هوائي حلقي

هوائي حلقي من الفريت، وهو عبارة عن حلقة صغيرة تستخدم لاستقبال AM في جهاز راديو محمول، ويتكون من سلك ملفوف حول قلب من الفريت ؛ وهو النوع الأكثر شيوعًا من هوائيات الحلقة اليوم.

الهوائي الحلقي هو هوائي راديو يتكون من حلقة أو ملف من الأسلاك أو الأنابيب أو موصل كهربائي آخر ، والذي يتغذى عادةً من مصدر طاقة متوازن للإرسال أو يتغذى من حمل متوازن للاستقبال. ضمن هذا الوصف المادي يوجد نوعان (ربما ثلاثة) متميزان:

هوائيات الحلقة الكبيرة
تُسمى الحلقات الكبيرة أيضًا هوائيات الحلقة ذاتية الرنين أو حلقات الموجة الكاملة ؛ ولها محيط قريب من طول موجي كامل واحد أو أكثر عند تردد التشغيل ، مما يجعلها ذاتية الرنين [أ] عند هذا التردد. وهي الأكثر كفاءة بين جميع أنواع الهوائيات لكل من الإرسال والاستقبال. [ بحاجة لمصدر ] تتمتع هوائيات الحلقة الكبيرة بنمط إشعاع ثنائي الفص عند رنينها الأول للموجة الكاملة، ويبلغ ذروته في كلا الاتجاهين العموديين على مستوى الحلقة. [ب] الحلقات الكبيرة هي الأكثر كفاءة ، بمقدار مرتبة من حيث الحجم ، من بين جميع تصميمات الهوائيات ذات الحجم المماثل.
هوائيات الهالو
غالبًا ما يتم تفسير الهالات على أنها ثنائيات أقطاب مختصرة تم ثنيها في حلقة دائرية، مع عدم تلامس الأطراف تمامًا. يفضل بعض الكتاب استبعادها من هوائيات الحلقة، حيث يمكن فهمها جيدًا على أنها ثنائيات أقطاب منحنية ، والبعض الآخر يجعل الهالات فئة وسيطة بين الحلقات الكبيرة والصغيرة، أو الحد الأقصى للحجم الأقصى لحلقات الإرسال الصغيرة: في الشكل والأداء، تشبه هوائيات الهالة الحلقات الصغيرة جدًا، وتتميز فقط بأنها رنين ذاتي ومقاومة إشعاع أعلى بكثير . (انظر المناقشة أدناه)
هوائيات حلقية صغيرة
تُسمى الحلقات الصغيرة أيضًا بالحلقات المغناطيسية أو الحلقات المضبوطة ؛ حيث يكون محيطها أصغر من نصف الطول الموجي التشغيلي (عادةً لا يزيد عن  1 /3الى 1 /4 الموجة ). تُستخدم بشكل أساسي كهوائيات استقبال، ولكن تُستخدم أحيانًا للإرسال على الرغم من كفاءتها المنخفضة ؛ حلقات ذات محيط أصغر من حوالي 1/ 10  [ج] يصبح الطول الموجي غير فعال لدرجة أنه نادرًا ما يستخدم في النقل. [د] نمط الإشعاع لهوائيات الحلقة الصغيرة هو أقصى حد في الاتجاهاتداخل مستوى الحلقة، وبالتالي يكون عموديًا على الحد الأقصى للحلقات الكبيرة.
تنقسم الحلقات الصغيرة إلى نوعين فرعيين، اعتمادًا على الغرض الذي تم تحسينها من أجله:
إستلام
حلقات الاستقبال الصغيرة عبارة عن هوائيات مضغوطة تم تحسينها لالتقاط الموجات الراديوية التي يزيد طولها كثيرًا عن حجمها، حيث قد يكون استخدام الهوائيات كاملة الحجم غير ممكن أو مستحيل. إذا تم الحفاظ على محيطها أقصر من1/ 10  الموجة ،لديهم اتجاهات "صفرية" دقيقة للغاية (حيث تختفي الإشارة) مما يعطي هوائيًا صغيرًا لتحديدالاتجاه، أفضل من معظم الهوائيات الكبيرة إلى حد ما، وجيدة مثل العديد منالضخمة.
نقل
تم تحسين حلقات الإرسال الصغيرة للهوائيات المدمجة التي تعد "أقل" مشعات الإشارة سوءًا. الهوائيات الصغيرة من أي نوع غير فعالة ، ولكن عندما لا يكون الهوائي بالحجم الكامل عمليًا، فإن إنشاء حلقة صغيرة بمحيط قريب من 1/ 2 إن تقليل حجم الموجة قدر الإمكان (على الرغم من أنه لا يزيد عادةً عن0.3 موجة ) يجعل الحلقة الصغيرة أفضل للنقل، على الرغم من أنها تضحي أو تفقد تمامًا الاتجاه "الصفري" الدقيقالأصغر.

هوائيات حلقية كبيرة ذات رنين ذاتي

بالنسبة لوصف الحلقات الكبيرة في هذا القسم، يُفترض أن تردد تشغيل الراديو مضبوط على الرنين الأول لهوائي الحلقة. عند هذا التردد، يكون طول الموجة الكامل في الفضاء الحر أصغر قليلاً من محيط الحلقة، وهو أصغر ما يمكن أن تكون عليه الحلقة "الكبيرة". [2]

الهوائيات الحلقية ذاتية الرنين للترددات الموجية "القصيرة" كبيرة نسبيًا، حيث يبلغ محيطها أكثر بقليل من الطول الموجي المقصود للتشغيل، وبالتالي بالنسبة للحلقات الدائرية التي يبلغ قطرها ما بين 175 قدمًا (53 مترًا) تقريبًا عند أقصى حد، حوالي 1.8  ميجا هرتز . عند الترددات الأعلى، تصبح أحجامها أصغر، حيث تنخفض إلى قطر يبلغ حوالي 11 قدمًا (3.4 مترًا) عند 30 ميجا هرتز.

يمكن تصور هوائيات الحلقة الكبيرة على أنها ثنائيات أقطاب مطوية تم فصل أسلاكها المتوازية وفتحها على شكل بيضاوي أو مضلع . يمكن أن يكون شكل الحلقة دائرة أو مثلثًا أو مربعًا أو مستطيلًا أو في الواقع أي مضلع مغلق، ولكن بالنسبة للرنين، يجب أن يكون محيط الحلقة أكبر قليلاً من الطول الموجي. [2]

شكل

الهوائي الرباعي عبارة عن حلقة رنينية ذاتية على شكل مربع؛ ويتضمن أيضًا عنصرًا طفيليًا .

قد تكون هوائيات الحلقة على شكل دائرة أو مربع أو أي شكل هندسي مغلق آخر يسمح للمحيط الإجمالي بأن يكون أكثر قليلاً من طول موجي واحد. الشكل الأكثر شيوعًا في الراديو للهواة هو الهوائي الرباعي أو "الرباعي"، حلقة رنينية ذاتية في شكل مربع بحيث يمكن بناؤها من سلك معلق عبر إطار داعم على شكل × . قد يكون هناك حلقة واحدة أو أكثر إضافية مكدسة بالتوازي مع الأولى كعنصر (عناصر) موجه أو عاكس "طفيلي" ، مما يخلق مجموعة هوائيات أحادية الاتجاه مع مكسب يزداد مع كل عنصر طفيلي إضافي. يمكن أيضًا تحويل هذا التصميم بمقدار 45 درجة إلى شكل ماسي مدعوم بإطار على شكل + . تم أيضًا استخدام حلقات مثلثة ( على شكل ) للحلقات الرأسية، حيث يمكن دعمها من صاري واحد. [2] يحصل المستطيل الذي يبلغ ارتفاعه ضعف عرضه على مكسب متزايد قليلاً ويطابق أيضًا 50  Ω بشكل مباشر إذا تم استخدامه كعنصر واحد. [2] : § 9.6.2 

على عكس هوائي ثنائي القطب ، فإن استقطاب هوائي الحلقة الرنانة ليس واضحًا من اتجاه الحلقة نفسها، ولكنه يعتمد على وضع نقطة تغذيتها. [هـ] إذا تم تغذية حلقة موجهة رأسياً في الأسفل، فسيتم استقطاب إشعاعها أفقيًا؛ وتغذيتها من الجانب سيجعلها مستقطبة رأسياً.

