هوائي متعدد الاتجاهات

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 9 صور
الموسوعة الحرة

في الاتصالات اللاسلكية ، يُعد الهوائي متعدد الاتجاهات نوعًا من الهوائيات التي تُشع طاقة لاسلكية متساوية في جميع الاتجاهات العمودية على محورها ( الاتجاهات السمتية )، وتتغير هذه الطاقة بتغير زاوية ميلها عن المحور ( زاوية الارتفاع )، لتنعدم عند المحور. [ 1 ] [ 2 ] عند تمثيل هذا النمط الإشعاعي بيانيًا في ثلاثة أبعاد (انظر الرسم البياني)، غالبًا ما يُوصف بأنه على شكل حلقة . وهذا يختلف عن الهوائي متساوي الخواص ، الذي يُشع طاقة متساوية في جميع الاتجاهات، وله نمط إشعاع كروي . تُستخدم الهوائيات متعددة الاتجاهات الموجهة رأسيًا على نطاق واسع كهوائيات غير موجهة على سطح الأرض، لأنها تُشع بالتساوي في جميع الاتجاهات الأفقية، بينما تتناقص الطاقة المُشعّة مع زاوية الارتفاع، مما يقلل من الطاقة اللاسلكية المُوجهة نحو السماء أو نحو الأرض، وبالتالي لا تُهدر إلا بنسبة ضئيلة.

تُستخدم الهوائيات متعددة الاتجاهات على نطاق واسع في هوائيات البث الإذاعي ، [ 3 ] وفي الأجهزة المحمولة التي تستخدم الراديو مثل الهواتف المحمولة ، وأجهزة راديو FM ، وأجهزة الاتصال اللاسلكي ، وشبكات الكمبيوتر اللاسلكية ، والهواتف اللاسلكية ، ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، وكذلك في المحطات الأساسية التي تتواصل مع أجهزة الراديو المحمولة، مثل أجهزة إرسال الشرطة وسيارات الأجرة والاتصالات الجوية.

نمط الإشعاع لهوائي بسيط متعدد الاتجاهات، وهو هوائي ثنائي القطب رأسي بنصف موجة . في هذا الرسم البياني، يقع الهوائي في مركز الشكل الحلقي . تمثل المسافة الشعاعية من المركز القدرة المشعة في ذلك الاتجاه. تكون القدرة المشعة في أقصى حالاتها في الاتجاهات الأفقية، وتنخفض إلى الصفر مباشرةً فوق الهوائي وتحته.
رسم متحرك لهوائي ثنائي القطب نصف موجي متعدد الاتجاهات يبث موجات راديوية . يتكون الهوائي في المنتصف من قضيبين معدنيين رأسيين، مع تطبيق تيار متردد في مركزه من جهاز إرسال راديوي (غير موضح) . تنطلق حلقات من المجال الكهربائي (الخطوط السوداء) من الهوائي وتنتشر بسرعة الضوء ؛ وهذه هي الموجات الراديوية. يوضح هذا الرسم الإشعاع في مستوى واحد فقط عبر المحور، والإشعاع متناظر حول المحور الرأسي للهوائي.

الأنواع

نمط إشعاع هوائي أحادي القطب بطول 3/2 λ . على الرغم من أن إشعاع الهوائي متعدد الاتجاهات يكون متناظرًا في الاتجاهات السمتية، إلا أنه قد يختلف بطريقة معقدة مع زاوية الارتفاع، حيث يحتوي على فصوص ونقاط انعدام عند زوايا مختلفة.

أكثر تصميمات الهوائيات متعددة الاتجاهات شيوعًا هي هوائي أحادي القطب ، ويتكون من موصل قضيب رأسي مثبت فوق سطح أرضي موصل ، وهوائي ثنائي القطب رأسي ، ويتكون من قضيبين رأسيين متوازيين. يتميز كل من هوائي أحادي القطب ربع الموجة وهوائي ثنائي القطب نصف الموجة بنمط إشعاع رأسي يتكون من فص عريض واحد مع أقصى إشعاع في الاتجاهات الأفقية، ولذلك فهما شائعان. يُعد هوائي أحادي القطب ربع الموجة، وهو أصغر هوائي رنين، ربما أكثر الهوائيات استخدامًا في العالم. كما يحظى هوائي أحادي القطب خمسة أثمان الموجة - بطول 0.625 λ، أو 5/8 من الطول الموجي - بشعبية كبيرة ، حيث يوجه هذا الطول أكبر نسبة من طاقته المشعة أفقيًا، مما يحقق الاستخدام الأمثل لطاقة الإرسال في الاتصالات بعيدة المدى.

