتم التحقق منه)، مع قدرة إشعاعية فعالة اتجاهية محتملة في نطاق الجيجاواط.

يُعدّ هوائي HRS أحد أكثر أنواع مصفوفات الستائر شيوعًا. ويستمد اسمه من تسمية CCIR المذكورة أعلاه: فهو يتكون من مصفوفة من ثنائيات أقطاب أفقية مع عاكس R خلفها، ويكون شعاعه قابلاً للتوجيه . تُعرف هذه الهوائيات أيضًا باسم "HRRS" (اختصارًا لـ R العاكس العكسي )، ولكن نادرًا ما يُستخدم الحرف R الإضافي.

مع ذلك، ومنذ منتصف ثلاثينيات القرن العشرين، كانت إذاعة هولندا تستخدم هوائي HRS دوارًا لتغطية عالمية. ومنذ خمسينيات القرن العشرين، أصبح تصميم HRS معيارًا أساسيًا للبث الإذاعي عالي الطاقة عبر الموجات القصيرة  لمسافات طويلة (أكثر من 1000 كيلومتر) . 

إذا احتوى اسم الهوائي على حرف "S"، فهذا يعني أنه تصميم قابل للتوجيه. ووفقًا لتوصية الاتحاد الدولي للاتصالات، يُمكن تسميته "تصميمًا قابلًا للدوران". ^{[ 7 ]} يُمكن تحقيق ذلك إلكترونيًا عن طريق ضبط أطوار الموجات الكهربائية للإشارات المُغذّاة إلى أعمدة عناصر هوائي ثنائي القطب، أو ماديًا عن طريق تركيب مصفوفة الهوائي على آلية دوران كبيرة. يُمكن رؤية مثال على ذلك في محطة NRK Kvitsøy، حيث يحمل خط سكة حديد دائري زوجًا من المنصات ذات العجلات، تدعم كل منها برجًا عند طرفي ذراع قطري. تُعلّق مصفوفة هوائي الستارة بين البرجين وتدور معهما أثناء دوران البرجين حول خط السكة الحديد الدائري. يستخدم نظام ALLISS تقنية دوران مادي أخرى ، حيث تُبنى المصفوفة بأكملها حول برج مركزي دوّار ذي قوة عالية.

يمكن توجيه مصفوفات الهوائيات ذات التوجيه الكهربائي عادةً في نطاق ±30 درجة من الاتجاه الفعلي للهوائي، بينما يمكن للمصفوفات ذات التوجيه الميكانيكي الدوران بزاوية 360 درجة كاملة. ويتم التوجيه الكهربائي عادةً في المستوى الأفقي، مع إمكانية إجراء بعض التعديلات في المستوى الرأسي.

• بالنسبة لمصفوفة ثنائية القطب بعرض 2، يبلغ عرض الحزمة حوالي 50 درجة
• بالنسبة لمصفوفة ثنائية القطب بعرض 3، يبلغ عرض الحزمة حوالي 40 درجة
• بالنسبة لمصفوفة ثنائية القطب بعرض 4،  يبلغ عرض الحزمة حوالي 30 درجة

يحدد عدد صفوف ثنائيات الأقطاب وارتفاع العنصر الأدنى فوق سطح الأرض زاوية الارتفاع وبالتالي المسافة إلى منطقة الخدمة.

• يبلغ ارتفاع المصفوفة المكونة من صفين زاوية انطلاق نموذجية تبلغ 20 درجة

يُستخدم هذا المصطلح بشكل شائع للاتصالات متوسطة المدى.

• يبلغ ارتفاع المصفوفة المكونة من 4 صفوف زاوية انطلاق نموذجية تبلغ 10 درجات

يُستخدم عادةً للاتصالات بعيدة المدى.

• يشبه المصفوفة المكونة من 6 صفوف المصفوفة المكونة من 4 صفوف، ولكنها تستطيع تحقيق زوايا انطلاق تتراوح من 5 إلى 10 درجات.

يمكن استخدامها في دوائر الاتصالات ذات الموجات القصيرة التي يبلغ طولها 12000  كيلومتر، وهي ذات اتجاهية عالية. ^{[ 7 ]}

تجدر الإشارة إلى أنه من الممكن أن تؤدي تفاصيل موقع الهوائي إلى إحداث فوضى في خطط المصممين بحيث قد تتأثر زاوية الإطلاق والمطابقة سلبًا.

هذا مثال على تصميم نظري لمحطات ترحيل الموجات القصيرة بتقنية HRS. قد يساعد هذا في فهم توجيه هوائي HRS بشكل أفضل.

• 
  استهداف أستراليا ونيوزيلندا
• 
  استهداف إندونيسيا
• 
  استهداف أمريكا اللاتينية

هذه قائمة غير مكتملة للمحطات التي تستخدم هوائيات HRS فقط، مرتبة حسب اسم البلد.

أنظمة الرادار التي تستخدم هوائيات من النوع HR

لا تزال بعض أنظمة الهوائيات التكتيكية المحمولة تستخدم هوائيات من نوع HR، ومعظمها ليس من نوع HRS لأن الهوائيات قابلة للدوران.

بوابات تقنية ALLISS

• http://HireMe.geek.nz/ALLISS.html مؤرشف بتاريخ 7 يوليو 2022 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine)
• http://www.w8ji.com/curtain%20sterba%20USIA%20array.htm