نمط الإشعاع

يبلغ نمط الإشعاع لهوائي حلقة الرنين الأول ذروته عند زوايا قائمة على مستوى الحلقة. ومع تقدم التردد إلى الرنين الثاني والثالث، يتلاشى الإشعاع العمودي وتظهر فصوص قوية بالقرب من مستوى الحلقة. [3] (ص 235)

عند الترددات الموجية القصيرة المنخفضة، تكون الحلقة الكاملة كبيرة جدًا من الناحية المادية، وتركيبها العملي الوحيد هو "الاستلقاء بشكل مسطح"، مع مستوى الحلقة أفقيًا على الأرض وسلك الهوائي مدعوم بنفس الارتفاع المنخفض نسبيًا بواسطة الصواري على طول محيطه. [2] يؤدي هذا إلى إشعاع مستقطب أفقيًا، والذي يبلغ ذروته نحو العمودي بالقرب من أدنى توافقي؛ هذا النمط جيد لاتصالات NVIS الإقليمية ، ولكن لسوء الحظ ليس مفيدًا بشكل عام لإجراء اتصالات على نطاق قاري.

فوق حوالي 10 ميجا هرتز، يبلغ قطر الحلقة حوالي 10 أمتار، ويصبح من العملي أكثر أن يتم تركيب الحلقة "واقفة" - أي مع مستوى الحلقة عموديًا - من أجل توجيه شعاعها الرئيسي نحو الأفق. إذا كان التردد مرتفعًا بدرجة كافية، فقد تكون الحلقة صغيرة بما يكفي لتوصيلها بدوار هوائي ، من أجل تدوير ذلك الاتجاه حسب الرغبة. بالمقارنة مع ثنائي القطب أو ثنائي القطب المطوي، تهدر الحلقة الرأسية الكبيرة طاقة أقل تشع نحو السماء أو الأرض، مما يؤدي إلى مكسب أعلى بنحو 1.5 ديسيبل في الاتجاهين الأفقيين المفضلين.

يتم الحصول على مكسب إضافي ( ونمط إشعاع أحادي الاتجاه ) عادةً باستخدام مجموعة من هذه العناصر إما كمجموعة إشعال نهائية مدفوعة أو في تكوين Yagi - مع تشغيل حلقة واحدة فقط بواسطة خط التغذية وتكون جميع الحلقات المتبقية عبارة عن عاكسات وموجهات "طفيلية" . يستخدم الأخير على نطاق واسع في الراديو للهواة في التكوين "الرباعي" (انظر الصورة).

تُستخدم أحيانًا حلقات التردد المنخفض ذات الطول الموجي الواحد "المستقيمة" للاتصالات المحلية NVIS . يُطلق على هذا أحيانًا اسم الرباعي الكسول . يتكون نمط إشعاعه من فص واحد مستقيم لأعلى (الإشعاع نحو الأرض الذي لا يتم امتصاصه ينعكس لأعلى). يتأثر نمط الإشعاع وخاصة معاوقة الإدخال بقربه من الأرض.

إذا تم تغذيتها بترددات أعلى، فإن معاوقة مدخل الهوائي ستشمل عمومًا جزءًا تفاعليًا ومكونًا مقاومًا مختلفًا، مما يتطلب استخدام موالف هوائي . ومع زيادة التردد فوق التوافقي الأول، ينقسم نمط الإشعاع إلى فصوص متعددة تبلغ ذروتها عند زوايا أقل بالنسبة للأفق، وهو ما يمثل تحسنًا للاتصالات طويلة المدى للترددات التي تزيد كثيرًا عن التوافقي الثاني للحلقة.

هوائيات الهالو

غالبًا ما يوصف هوائي الهالة بأنه هوائي ثنائي القطب نصف الموجة تم ثنيه في شكل دائرة. على الرغم من أنه يمكن تصنيفه على أنه هوائي ثنائي القطب منحني، إلا أنه يتمتع بنمط إشعاع متعدد الاتجاهات تقريبًا مثل الحلقة الصغيرة. تكون الهالة أكثر كفاءة من الحلقة الصغيرة، لأنها هوائي أكبر عند 1/ 2  موجة في محيطها مع مقاومتها الإشعاعية الأكبر بشكل غير متناسب . [f] ونظرًا لمقاومتها الإشعاعية الأكبر بكثير، فإن الهالة تقدم مطابقة معاوقة جيدة لكابل محوري 50 أوم ، وبنائها أقل تطلبًا من حلقة صغيرة، حيث لا يضطر الصانع إلى توخي مثل هذه العناية القصوى لتجنب الخسائر من الموصلات المتوسطة ومقاومة التلامس. [4]

عند1/ 2 الموجة  ، هوائي الهالة قريب من أو على الحد الأقصى العالي لنطاق الحجم للحلقات "الصغيرة"، ولكن على عكس معظم الحلقات الصغيرة كبيرة الحجم، يمكن تحليلها باستخدام تقنيات بسيطة عن طريق التعامل معها على أنها ثنائي القطب منحني .

الاستخدام العملي

هوائي هالة بطول 6 أمتار مثبت على سقف السيارة للهواة اللاسلكيين المتنقلين ( WA8FJW ) . لاحظ الحلقة الثلاثية.

في نطاقات VHF وما فوق، يكون القطر المادي للهالة صغيرًا بما يكفي لاستخدامه بشكل فعال كهوائي متنقل.

إن نمط الإشعاع الأفقي للهالة الأفقية يكون في كل الاتجاهات تقريبًا – في حدود 3 ديسيبل أو أقل – ويمكن تسوية ذلك عن طريق جعل الحلقة أصغر قليلًا وإضافة المزيد من السعة بين أطراف العنصر. لن يؤدي ذلك إلى تسوية المكسب فحسب، بل سيقلل أيضًا من الإشعاع الصاعد، والذي يهدر عادةً في حالة التردد العالي جدًا عن طريق الإشعاع في الفضاء.

تلتقط الهالات تداخل الشرارات الكهربائية القريبة بشكل أقل من أحاديات القطب وثنائيات القطب ، مثل ضوضاء الاشتعال من المركبات. [5]

التحليل الكهربائي

على الرغم من أن مظهره مختلف ظاهريًا، إلا أنه يمكن تحليل هوائي الهالة بسهولة باعتباره ثنائي القطب (الذي يحتوي أيضًا على جزء نصف موجة يشع بجهد عالٍ وتيار صفري عند طرفيه) تم ثنيه في شكل دائرة. إن استخدام نتائج ثنائي القطب ببساطة يبسط الحسابات إلى حد كبير وبالنسبة لمعظم الخصائص تكون هي نفسها مثل الهالة. يمكن أيضًا نمذجة أداء الهالة باستخدام التقنيات المستخدمة لحلقات الإرسال "الصغيرة" المماثلة ومتوسطة الحجم، ولكن من أجل الاختصار، غالبًا ما يتم تخطي هذا التحليل المعقد في المقالات التمهيدية حول هوائيات الحلقة (لسوء الحظ، فإن هذا الإغفال النموذجي يترك الأشخاص المطلعين جيدًا غير مدركين لخصائص الحلقات الصغيرة "الكبيرة").

فجوة الهالة

يعتقد بعض الكتاب خطأً أن الفجوة في حلقة هوائي الهالة تميزه عن هوائي الحلقة الصغيرة، نظرًا لعدم وجود اتصال تيار مستمر بين الطرفين. لكن هذا التمييز يضيع في التردد اللاسلكي ؛ حيث يتم توصيل طرفي الجهد العالي المنحنيين بشكل سعوي، ويعبر تيار التردد اللاسلكي الفجوة كتيار إزاحة . الفجوة في الهالة تعادل كهربائيًا مكثف الضبط في حلقة صغيرة، على الرغم من أن السعة العرضية المعنية ليست كبيرة تقريبًا. [g]

حلقات صغيرة

على الرغم من أن قطر هوائي الاستقبال هذا يبلغ 2.7 متر (9 أقدام)، إلا أنه عبارة عن حلقة "صغيرة" مقارنة بأطوال الموجات LF و MF التي يستخدم معها.