تشمل الأنواع الشائعة للهوائيات متعددة الاتجاهات ذات الكسب المنخفض هوائي السوط ، وهوائي "البطة المطاطية" ، وهوائي المستوى الأرضي ، وهوائي ثنائي القطب الموجه عموديًا ، وهوائي القرص المخروطي ، ومشع الصاري ، وهوائي الحلقة الأفقية (المعروف أحيانًا بالعامية باسم "الهوائي الدائري" بسبب شكله) وهوائي الهالة .

يمكن أيضًا بناء هوائيات متعددة الاتجاهات ذات كسب أعلى. ويعني "الكسب الأعلى" في هذه الحالة أن الهوائي يشع طاقة أقل عند زوايا الارتفاع العالية والمنخفضة، وطاقة أكبر في الاتجاهات الأفقية. تُصنع الهوائيات متعددة الاتجاهات ذات الكسب العالي عادةً باستخدام مصفوفات ثنائية القطب متوازية . تتكون هذه المصفوفات من عدة ثنائيات أقطاب نصف موجية مثبتة على خط مستقيم ، وتُغذى بنفس الطور. [ 4 ]

  • يستخدم الهوائي المحوري المتوازي (COCO) أقسامًا محورية منقولة لإنتاج مشعات نصف طول موجي متوافقة في الطور. [ 5 ]
  • تستخدم مصفوفة فرانكلين أقسامًا قصيرة على شكل حرف U بنصف طول موجي، حيث يتم إلغاء إشعاعها في المجال البعيد لجعل كل قسم ثنائي القطب بنصف طول موجي في طور متساوٍ.

تحليل

هوائي ثنائي المخروط ذو استقطاب رأسي بترددات VHF-UHF من 170 إلى 1100 ميجاهرتز بنمط إشعاعي شامل الاتجاهات في المستوى H

تُنتج أبسط أنواع الهوائيات العملية، وهي هوائيات أحادية القطب وثنائية القطب، أنماط إشعاع شاملة الاتجاهات ، وتتكون من موصل واحد أو اثنين من الموصلات المستقيمة على محور مشترك. يُعرَّف كسب الهوائي (G) بأنه كفاءة الهوائي (e) مضروبة في توجيهية الهوائي (D)، والتي تُعبَّر عنها رياضيًا كما يلي:جي=هـد{\displaystyle G=eD}علاقة مفيدة بين اتجاهية نمط الإشعاع الشامل ( D) بالديسيبل وعرض الحزمة عند نصف القدرة (HPBW) بناءً على افتراضالخطيئة⁡(بθ)/بθ{\displaystyle \sin(b\theta )/{b\theta }}شكل النمط هو: [ 7 ]

د≈10سجل10⁡(101.5HPBW-0.00272HPBW2)  ديسيبل.{\displaystyle D\approx 10\log _{10}\left({\frac {101.5}{{\text{HPBW}}-0.00272\,{\text{HPBW}}^{2}}}\right)\ {\text{ dB}}.}

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بالانيس، قسطنطين أ.؛ إيوانيدس، بانايوتيس إ. (2007). مقدمة في الهوائيات الذكية . مورغان وكلايبول. ص  22. ISBN 978-1598291766.
  2. ↑ الإدارة الوطنية لمعلومات الاتصالات (1997). المعيار الفيدرالي 1037C: مسرد مصطلحات الاتصالات . إدارة الخدمات العامة الأمريكية. الصفحات من O إلى 3. ISBN  1461732328.
  3. ↑ "البث التلفزيوني والإذاعي متعدد الاتجاهات - وإن كان مركزًا قدر الإمكان نحو الأفق - وهذا يعني الكثير من التشتت": هل يمكن التقاط إشارات التلفزيون الخاصة بنا على كواكب أخرى؟، أخبار بي بي سي، 6 أغسطس 2008 .
  4. ↑ جونسون، ر.؛ جاسيك، هـ.، محرران. (1984). دليل هندسة الهوائيات . ماكجرو هيل. ص 27-14. 
  5. ↑ جوداس، ت.؛ بالزلي، ب. (مارس 1989). "نماذج نظرية وتجريبية محسّنة للهوائي المحوري المتوازي". معاملات IEEE في مجال الهوائيات والانتشار . 37 (3): 289-296 . Bibcode : 1989ITAP...37..289J . doi : 10.1109/8.18724 .
  6. ↑ بانكروفت، ر. (5 ديسمبر 2005). "معايير تصميم هوائي ميكروستريب مستوٍ متعدد الاتجاهات". رسائل تكنولوجيا الميكروويف والبصريات . 47 (5): 414-418 . doi : 10.1002/mop.21187 . S2CID 109534272 . 
  7. ↑ ماكدونالد، نويل (أبريل 1999). "توجيه النمط متعدد الاتجاهات في وجود فصوص ثانوية: إعادة النظر". معاملات IEEE في مجال الهوائيات والانتشار . 41 (2): 63-8 . doi : 10.1109/74.769693 .