الحلقات الصغيرة "صغيرة" مقارنة بطول الموجة التشغيلية الخاصة بها. وعلى عكس نمط هوائيات الحلقات الكبيرة، فإن الاستقبال وقوة الإشعاع للحلقات الصغيرة تبلغ ذروتها داخل مستوى الحلقة، وليس على الجانب العريض (العمودي) لها. [3] : 235 

كما هو الحال مع جميع الهوائيات التي تكون أصغر بكثير من الطول الموجي التشغيلي، فإن هوائيات الحلقة الصغيرة لها مقاومة إشعاعية صغيرة تتضاءل أمام الخسائر الأومية ، مما يؤدي إلى ضعف كفاءة الهوائي . وبالتالي، تُستخدم بشكل أساسي كهوائيات استقبال بترددات أقل (أطوال موجية من عشرات إلى مئات الأمتار). مثل هوائي ثنائي القطب القصير ، تكون مقاومة الإشعاع صغيرة. مقاومة الإشعاع تتناسب طرديًا مع مربع المساحة:

حيث A هي المساحة المحاطة بالحلقة، λ هو الطول الموجي، و N هو عدد لفات الموصل حول الحلقة.

بسبب الأس الأعلى من الهوائيات الخطية (مساحة الحلقة المربعة ≈ المحيط إلى القوة الرابعة، مقابل طول ثنائي القطب وأحادي القطب المربع = القوة الثانية)، فإن الانخفاض في R rad مع الحجم المنخفض يكون أكثر تطرفًا. [6] : 5-11  إن القدرة على زيادة مقاومة الإشعاع R rad باستخدام دورات متعددة تشبه إنشاء ثنائي القطب من خطين متوازيين أو أكثر لكل ذراع ثنائي القطب (" ثنائي القطب المطوي ").

تتمتع الحلقات الصغيرة بمزايا كهوائيات استقبال عند ترددات أقل من 10 ميجا هرتز. [7] على الرغم من أن خسائر الحلقة الصغيرة يمكن أن تكون عالية، فإن نفس الخسارة تنطبق على كل من الإشارة والضوضاء، لذلك قد لا تعاني نسبة الإشارة إلى الضوضاء المستقبلة للحلقة الصغيرة عند هذه الترددات المنخفضة، حيث تهيمن الضوضاء الجوية والضوضاء الثابتة على الضوضاء المستقبلة بدلاً من الضوضاء الداخلية للمستقبل . قد تساعد القدرة على تدوير هوائي أصغر بشكل أكثر قابلية للإدارة في تعظيم الإشارة ورفض التداخل. يتم استخدام العديد من تقنيات البناء لضمان أن تكون اتجاهات الصفر للحلقات الاستقبالية الصغيرة "حادة"، بما في ذلك إضافة حجب مكسور لأذرع الحلقة والحفاظ على المحيط حول 1/ 10 الطول الموجي  ( أو 1 /4  موجة على الأكثر). بدلاً من ذلك، يتم جعل محيطات حلقات الإرسال الصغيرة كبيرة قدر الإمكان، حتى  1 /3  موجة (أو حتى  1 /2إذا كان ذلك ممكنًا، من أجل تحقيق أقصى استفادة من كفاءتهم الضعيفة عمومًا، على الرغم من أن القيام بذلك يضحي بالصفر الحاد.

يُعرف هوائي الحلقة الصغيرة أيضًا باسم الحلقة المغناطيسية [ بحاجة لمصدر ] نظرًا لأن استجابة حلقة الاستقبال الصغيرة كهربائيًا تتناسب مع معدل تغير التدفق المغناطيسي عبر الحلقة. [8] عند الترددات الأعلى (أو الأطوال الموجية الأقصر)، عندما لم يعد الهوائي صغيرًا كهربائيًا، فقد لا يكون توزيع التيار عبر الحلقة موحدًا وتصبح العلاقة بين استجابته والحقول الواردة أكثر تعقيدًا. [8] في حالة الإرسال، تكون المجالات التي تنتجها حلقة صغيرة كهربائيًا هي نفسها "ثنائي القطب المغناطيسي اللانهائي" الذي يكون محوره عموديًا على مستوى الحلقة. [3] : 235 

نظرًا لمقاومتها الضئيلة للإشعاع، فإن خصائص الحلقات الصغيرة تميل إلى أن تكون أكثر كثافة في كثير من الأحيان من الهوائيات كاملة الحجم، والخصائص المحسنة للإرسال ليست هي نفسها تمامًا تلك المخصصة للاستقبال. مع الهوائيات كاملة الحجم، فإن التبادلية بين الإرسال والاستقبال تجعل التمييز غير مهم عادةً، ولكن نظرًا لأن بعض خصائص التردد اللاسلكي المهمة للاستقبال تختلف عن تلك المخصصة للإرسال - خاصة أقل من حوالي 10 ~ 20 ميجا هرتز - فإن الحلقات الصغيرة المخصصة للاستقبال لها اختلافات طفيفة عن حلقات الإرسال الصغيرة. تتم مناقشتها بشكل منفصل في القسمين الفرعيين التاليين، على الرغم من أن العديد من التعليقات تنطبق على كليهما.

حلقات استقبال صغيرة

هوائي حلقي صغير يستخدم للاستقبال، ويتكون من حوالي 10 لفات حول مستطيل بمساحة 12 × 10 سم (4.5 × 4 بوصة).

إذا كان محيط هوائي الحلقة أصغر بكثير من أطوال الموجات التشغيلية المقصودة - على سبيل المثال 1 /8الى1/ 100  بطول موجي - عندها يُطلق على الهوائي حلقة استقبال صغيرة ، لأن هوائيات الحلقة الصغيرة هذه عملية فقط للاستقبال. تتناسب العديد من عوامل الأداء، بما في ذلك القدرة المستقبلة، مع مساحة الحلقة. بالنسبة لمساحة حلقة معينة، يتم تقليل طول الموصل (وبالتالي مقاومة الخسارة الصافية ) إذا كان المحيط دائريًا، مما يجعل الدائرة الشكل الأمثل للحلقات الصغيرة. تُستخدم حلقات الاستقبال الصغيرة عادةً أقل من 14 ميجا هرتز، حيث تهيمن الضوضاء الجوية من صنع الإنسان والطبيعية. وبالتالي فإن نسبة الإشارة إلى الضوضاء للإشارة المستقبلة لن تتأثر سلبًا بالكفاءة المنخفضة طالما أن الحلقة ليست صغيرة بشكل مفرط.

يبلغ القطر النموذجي لحلقات الاستقبال ذات "المراكز الهوائية" ما بين 30 و100 سم (1 و3.5 قدم). لزيادة المجال المغناطيسي في الحلقة وبالتالي كفاءتها، مع تقليل الحجم بشكل كبير، غالبًا ما يتم لف ملف السلك حول قلب مغناطيسي لقضيب الفريت ؛ وهذا ما يسمى هوائي حلقة الفريت . تُستخدم هوائيات حلقة الفريت هذه في جميع أجهزة استقبال البث AM تقريبًا باستثناء أجهزة راديو السيارات ، [ بحاجة لمصدر ] نظرًا لأن هوائي نطاق AM يجب أن يكون خارج هيكل السيارة المعدني المعوق.

تحظى هوائيات الحلقة الصغيرة أيضًا بشعبية كبيرة في تحديد اتجاه الراديو ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى "العدم" الحاد والواضح للغاية على طول محور الحلقة: عندما يتم توجيه محور الحلقة مباشرة نحو المرسل، تختفي إشارة الهدف فجأة. [9]

كمية الضوضاء الجوية لطيف الترددات LF و MF و HF وفقًا لـ CCIR 322. [10] يوضح الرسم البياني كيف تنخفض الضوضاء من صنع الإنسان ("التداخل"، "QRM") والضوضاء الجوية الطبيعية ("الثابتة"، "QRN") بشكل حاد فوق 20 ميجا هرتز، ولكن عندما تنخفض الترددات إلى أقل من 10 ميجا هرتز ترتفع قوتها مجتمعة مع انخفاض التردد.

تكون مقاومة الإشعاع R rad لحلقة صغيرة أصغر بكثير بشكل عام من مقاومة الخسارة R ℓoss بسبب الموصلات التي تتكون منها الحلقة، مما يؤدي إلى ضعف كفاءة الهوائي . [ح] وبالتالي، سيتم تحويل معظم الطاقة التي يتم توصيلها إلى هوائي حلقة صغيرة إلى حرارة بواسطة مقاومة الخسارة، بدلاً من القيام بعمل مفيد في دفع الموجات الراديوية أو تجميعها.

إن إهدار الطاقة أمر غير مرغوب فيه بالنسبة لهوائي الإرسال، ولكن بالنسبة لهوائي الاستقبال، فإن عدم الكفاءة ليس مهمًا عند الترددات التي تقل عن حوالي 15 ميجا هرتز. عند هذه الترددات المنخفضة، بسبب الضوضاء الجوية (الثابتة) والضوضاء من صنع الإنسان ( التداخل )، حتى الإشارة الضعيفة من هوائي غير فعال تكون أقوى بكثير من الضوضاء الحرارية الداخلية أو ضوضاء جونسون المتولدة في الدوائر الخاصة بجهاز الاستقبال اللاسلكي، وبالتالي يمكن تضخيم الإشارة الضعيفة من هوائي حلقي دون تدهور نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، حيث يتم تضخيم كليهما بنفس عامل التضخيم. [10]

على سبيل المثال، عند 1 ميجا هرتز، قد تكون الضوضاء من صنع الإنسان أعلى بمقدار 55 ديسيبل من مستوى الضوضاء الحرارية. إذا كانت خسارة هوائي حلقي صغير 50 ​​ديسيبل (كما لو كان الهوائي يتضمن مُضعِّفًا 50 ديسيبل)، فإن عدم الكفاءة الكهربائية لهذا الهوائي سيكون له تأثير ضئيل على نسبة الإشارة إلى الضوضاء في نظام الاستقبال . على النقيض من ذلك، عند الترددات الأكثر هدوءًا عند حوالي 20 ميجا هرتز وما فوق، يمكن للهوائي الذي يعاني من خسارة 50 ديسيبل أن يؤدي إلى تدهور نسبة الإشارة إلى الضوضاء المستقبلة بما يصل إلى 50 ديسيبل، مما يؤدي إلى أداء رهيب.

ومع ذلك، مع ارتفاع التردد، ليست هناك حاجة للمعاناة من الأداء السيئ: عند الترددات الأعلى والأكثر هدوءًا، تصبح الأطوال الموجية قصيرة بما يكفي بحيث يكون هوائي الهالة صغيرًا بما يكفي ليكون قابلاً للتنفيذ - عند 20 ميجا هرتز يكون قطره أقل بقليل من 8 أقدام (2.4 متر)، ويتقلص بشكل متناسب مع زيادة التردد. لذا فكلما أصبح التردد الصاعد أكثر هدوءًا، كان من الأنسب استبدال حلقة استقبال صغيرة بهالات أكبر ولكنها لا تزال مضغوطة نسبيًا . إنه في الغالب بديل مباشر لحلقة استقبال صغيرة، ولكن مع استقبال إشارة متفوق. [i]

نمط الإشعاع والاستقطاب

أنماط الإشعاع لهوائيات الحلقة. المسافة من الأصل تتناسب طرديًا مع كثافة الطاقة في ذلك الاتجاه. تصدر الحلقة الموجية الكاملة (على اليسار) أقصى طاقة في اتجاه جانبي للأسلاك مع وجود فراغات على الجانبين، تصدر الحلقة الصغيرة (على اليمين) أقصى طاقة في مستوى أسلاكها مع وجود فراغات على جانبها.

من المثير للدهشة أن نمط الإشعاع والاستقبال لحلقة صغيرة يكون عموديًا على نمط حلقة رنينية ذاتية كبيرة (محيطها قريب من طول موجي واحد). نظرًا لأن الحلقة أصغر كثيرًا من الطول الموجي، فإن التيار في أي لحظة يكون ثابتًا تقريبًا حول المحيط. من خلال التناظر، يمكن ملاحظة أن الفولتية المستحثة في لفائف الحلقة على جانبي الحلقة المتقابلين ستلغي بعضها البعض عندما تصل إشارة عمودية على محور الحلقة. لذلك، يوجد فراغ في هذا الاتجاه. [11] بدلاً من ذلك، يبلغ نمط الإشعاع ذروته في اتجاهات تقع في مستوى الحلقة، لأن الإشارات المستلمة من المصادر في هذا المستوى لا تلغي تمامًا بسبب فرق الطور بين وصول الموجة إلى الجانبين القريب والبعيد للحلقة. يؤدي زيادة فرق الطور هذا عن طريق زيادة حجم الحلقة إلى زيادة كبيرة بشكل غير متناسب في مقاومة الإشعاع وكفاءة الهوائي الناتجة .

هناك طريقة أخرى للنظر إلى حلقة صغيرة كهوائي وهي اعتبارها ببساطة ملفًا حثيًا يقترن بالمجال المغناطيسي في الاتجاه العمودي على مستوى الملف، وفقًا لقانون أمبير . ثم ضع في اعتبارك موجة راديو منتشرة عمودية أيضًا على هذا المستوى. نظرًا لأن المجالات المغناطيسية (والكهربائية) للموجة الكهرومغناطيسية في الفضاء الحر عرضية (لا يوجد مكون في اتجاه الانتشار)، فيمكن ملاحظة أن هذا المجال المغناطيسي ومجال هوائي حلقة صغيرة سيكونان بزاوية قائمة، وبالتالي غير مقترنين. وللسبب نفسه، فإن الموجة الكهرومغناطيسية المنتشرة داخل مستوى الحلقة، مع مجالها المغناطيسي العمودي على هذا المستوى، تكون مقترنة بالمجال المغناطيسي للملف. نظرًا لأن المجالات المغناطيسية والكهربائية المستعرضة للموجة الكهرومغناطيسية المنتشرة تكون في زوايا قائمة، فإن المجال الكهربائي لهذه الموجة يكون أيضًا في مستوى الحلقة، وبالتالي يقال إن استقطاب الهوائي (الذي يتم تحديده دائمًا على أنه اتجاه المجال الكهربائي، وليس المجال المغناطيسي) يكون في هذا المستوى.

وبالتالي، فإن تركيب الحلقة في مستوى أفقي سينتج هوائي متعدد الاتجاهات مستقطب أفقيًا؛ وينتج تركيب الحلقة رأسيًا هوائيًا مستقطبًا رأسيًا واتجاهيًا ضعيفًا، ولكن مع وجود فراغات حادة بشكل استثنائي على طول محور الحلقة. [ج] معايير الحجم التي تفضل الحلقات ذات محيط  1 /4تضمن الموجة أو الأصغر حدة استقبال الحلقة الصفرية. يتم تصميم الحلقات الصغيرة المخصصة للإرسال (انظر أدناه) بحجم كبير قدر الإمكان لتحسين مقاومة الإشعاع الهامشي، والتضحية بالعدم الحاد باستخدام محيطات كبيرة مثل 1 /3الى 1 /2موجة .

ضبط مدخلات المستقبل

نظرًا لأن الهوائي الحلقي الصغير عبارة عن ملف في الأساس، فإن معاوقته الكهربائية حثية، مع مفاعلة حثية أكبر بكثير من مقاومته للإشعاع. من أجل الاقتران بجهاز إرسال أو جهاز استقبال، يتم إلغاء المفاعلة الحثية عادةً باستخدام سعة موازية. [k] نظرًا لأن الهوائي الحلقي الجيد سيكون له  عامل Q مرتفع (نطاق ترددي ضيق)، فيجب أن تكون المكثفة متغيرة ويتم ضبطها لتتناسب مع ضبط جهاز الاستقبال.

كما يتم أيضًا رنين هوائيات الاستقبال ذات الحلقة الصغيرة دائمًا تقريبًا باستخدام مكثف ذي لوحين متوازيين، مما يجعل استقبالها ضيق النطاق، حساسًا فقط لتردد محدد للغاية. يسمح هذا للهوائي، جنبًا إلى جنب مع مكثف ضبط (متغير)، بالعمل كمرحلة إدخال مضبوطة للواجهة الأمامية للمستقبل، بدلاً من محدد مسبق .

تحديد الاتجاه باستخدام حلقات صغيرة

هوائي حلقي، وجهاز استقبال، وملحقات تستخدم في تحديد الاتجاه في الراديو للهواة على طول موجة 80 مترًا (260 قدمًا) (3.5 ميجا هرتز).

طالما تم الحفاظ على محيط الحلقة أقل من حوالي 1 /4 تتضمن الاستجابة الاتجاهية لهوائيات الحلقة الصغيرة انعدامًا حادًا في الاتجاه العمودي على مستوى الحلقة، لذا يتم تفضيل الحلقات الصغيرة كهوائيات مدمجة لإيجاد اتجاه الراديو للأطوال الموجية الطويلة.

الإجراء هو تدوير هوائي الحلقة للعثور على الاتجاه الذي تختفي فيه الإشارة - اتجاه "العدم" . نظرًا لأن العدم يحدث في اتجاهين متعاكسين على طول محور الحلقة، فيجب استخدام وسائل أخرى لتحديد أي جانب من الهوائي توجد عليه الإشارة العدمية . إحدى الطرق هي الاعتماد على هوائي حلقة ثانٍ يقع في موقع ثانٍ، أو نقل المستقبل إلى ذلك الموقع الآخر، وبالتالي الاعتماد على التثليث .

بدلاً من التثليث، يمكن دمج هوائي ثنائي القطب أو هوائي رأسي ثانٍ كهربائيًا مع هوائي حلقي أو هوائي حلقي. يُطلق عليه اسم هوائي الاستشعار ، يؤدي توصيل الهوائي الثاني ومطابقته إلى تغيير نمط الإشعاع المجمع إلى شكل قلبي ، مع وجود فراغ في اتجاه واحد فقط (أقل دقة). يمكن تحديد الاتجاه العام للمرسل باستخدام هوائي الاستشعار، ثم يؤدي فصل هوائي الاستشعار إلى إرجاع الفراغات الحادة في نمط هوائي الحلقة، مما يسمح بتحديد اتجاه دقيق.

هوائيات استقبال البث AM

تعتبر الهوائيات ذات الحلقة الصغيرة خاسرة وغير فعالة في الإرسال، ولكنها يمكن أن تكون هوائيات استقبال عملية في نطاق البث الموجي المتوسط ​​(520-1710 كيلو هرتز) وما دونه، حيث تكون الهوائيات ذات الحجم الموجي كبيرة بشكل غير معقول، وعدم كفاءة الهوائي غير ذي صلة، بسبب كميات كبيرة من الضوضاء الجوية .

تستخدم أجهزة استقبال البث AM (وأجهزة الراديو الأخرى ذات التردد المنخفض لسوق المستهلك) عادةً هوائيات حلقة صغيرة، حتى عندما يتم توصيل هوائي تلسكوبي لاستقبال FM. [12] يشكل المكثف المتغير المتصل عبر الحلقة دائرة رنينية تضبط أيضًا مرحلة إدخال المستقبل حيث يتتبع هذا المكثف الضبط الرئيسي. قد يحتوي جهاز الاستقبال متعدد النطاقات على نقاط نقر على طول لف الحلقة من أجل ضبط هوائي الحلقة عند ترددات مختلفة على نطاق واسع.

في أجهزة الراديو AM المصنعة قبل اختراع الفريت في منتصف القرن العشرين، قد يتكون الهوائي من عشرات اللفات من الأسلاك المثبتة على الجدار الخلفي للراديو - هوائي حلزوني مستو - أو رف منفصل قابل للدوران بحجم الأثاث محاط بسلك - هوائي إطار .

الفريت

هوائي حلقي من الفريت من راديو AM يحتوي على ملفين، أحدهما لاستقبال الموجات الطويلة والآخر لاستقبال الموجات المتوسطة (البث AM). يبلغ طوله حوالي 10 سم (4 بوصات). عادةً ما تكون هوائيات الفريت محاطة داخل جهاز استقبال الراديو.

تُصنع هوائيات حلقة الفريت عن طريق لف سلك رفيع حول قضيب فيريت . تُستخدم بشكل شبه عالمي في أجهزة استقبال البث AM. [12] (ص 23) [د] الأسماء الأخرى لهذا النوع من الهوائي هي عصا الحلقة ، أو هوائي قضيب الفريت أو الهوائي، أو مستقبل الحديد ، أو هوائي فيرود . غالبًا، عند الترددات المتوسطة والموجات القصيرة المنخفضة ، يُستخدم سلك ليتز لللف لتقليل خسائر التأثير السطحي . تُستخدم أنماط "نسج السلة" المتقنة في جميع الترددات لتقليل سعة اللفات المتداخلة في الملف مما يضمن أن يكون الرنين الذاتي للحلقة أعلى بكثير من تردد التشغيل، بحيث يعمل كمحث كهربائي يمكن رنينه بمكثف ضبط، وبالتالي تحسين عامل Q للحلقة .

يؤدي تضمين قلب منفذ مغناطيسيًا إلى زيادة مقاومة الإشعاع للحلقة الصغيرة، [1] مما يخفف من عدم الكفاءة بسبب الخسائر الأومية. مثل جميع الهوائيات الصغيرة، فإن هذه الهوائيات صغيرة مقارنة بمساحتها الفعالة . قد يكون لهوائي حلقي راديو AM نموذجي ملفوف على الفريت مساحة مقطعية تبلغ 1 سم 2 فقط (0.16 بوصة مربعة) عند تردد يكون فيه للهوائي المثالي (بدون خسائر) مساحة فعالة أكبر بمئات الملايين من المرات. حتى مع مراعاة الخسائر المقاومة في هوائي قضيب الفريت، فقد تتجاوز مساحة الاستقبال الفعالة مساحة الحلقة المادية بعامل 100. [13]

حلقات الإرسال الصغيرة

تعتبر حلقات الإرسال الصغيرة "صغيرة" مقارنة بطول الموجة الكامل، ولكنها أكبر بكثير من حلقة الاستقبال "الصغيرة" فقط. تُستخدم عادةً على ترددات تتراوح بين 14 إلى 30 ميجاهرتز. وعلى عكس حلقات الاستقبال، يجب زيادة أحجام حلقات الإرسال الصغيرة لأطوال موجية أطول، وذلك للحفاظ على مقاومة الإشعاع من الانخفاض إلى مستويات منخفضة غير قابلة للاستخدام؛ حيث تعمل أحجامها الأكبر على طمس أو محو العدم الحاد بشكل خاص الذي توفره حلقات الاستقبال الصغيرة.

الحجم والشكل والكفاءة والنمط

هوائي حلقي للهواة الراديو قيد الإنشاء

تتكون حلقات الإرسال عادةً من دورة واحدة من موصل كبير القطر؛ وهي عادةً مستديرة أو مثمنة الشكل لزيادة المساحة المغلقة لمحيط معين، وبالتالي زيادة مقاومة الإشعاع إلى أقصى حد. تكون أصغر هذه الحلقات أقل كفاءة بكثير من الأداء الاستثنائي للحلقات الرنانة الذاتية كاملة الحجم، [14] أو الكفاءة المعتدلة للأقطاب الأحادية والثنائية القطب والهالات ، ولكن حيث لا تتوفر مساحة لحلقة موجة كاملة أو ثنائي القطب نصف الموجة ، يمكن للحلقات الصغيرة توفير اتصالات كافية بكفاءة منخفضة ولكن مقبولة. [15] [16]

سيكون للهوائي الحلقي الصغير للإرسال بمحيط 10% أو أقل من الطول الموجي توزيع تيار ثابت نسبيًا على طول الموصل، [1] وسيكون الفص الرئيسي في مستوى الحلقة، لذلك سيظهر الصفر القوي المألوف في نمط الإشعاع للحلقات المستقبلة الصغيرة. يمكن بناء حلقات بأي حجم بين 10% و30% من الطول الموجي في المحيط، حتى 50% تقريبًا في المحيط ، وضبطها باستخدام مكثفات متسلسلة للرنين، ولكن تيارها غير المنتظم سيقلل أو يلغي نمط الصفر للحلقات الصغيرة. يلزم مكثف لمحيط أقل من نصف موجة، ويلزم محث للحلقات التي يزيد حجمها عن نصف موجة وأقل من موجة كاملة.

قد لا يكون للحلقات الموجودة في نطاق حجم حلقات الإرسال الصغيرة التيار المنتظم للحلقات الصغيرة جدًا، ولا التيار الجيبي للحلقات الكبيرة، وبالتالي لا يمكن تحليلها باستخدام الافتراضات المفيدة لحلقات الاستقبال الصغيرة أو هوائيات الحلقة ذات الموجة الكاملة. يتم تحديد الأداء بشكل أكثر ملاءمة باستخدام تحليل NEC . تشمل الهوائيات ضمن نطاق الحجم هذا الهالة (انظر أعلاه) وحلقة G0CWT (Edginton). من أجل الاختصار، تقتصر المقالات التمهيدية حول هوائيات الحلقة الصغيرة أحيانًا على الحلقات الأصغر في محيطها من1/ 10  الطول الموجي ، نظرًا لأن الحلقات ذات محيطات أكبر من1/ 10  الموجة، يصبح الافتراض التبسيطي للتيار المنتظم حول الحلقة بأكملها غير دقيق بشكل لا يمكن الدفاع عنه. نظرًا لأن الهالة الأكبر لها أيضًا تحليل بسيط، فإن الهوائيات ذات الحلقة الصغيرة متوسطة الحجم وتحليلها المعقد غالبًا ما يتم حذفها، مما يترك العديد من بناة الهوائيات المطلعين جيدًا في الظلام فيما يتعلق بالأداء الذي يمكن الحصول عليه باستخدام حلقات صغيرة إلى حد ما.

الاستخدام في الراديو المتنقل الأرضي

تُستخدم حلقات صغيرة محاذية رأسياً في الراديو العسكري المتنقل الأرضي ، بترددات تتراوح بين 3 و7 ميجاهرتز، بسبب قدرتها على توجيه الطاقة إلى الأعلى، على عكس هوائي السوط التقليدي . يتيح هذا الاتصال بموجة السماء ذات السقوط الرأسي القريب (NVIS) حتى مسافة 300 كيلومتر (190 ميلاً) في المناطق الجبلية. بالنسبة لموجة السماء ذات السقوط الرأسي القريب، تكون كفاءة الإشعاع النموذجية التي تبلغ حوالي 1% مقبولة، لأنه يمكن إنشاء مسارات الإشارة بقوة إشعاعية تبلغ 1  وات أو أقل - وهو أمر ممكن عند استخدام جهاز إرسال بقوة 100 وات.

في الاستخدام العسكري، يمكن بناء الهوائي باستخدام موصل واحد أو موصلين بقطر 2.5-5 سم (1-2 بوصة). يبلغ قطر الحلقة نفسها عادة 1.8 متر (6 أقدام).

حدود الطاقة وسلامة الترددات اللاسلكية

إحدى المشكلات العملية المتعلقة بالحلقات الصغيرة كهوائيات إرسال هي أن حلقة الإرسال الصغيرة لا تمر عبرها تيار كبير جدًا فحسب، بل وأيضًا جهد عالي جدًا عبر المكثف - عادةً آلاف الفولتات - حتى عند تغذيتها ببضعة واط فقط من طاقة المرسل. كلما كانت الحلقة أصغر (بالأطوال الموجية)، زاد الجهد. يتطلب هذا مكثفًا رنينيًا باهظ الثمن وكبيرًا ماديًا بجهد انهيار كبير ، بالإضافة إلى وجود خسارة عازلة ضئيلة (تتطلب عادةً مكثف فجوة هوائية أو حتى مكثف متغير الفراغ ).

تفريغ الهالة حول ملف الهوائي . على الرغم من مظهره الصارخ، فإن الجهد العالي على ملف التحميل لا يشكل تهديدًا كبيرًا مثل الجهد العالي الذي نراه على مكثفات الضبط في الحلقات المغناطيسية.

إن جعل الحلقة أكبر في القطر سيقلل من جهد الفجوة، فضلاً عن تحسين الكفاءة؛ ومع ذلك، فإن جميع تحسينات الكفاءة الأخرى ستميل إلى زيادة جهد الفجوة: يمكن زيادة الكفاءة عن طريق صنع الحلقة من موصل أكثر سماكة؛ تشمل التدابير الأخرى لتقليل مقاومة فقدان الموصل اللحام أو لحام الوصلات، بدلاً من اللحام. ولكن لأن تقليل مقاومة الخسارة يزيد من Q للهوائي ، فإن نتيجة الكفاءة الأفضل هي جهد أكبر عبر المكثف عند فجوة الحلقة. بالنسبة لتردد معين، تكون الحلقة الصغيرة الأصغر أكثر خطورة من الحلقة الصغيرة الأكبر، ومنحرفًا، فإن حلقة الإرسال الصغيرة الفعالة نسبيًا تكون أكثر خطورة من الحلقة غير الفعالة.

إن مشاكل حرق الترددات الراديوية والصدمات الناتجة عن التحميل السعوي للحلقات الصغيرة أكثر خطورة من التحميل الاستقرائي للهوائيات القصيرة أو ثنائية القطب . [l] إن الجهد العالي للهوائي يسبب مشكلة بشكل عام فقط في الطرف العلوي من ملف تحميل السوط، لأنه ينتشر عبر طول الملف الممتد، في حين أن الجهد العالي على صفائح مكثف الحلقة يكون (مثاليًا) عند الحد الأقصى على جميع أسطح اللوحة. علاوة على ذلك، عادةً ما يتم تثبيت أطراف الجهد العالي للأقطاب الأحادية والثنائية القطب في مكان مرتفع وبعيدًا عن متناول اليد، مما يحد من فرص حرق الترددات الراديوية. على النقيض من ذلك، تتحمل الهوائيات ذات الحلقة الصغيرة / "المغناطيسية" بشكل أفضل التثبيت بالقرب من الأرض، [m] لذا فإن جميع أجزاء هوائيات الحلقة، بما في ذلك الأجزاء ذات الجهد العالي، غالبًا ما تكون في متناول اليد بسهولة.

باختصار: تشكل الفولتية العالية الناتجة عن Q العالية تهديدًا أكبر في الحلقات الصغيرة مقارنة بمعظم الهوائيات الصغيرة الأخرى، وتتطلب حذرًا أكبر، حتى بالنسبة لقوة الإرسال المنخفضة جدًا .

حلقات التغذية

بالإضافة إلى تقنيات مطابقة المعاوقة الشائعة الأخرى مثل مطابقة جاما، يتم أحيانًا مطابقة معاوقة حلقات الاستقبال والإرسال الصغيرة عن طريق توصيل خط التغذية بحلقة تغذية أصغر داخل المنطقة المحيطة بالحلقة الرئيسية. على الرغم من أنه لا يزال من الممكن توصيله من خلال نظام الأرض، فإن هذا يترك الحلقة الرئيسية بدون أي اتصال تيار مستمر آخر بالمرسل. [16] حلقة التغذية والحلقة الرئيسية هما في الواقع الملفات الأولية والثانوية للمحول ، مع توصيل الطاقة في المجال القريب بشكل استقرائي من حلقة التغذية إلى الحلقة الرئيسية، والتي تتصل هي نفسها بالمكثف الرنان وتشع معظم طاقة الإشارة.

إذا كانت كل من الحلقات الرئيسية وحلقات التغذية ذات دورة واحدة، فإن نسبة تحويل المعاوقة للحلقات المتداخلة تكون تقريبًا مساوية تمامًا لنسبة مساحات الحلقتين بشكل منفصل، أو مربع نسبة أقطارهما (بافتراض أنهما لهما نفس الشكل). حلقات التغذية النموذجية هي  1 /8الى  1 /5حجم الحلقة الرئيسية للهوائي، والذي يعطي نسب تحويل من 64:1 إلى 25:1 على التوالي. يؤدي ضبط قرب وزاوية حلقة التغذية إلى الحلقة الرئيسية، وتشويه شكل المغذي، إلى تغييرات صغيرة إلى متوسطة في نسبة التحويل، ويسمح بالتعديل الدقيق لمقاومة نقطة التغذية. بالنسبة للحلقات الرئيسية ذات الدورات المتعددة، والتي تُستخدم غالبًا للترددات ذات الموجات المتوسطة ، يمكن أن تكون حلقة التغذية دورة واحدة أو دورتين على نفس الإطار مثل دورات الحلقة الرئيسية، وفي هذه الحالة تكون نسبة تحويل المعاوقة قريبة جدًا من مربع نسبة عدد الدورات في كل حلقة.

شبيه بالهوائيغير-حلقات الهوائي

تبدو بعض ما يسمى "الهوائيات" أشبه إلى حد كبير بهوائيات الحلقة الأصلية ، ولكنها مصممة للاقتران بالمجال القريب الحثي، على مسافات تتراوح بين 1 إلى 2 متر (3.3 إلى 6.6 قدم)، بدلاً من إرسال أو استقبال موجات كهرومغناطيسية طويلة المدى في المجال البعيد الإشعاعي . وبسبب هذا الاختلاف، فإن "هوائيات" المجال القريب ليست هوائيات راديو على الإطلاق (عندما تعمل بشكل صحيح للغرض الذي صممت من أجله).

على نحو مماثل، يتم استبعاد ملفات الاقتران المستخدمة في أنظمة الشحن الاستقرائي ، بغض النظر عما إذا كانت تستخدم في ترددات راديو منخفضة أو عالية ، من هذه المقالة، لأنها ليست (أو من الناحية المثالية، لا ينبغي أن تكون) هوائيات راديو .

ملفات RFID والتسخين الحثي

تتفاعل أنظمة التدفئة الاستقرائية ومواقد الطهي الاستقرائية وعلامات وقارئات RFID جميعها عن طريق الحث المغناطيسي في المجال القريب بدلاً من الموجات المنقولة في المجال البعيد . لذا، بالمعنى الدقيق للكلمة، فهي ليست هوائيات راديو.

على الرغم من أنها ليست هوائيات راديو، إلا أن هذه الأنظمة تعمل بترددات راديو، وتتضمن استخدام ملفات مغناطيسية صغيرة، تسمى "هوائيات" في التجارة. ومع ذلك، فمن المفيد التفكير فيها على أنها نظائر للملفات في المحولات المقترنة بشكل فضفاض . على الرغم من أن الملفات المغناطيسية في هذه الأنظمة الحثية تبدو أحيانًا غير قابلة للتمييز عن هوائيات الحلقة الصغيرة التي تمت مناقشتها أعلاه، إلا أن مثل هذه الأجهزة لا يمكنها العمل إلا على مسافات قصيرة، وهي مصممة خصيصًا لتجنب إرسال أو استقبال الموجات الراديوية . نظرًا لأن أنظمة التسخين الاستقرائي وقارئات RFID تستخدم فقط المجالات المغناطيسية المتناوبة في المجال القريب ، فإن معايير أدائها مختلفة عن هوائيات الراديو في المجال البعيد التي تمت مناقشتها في هذه المقالة.

الحواشي

  1. ^ يمكن وصف الهوائي بأنه "رنيني ذاتي" بمعنى أنه إذا قمت بتقصير أطراف الهوائي، فسيتم إنشاء تيار في الحلقة استجابةً لموجة كهرومغناطيسية، وستزداد القيمة النسبية لهذا التيار بشكل كبير حول التردد الرنيني. إن كون الهوائي "رنيني" يعني أيضًا أن معاوقة الدخل للهوائي، والتي تكون تفاعلية عند معظم الترددات، تصبح مقاومة بحتة ( رنينية ) عند هذا التردد.
  2. ^ بالنسبة للحلقات التي يزيد محيطها عن طول موجي واحد، يزداد المكسب التوجيهي قليلاً حتى محيط 1.4 طول موجي، [1] ولكن بالنسبة للحلقات الدائرية الأكبر حجمًا يصبح نمط الإشعاع متعدد الفصوص ويختفي الإشعاع العمودي أو يتضاءل بشكل كبير.
  3. ^ حلقات صغيرة يصل محيطها إلى  1 /3~ 1 /4 تُستخدم أطوال الموجات لنقل الهوائيات، على الرغم من أن بنائها يتطلب جهودًا شاقة لتقليل مقاومة الخسارة؛ والحد الأدنى العملي للحجم يقع في مكان ما حول 1 /7~1/ 10 موجة .
  4. ^ ab هناك استثناء مهم وهو أن أجهزة الراديو المصممة للتركيب داخل هياكل السيارات المعدنية لا يمكن أن تحتوي على هوائيات، حيث أن استقبالها للموجات AM سوف يكون محجوبًا بواسطة المعدن الموجود في الهيكل ولوحة القيادة. يجب أن تستخدم أجهزة راديو السيارات هوائيات خارجية، والتي لا تكون في الأساس حلقات فيريتية أبدًا.
  5. ^ نقطة تغذية الهوائي هي المكان الذي يتصل فيه خط التغذية ( خط نقل التردد اللاسلكي ) بالجزء المشع للهوائي.
  6. ^ يتمتع هوائي الهالة بمقاومة إشعاعية أكبر بحوالي 10×~ 500 × من1/ 4 ~1/ 10 حلقات الموجة ، على التوالي.
  7. ^ لا يحتاج هوائي الهالة إلى تحميل نهائي سعوي، نظرًا لأن ⁠ تقريبًا1/ 2 إن هوائي هالة محيط الموجة يتردد صداه ذاتيًا بالفعل. ومع ذلك، نظرًا لوجود السعة الطرفية حتى لو لم تكن هناك حاجة إليها، فمن أجل استعادة الرنين، يجب تقليص كل ذراع بحجم ثنائي القطب من نسبة 97% التقليدية لربع الموجة.
    في كثير من الأحيان، يقوم صانع الهوائي بقطع نهايات الهالة بشكل أقصر مما هو مطلوب لاستعادة الرنين، ويحرك النهايات معًا بشكل أقرب لزيادة سعة النهاية، لجعل نمط إشعاع الهالة أشبه بحلقة صغيرة: حتى أكثر تقريبًا في جميع الاتجاهات، مع مزيد من تقليل الإشعاع الرأسي (للهالة الأفقية).
  8. ^ تتضمن مقاومة الخسارة ليس فقط مقاومة التيار المستمر للموصل ولكن أيضًا زيادتها بسبب تأثير الغلاف وتأثير القرب . تتضمن مقاومة الخسارة أيضًا الخسائر في قضيب الفريت، إذا تم استخدامه.
  9. ^ نظرًا لأن هوائي الهالة عبارة عن نصف موجة، فسوف يقوم بتوصيل إشارة قوية إلى المستقبل - قوية بشكل أساسي مثل طاقة الإشارة المستقبلة لهوائي ثنائي القطب التقليدي .
    إن نمط استقبال الهالة قريب من نمط الحلقة الصغيرة التي ستحل محلها، والاستثناء الرئيسي هو أنها لن تعيد إنتاج العدم الحاد الشهير للحلقات الاستقبالية الصغيرة. ونظرًا لأن الهالة يمكن تركيبها رأسيًا أو أفقيًا، مثل الحلقة الاستقبالية الصغيرة التي تحل محلها، فيمكنها توفير نمط استقبال مماثل ثنائي الاتجاه أو متعدد الاتجاهات على التوالي.
    العيب الرئيسي في استبدال حلقة الاستقبال الصغيرة بهالة هو أن الهالات العادية لا يمكنها العمل إلا على النطاق المحيط بالتردد الفردي الذي تم تحديد حجمها له: في هذا الصدد، لا تعد الهالة بديلاً مباشرًا للحلقة الصغيرة. على الرغم من أن الهالة سيكون لها عرض نطاق مماثل لثنائي القطب بالقرب من ترددها التصميمي، إلا أنه لا يوجد تصميم حالي يمكنه إعادة ضبط الهالة إلى النطاق الواسع من الترددات المختلفة التي يتم الحصول عليها من حلقة صغيرة مضبوطة بشكل متغير.
  10. ^ نظرًا لأن البث الإذاعي بتقنية AM مستقطب رأسيًا بشكل تقليدي، فإن الهوائيات الداخلية لأجهزة الراديو بتقنية AM عبارة عن حلقات في المستوى الرأسي (أي مع وجود قلب العصا الحلزونية، الذي تدور حوله الحلقة، في اتجاه أفقي). يمكن للمرء أن يوضح بسهولة اتجاهية مثل هذا الهوائي عن طريق ضبط محطة AM (يفضل أن تكون أضعف) وتدوير الراديو في جميع الاتجاهات الأفقية. في اتجاه معين (وعلى بعد 180 درجة منه) ستكون المحطة في اتجاه "الصفر"، أي في اتجاه العصا الحلزونية (عمودي على الحلقة). عند هذه النقطة، سيتلاشى استقبال المحطة.
  11. ^ على الرغم من أنه يمكن أيضًا استخدام مكثف متسلسل لإلغاء المعاوقة التفاعلية، فإن القيام بذلك يؤدي إلى رؤية المستقبل (أو المرسل) لمعاوقة (مقاومة) صغيرة جدًا. من ناحية أخرى، يخلق المكثف المتوازي رنينًا من النوع المتوازي . عند الرنين، عندما تلغي قابلية المكثف قابلية الهوائي، تنتج دائرة خزان الحلقة + المكثف معاوقة مقاومة كبيرة جدًا عند نقطة التغذية، وبالتالي توفر جهدًا أكبر بكثير لمرحلة إدخال المستقبل.
    ومع ذلك، لاحظ أن المقاومة المتزايدة المقاسة عند نقطة التغذية هي نتيجة لتحويل المعاوقة : تعمل شبكة المحث الرنان (الحلقة) + المكثف على تكبير جميع معاوقات الحلقة المختلفة، بما في ذلك مقاومات الخسارة الخاصة بها، وبالتالي فإن مقاومة نقطة تغذية الحلقة ليست مقاومة الإشعاع الفعلية ، والتي تكون أصغر بكثير. (لا توجد زيادة في كفاءة الهوائي - لا توجد وجبة غداء مجانية .)
  12. ^ بالنسبة للهوائيات الخطية / السلكية المستقيمة / "الكهربائية"، فإن المطابقة باستخدام ملف تحميل تولد أيضًا جهدًا عاليًا في نهاية (أطراف) الهوائي وفي ملف التحميل، ومع ذلك، على عكس المكثفات، يتم توزيع فرق الجهد العالي بالتساوي على طول الملف، وكإجراء احترازي، عادة ما يتم تصنيعه عمدًا ليكون أطول وأكثر نحافة من الشكل القصير الأكثر كفاءة.
  13. ^ التربة أقرب إلى الشفافية بالنسبة للجزء المغناطيسي من الموجات الراديوية ، وأكثر عرضة لامتصاص أو عكس الجزء الكهربائي من الموجات الراديوية ، وهو ما تتفاعل معه الهوائيات الخطية / "الكهربائية".

مراجع

  1. ^ abc Balanis, Constantine (2005). Antenna Theory (الطبعة الثالثة). Wiley-Interscience. ص. 246. ISBN 0-471-66782-X.
  2. ^ abcde Silver, H. Ward; et al., eds. (2015). "الفصل 5 – هوائيات الحلقة". كتاب هوائيات ARRL . نيوينجتون، كونيتيكت: رابطة الراديو الأمريكية . رقم ISBN 978-1-62595-044-4.
  3. ^ abc Balanis, Constantine A. (2016). Antenna Theory: Analysis and design (4th ed.). John Wiley & Sons. ISBN 978-1-118-64206-1.
  4. ^ بول دانزر (سبتمبر 2004). "هالة 6 أمتار". مجلة كيو إس تي . ص  37 – 39.
  5. ^ تيلدون، إدوارد ب. (ديسمبر 1956). "تأثيرات الاستقطاب في الهواتف المحمولة ذات التردد العالي جدًا". مجلة QST . ص  11-13 .
  6. ^ سترو، ر. دين؛ وآخرون، محررون (2007). كتاب هوائيات الرابطة الأمريكية لراديو التتابع . رقم ISBN 978-0-87259-987-1.
  7. ^ كارلكويست، ريك (17 أكتوبر 2008). حلقات الاستقبال ذات النطاق المنخفض (PDF) . PacifiCon 2008. تم الاسترجاع في 2018-04-29 – عبر n6rk.com.
  8. ^ ab Broyde, F.; Clavelier, E. (يناير 2023). "جهد الدائرة المفتوحة لهوائي حلقي سلكي مستوٍ يستخدم للاستقبال". أوراق بحثية في الإلكترونيات والكهرومغناطيسية (6). doi :10.5281/zenodo.7498910.
  9. ^ بول، إيان (2003). دليل نيونز لتكنولوجيا الراديو والاتصالات . إلسفير. ص  113-114 . ISBN 0-7506-5612-3.
  10. ^ ab CCIR 258; CCIR 322. [ مطلوب مصدر كامل ]
  11. ^ Rudge, AW; Milne, K.; Olver, AD; Knight, P. (1982). Handbook of Antenna Design . المجلد 2. ص 688. ISBN 0-86341-569-5.
  12. ^ ab Dean, Charles E. (1959). Henney, Keith (ed.). Radio Engineering Handbook . نيويورك: McGraw-Hill. الفصل 19 ص 21.
  13. ^ Snelling, EC (1988). Soft Ferrites: Properties and applications (second ed.). Butterworths. p. 303. ISBN 0-408-02760-6.
  14. ^ Siwiak, Kai, KE4PT ; Findling, Amir, K9CHP (Summer 2012). "ما مدى كفاءة هوائي الحلقة الخاص بك؟" (PDF) . مجلة QRP الفصلية – عبر qsl.net/k4fk.{{cite magazine}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  15. ^ Brogdon, A. (أبريل 2007). Low Profile Amateur Radio: Operating a ham station from almost anywhere (الطبعة الثانية). نيوينجتون، كونيتيكت: رابطة الراديو الأمريكية . ISBN 978-0-87259-974-1.
  16. ^ ab Austin, BA; Boswell, A.; Perks, MA (1 أغسطس 2014). آليات الخسارة في الهوائي الحلقي الصغير كهربائيًا (PDF) . mpoweruk.com (تقرير). مؤرشف من الأصل (PDF) في 22 ديسمبر 2016. تم الاسترجاع في 4 أغسطس 2017 .
  • ييتس، ستيف (AA5TB). "هوائيات حلقة الإرسال الصغيرة". هوائيات الحلقة المغناطيسية. AA5TB.com . فورت وورث، تكساس . تم الاسترجاع في 2022-10-14 .{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  • "حلقة إرسال صغيرة". حاسبات الهوائي. 66pacific.com . تم الاسترجاع في 2022-10-14 .— حاسبة على الإنترنت تحل "المعادلات الأساسية للحلقة الصغيرة" باستخدام الصيغ من كتاب هوائي ARRL ، الطبعة الخامسة عشر.
  • "نظرة عامة على هوائي التردد العالي ذي الحلقة المغناطيسية غير المقدر" (PDF) . هوائيات الحلقة المغناطيسية. www.nonstopsystems.com . تم الاسترجاع في 2024-01-01 .— ورقة موسعة بقلم لي تيرنر VK5KLT (SK) حول هوائيات الحلقة المغناطيسية HF.
  • "حاسبة الحلقة المغناطيسية التفاعلية". حاسبة الحلقة المغناطيسية. miguelvaca.github.io . تم الاسترجاع في 2024-01-01 .— حاسبة الحلقة المغناطيسية التفاعلية بواسطة Jose Vaca VK3CPU.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Loop_antenna&oldid=1265454915#Small_loops"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate