هوائي (راديو)

في هندسة الترددات الراديوية ، الهوائي ( أو الهوائي ) هو هيكل يُستخدم لتحويل التيارات الكهربائية المتناوبة إلى موجات راديوية للإرسال، ولتحويل الموجات الراديوية مرة أخرى إلى تيارات كهربائية للاستقبال. [ ^{1 ] [} 2 ^{] وهو} بمثابة حلقة الوصل بين الموجات الراديوية المنتشرة في الفضاء والتيارات الكهربائية المتحركة في الموصلات المعدنية ، ويُستخدم مع جهاز إرسال أو جهاز استقبال . ^{[ 1 ]} في الإرسال ، يُزوّد ​​جهاز الإرسال الراديوي أطراف الهوائي بتيار كهربائي ، فيُشعّ الهوائي الطاقة الناتجة عن هذا التيار على شكل موجات كهرومغناطيسية ⁽ موجات راديوية). أما في الاستقبال ، فيلتقط الهوائي جزءًا من طاقة الموجة الراديوية لتوليد تيار كهربائي عند أطرافه، يُطبّق على جهاز الاستقبال لتضخيمه . تُعدّ الهوائيات مكونات أساسية في جميع أجهزة الراديو . ^{[ 3 ]}

الهوائي عبارة عن مجموعة من أجزاء موصلة ( عناصر ) متصلة كهربائيًا بجهاز الاستقبال أو الإرسال. ^{[ 4 ]} يمكن تصميم الهوائيات لإرسال واستقبال الموجات الراديوية في جميع الاتجاهات الأفقية بالتساوي ( هوائيات متعددة الاتجاهات )، أو بشكل تفضيلي في اتجاه معين ( هوائيات موجهة ، أو عالية الكسب، أو "هوائيات شعاعية"). قد يشتمل الهوائي على مكونات غير متصلة بجهاز الإرسال، مثل العواكس المكافئة ، أو الأبواق ، أو العناصر الطفيلية ، والتي تعمل على توجيه الموجات الراديوية في حزمة أو نمط إشعاع مرغوب فيه. يصعب تحقيق توجيه قوي وكفاءة إرسال جيدة عند الإرسال باستخدام هوائيات أصغر بكثير من نصف الطول الموجي .

بُنيت أولى الهوائيات عام 1886 على يد الفيزيائي الألماني هاينريش هيرتز في تجاربه الرائدة لإثبات وجود الموجات الكهرومغناطيسية التي تنبأت بها نظرية جيمس كلارك ماكسويل الكهرومغناطيسية عام 1867. وضع هيرتز هوائيات ثنائية القطب عند النقطة البؤرية لعواكس مكافئة للإرسال والاستقبال. ^{[ 5 ]} ابتداءً من عام 1895، بدأ غولييلمو ماركوني بتطوير هوائيات عملية للتلغراف اللاسلكي بعيد المدى، وافتتح مصنعًا في تشيلمسفورد ، إنجلترا، لتصنيع اختراعه عام 1898. ^{[ 6 ]}

هوائي ثنائي القطب بنصف موجة يستقبل موجة راديوية: المجال الكهربائي (E) للموجة يثير تيارات متذبذبة (الأسهم السوداء) في جهاز الاستقبال.

هوائي يبث موجات الراديو: يقوم جهاز الإرسال بتطبيق تيار متردد (الأسهم الحمراء) على القضبان، مما يشحنها بالتناوب بشحنات موجبة وسالبة، مُصدراً حلقات من المجال الكهربائي. تنعكس اتجاهات أسهم الحلقات في كل مرة يتغير فيها قطبية التيار.

تُستخدم كلمتا "هوائي" و "هوائي" بشكل متبادل. أحيانًا يُستخدم مصطلح "هوائي" للإشارة تحديدًا إلى هوائي سلكي أفقي مرتفع. يُنسب أصل كلمة "هوائي " فيما يتعلق بالأجهزة اللاسلكية إلى رائد الراديو الإيطالي غولييلمو ماركوني . في صيف عام 1895، بدأ ماركوني باختبار نظامه اللاسلكي في الهواء الطلق في ملكية والده بالقرب من بولونيا ، وسرعان ما بدأ بتجربة "هوائيات" سلكية طويلة معلقة من عمود. ^{[ 7 ]} في اللغة الإيطالية ، يُعرف عمود الخيمة باسم "l'antenna centrale" ، وكان العمود الذي يحمل السلك يُسمى ببساطة "l'antenna ". حتى ذلك الحين، كانت عناصر الإرسال والاستقبال اللاسلكية تُعرف ببساطة باسم "المحطات الطرفية". نظرًا لشهرته، انتشر استخدام ماركوني لكلمة " هوائي" بين الباحثين والمتحمسين للأجهزة اللاسلكية، ولاحقًا بين عامة الناس. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

قد يشير مصطلح الهوائي بشكل عام إلى مجموعة كاملة تشمل هيكل الدعم، والغطاء (إن وجد)، وما إلى ذلك، بالإضافة إلى مكونات نقل التيار الترددي اللاسلكي الفعلية . وقد يشتمل هوائي الاستقبال ليس فقط على عناصر الاستقبال المعدنية السلبية، بل أيضًا على مضخم أولي أو خلاط مدمج ، خاصةً عند ترددات الميكروويف وما فوقها.

تتطلب أي أجهزة استقبال أو إرسال لاسلكية هوائيات لربط اتصالها الكهربائي بالمجال الكهرومغناطيسي. ^{[ 12 ]} الموجات الراديوية هي موجات كهرومغناطيسية تحمل الإشارات عبر الفضاء بسرعة الضوء ؛ وفي الفضاء الحر، تنتشر دون امتصاص مادي ، باستثناء فقدان الانتشار الهندسي .

يمكن تصنيف الهوائيات إلى نوعين: هوائيات شاملة الاتجاه ، تشع الطاقة بالتساوي تقريبًا في جميع الاتجاهات الأفقية، ^{[ 13 ]} وهوائيات موجهة ، حيث تتركز الموجات الراديوية في اتجاه أو اتجاهات محددة. يُعد ما يُسمى بهوائي الحزمة أحادي الاتجاه ، وهو مصمم لتحقيق أقصى استجابة في اتجاه المحطة البعيدة التي يُحاذيها، بينما تهدف العديد من الهوائيات الأخرى إلى الاستجابة للمحطات في عدة اتجاهات، ولكنها ليست شاملة الاتجاه حقًا. وبما أن الهوائيات تخضع لمبدأ التبادلية ، فإن نمط الإشعاع نفسه ينطبق على كلٍ من إرسال واستقبال الموجات الراديوية. يُطلق على الهوائي الافتراضي الذي يشع بالتساوي في جميع الاتجاهات (الرأسية والأفقية) اسم المشع المتساوي الخواص ؛ ومع ذلك، لا يمكن تحقيق التوحيد التام في الهوائيات العملية، ونادرًا ما يكون مطلوبًا (مثل هوائيات الطوارئ للمركبات الفضائية). في الواقع، بالنسبة لمعظم الاتصالات الأرضية، هناك ميزة في تقليل الإشعاع المتجه نحو السماء أو الأرض لصالح الاتجاهات الأفقية. لا يُرسل هوائي ثنائي القطب الموجه أفقيًا أي طاقة في اتجاه الخط المركزي للموصل - ويُسمى هذا الاتجاه الصامت بنقطة الصفر للهوائي - ولكنه قابل للاستخدام في معظم الاتجاهات الأخرى في حال عدم وجود عوائق. عند تردد الرنين الأول وما دونه، يكون الإشعاع الأقوى في جميع الاتجاهات غير المعاقة العمودية على زوج الأسلاك المتقابلة. يمكن تكديس عدة عناصر ثنائية القطب بأطوال مختلفة قليلاً بشكل متوازٍ، لتشكيل مصفوفة هوائيات مثل ياغي-أودا، وذلك لتركيز إشعاعها في اتجاه أفقي واحد، عمودي على التكديس، ويُسمى هذا النوع من الهوائيات بهوائي شعاعي .

هوائي ثنائي القطب بنصف موجة هو عنصر متوازن، حيث تتساوى فيه الفولتية والتيارات عند طرفيه، ويُستخدم كمرجع بسيط لتحليل العديد من تصميمات الهوائيات الأخرى. أما الهوائي الرأسي فهو هوائي أحادي القطب ، غير متوازن بالنسبة للأرض. وتلعب الأرض (أو أي سطح موصل كبير) دور الموصل الثاني في الهوائي أحادي القطب. ولأن الهوائيات أحادية القطب تعتمد على سطح موصل، فقد تُركّب مع سطح أرضي لمحاكاة تأثير تركيبها على سطح الأرض. ^{[ 14 ]}

تزيد الهوائيات الأكثر تعقيدًا من توجيهية الهوائي. وتُسهم العناصر الإضافية في بنية الهوائي، والتي لا يشترط أن تكون متصلة مباشرة بجهاز الاستقبال أو الإرسال، في زيادة توجيهيته. يُشير "كسب" الهوائي إلى تركيز الطاقة المُشعّة في زاوية مجسمة محددة من الفضاء. وعلى عكس كسب المُضخّم، الذي يعني عمومًا زيادة صافية في طاقة الإشارة، فإن كسب الهوائي يعكس إعادة توزيع الطاقة بحيث تُشعّ طاقة أكبر في بعض الاتجاهات وطاقة أقل في اتجاهات أخرى، دون زيادة إجمالي الطاقة المُشعّة. وعلى عكس المُضخّمات، تُعتبر الهوائيات أجهزة " سلبية " كهربائيًا تُحافظ على إجمالي الطاقة، ولا توجد زيادة في إجمالي الطاقة فوق تلك المُقدّمة من مصدر الطاقة (جهاز الإرسال)، بل تحسين فقط في توزيع هذا الإجمالي الثابت.

تتكون المصفوفة الطورية من هوائيين بسيطين أو أكثر، موصولة معًا عبر شبكة كهربائية. غالبًا ما تتضمن هذه المصفوفة عددًا من هوائيات ثنائية القطب متوازية بمسافة محددة بينها. اعتمادًا على الطور النسبي الذي تُدخله الشبكة، يمكن لنفس تركيبة هوائيات ثنائية القطب أن تعمل كمصفوفة "جانبية" (موجهة عموديًا على الخط الواصل بين العناصر) أو كمصفوفة "طرفية" (موجهة على طول الخط الواصل بين العناصر). يمكن أن تستخدم مصفوفات الهوائيات أي نوع أساسي من الهوائيات (شاملة الاتجاهات أو ذات اتجاهية ضعيفة)، مثل هوائيات ثنائية القطب، أو حلقية، أو شقّية. غالبًا ما تكون هذه العناصر متطابقة.

تستخدم الهوائيات الدورية اللوغاريتمية وغيرها من الهوائيات غير المعتمدة على التردد هياكل متشابهة ذاتيًا للعمل بكفاءة عبر نطاق واسع من الترددات (أي بنطاق ترددي واسع ). وأكثر الأمثلة شيوعًا هو مصفوفة ثنائيات الأقطاب الدورية اللوغاريتمية ، والتي يمكن اعتبارها عددًا (عادةً من 10 إلى 20) من عناصر ثنائيات الأقطاب المتصلة بأطوال متدرجة في مصفوفة طرفية، مما يجعلها موجهة إلى حد كبير؛ وتُستخدم بشكل خاص كهوائي على أسطح المنازل لاستقبال البث التلفزيوني. من ناحية أخرى، يحتوي هوائي ياغي-أودا (أو ببساطة "ياغي")، ذو المظهر المشابه إلى حد ما، على عنصر ثنائي قطب واحد فقط موصول كهربائيًا؛ وتتفاعل العناصر الطفيلية الأخرى مع المجال الكهرومغناطيسي لتحقيق هوائي عالي التوجيه ولكن بنطاق ترددي ضيق.

يمكن الحصول على توجيهية أعلى باستخدام هوائيات الفتحة مثل العاكس المكافئ أو الهوائي البوقي . وبما أن التوجيهية العالية في الهوائي تعتمد على حجمه الكبير مقارنةً بالطول الموجي، فإن الهوائيات عالية التوجيهية (وبالتالي ذات كسب هوائي عالٍ ) تصبح أكثر عملية عند الترددات العالية ( UHF وما فوقها).

عند الترددات المنخفضة (مثل بث AM )، تُستخدم مصفوفات من الأبراج الرأسية لتحقيق التوجيه ^{[ 15 ]} ، وهي تشغل مساحات واسعة من الأرض. وللاستقبال، يمكن لهوائي بيفيريدج الطويل أن يوفر توجيهًا عاليًا. أما للاستخدام المحمول غير الموجه، فيُعدّ الهوائي الرأسي القصير أو هوائي الحلقة الصغيرة خيارًا مناسبًا، ويتمثل التحدي الرئيسي في التصميم في مطابقة المعاوقة . مع الهوائي الرأسي، يمكن استخدام ملف تحميل في قاعدة الهوائي لإلغاء المكون التفاعلي للمعاوقة ؛ أما هوائيات الحلقة الصغيرة فتُضبط باستخدام مكثفات متوازية لهذا الغرض.

خط تغذية الهوائي هو خط النقل الذي يربط الهوائي بجهاز الإرسال أو الاستقبال. قد يشير مصطلح " تغذية الهوائي " إلى جميع المكونات التي تربط الهوائي بجهاز الإرسال أو الاستقبال، مثل شبكة مطابقة المعاوقة بالإضافة إلى خط النقل. في ما يُسمى "هوائي الفتحة"، مثل الهوائي البوقي أو الطبق المكافئ، قد تشير "التغذية" أيضًا إلى هوائي إشعاعي أساسي مُدمج في نظام العناصر العاكسة (عادةً في بؤرة الطبق المكافئ أو في عنق الهوائي البوقي)، والذي يُمكن اعتباره العنصر النشط الوحيد في نظام الهوائي. كما يُمكن تغذية هوائي الميكروويف مباشرةً من دليل موجي بدلاً من خط النقل (الموصل) .

الموازنة الأرضية للهوائي ، أو سطح التأريض ، هي بنية مصنوعة من مادة موصلة تعمل على تحسين التأريض أو استبداله. ويمكن توصيلها بالتأريض الطبيعي أو عزلها عنه. في هوائي أحادي القطب، تُسهم هذه الموازنة في تعزيز وظيفة التأريض الطبيعي، لا سيما عندما تؤثر اختلافات (أو قيود) خصائص التأريض الطبيعي على أدائه السليم. وعادةً ما يتم توصيل هذه البنية بوصلة العودة لخط نقل غير متوازن، مثل غلاف كابل محوري .

يُعدّ مُحَوِّل الموجات الكهرومغناطيسية في بعض هوائيات الفتحة مكونًا يعمل، بفضل شكله وموقعه، على تأخير أو تقديم أجزاء من جبهة الموجة الكهرومغناطيسية المارة عبره بشكل انتقائي. يُغيّر هذا المُحَوِّل الخصائص المكانية للموجة على أحد جانبيه مقارنةً بالجانب الآخر. فعلى سبيل المثال، يُمكنه تركيز الموجة أو تغيير جبهة الموجة بطرق أخرى، وذلك عادةً لزيادة توجيه نظام الهوائي إلى أقصى حد. وهذا يُعادل العدسة البصرية في مجال الراديو .

شبكة اقتران الهوائي هي شبكة سلبية (عادةً ما تكون مزيجًا من عناصر دارة حثية وسعوية ) تُستخدم لمطابقة المعاوقة بين الهوائي وجهاز الإرسال أو الاستقبال. يمكن استخدام هذه الشبكة لتقليل الفقد في خط التغذية، عن طريق خفض نسبة الموجة الموقوفة لخط النقل ، ولتزويد جهاز الإرسال أو الاستقبال بمعاوقة مقاومة قياسية لازمة لتشغيله الأمثل. يتم اختيار موقع (مواقع) نقطة التغذية، ويمكن دمج عناصر هوائية مشابهة كهربائيًا لمكونات الموالف في بنية الهوائي نفسه، لتحسين المطابقة .

من الخصائص الأساسية للهوائيات أن معظم خصائصها الكهربائية، مثل تلك الموضحة في القسم التالي (كالكسب ، ونمط الإشعاع ، والمعاوقة ، وعرض النطاق ، وتردد الرنين ، والاستقطاب ) ، تبقى ثابتة سواءً كان الهوائي في حالة إرسال أو استقبال . ^{[ 16 ] [ 17 ]} ويكون "نمط الاستقبال" (حساسية الهوائي للإشارات الواردة كدالة للاتجاه) مطابقًا لنمط إشعاعه عند تشغيله كجهاز إشعاع، على الرغم من اختلاف توزيعات التيار والجهد على الهوائي نفسه بين الإرسال والاستقبال. ^{[ 18 ]} ويستند هذا التكافؤ إلى نظرية التبادلية في الكهرومغناطيسية. ^{[ 17 ]} لذا، عند مناقشة خصائص الهوائيات، لا يُفرّق عادةً بين مصطلحي الإرسال والاستقبال، ويمكن اعتبار الهوائي في حالة إرسال أو استقبال، أيهما أسهل.

من الشروط الضرورية لخاصية التبادلية المذكورة آنفًا أن تكون المواد المستخدمة في الهوائي ووسط الإرسال خطية ومتبادلة. تعني التبادلية (أو الثنائية ) أن المادة تستجيب بنفس الطريقة للتيار الكهربائي أو المجال المغناطيسي في اتجاه معين، كما تستجيب له في الاتجاه المعاكس. معظم المواد المستخدمة في الهوائيات تستوفي هذه الشروط، لكن بعض هوائيات الميكروويف تستخدم مكونات عالية التقنية، مثل العوازل والموزعات ، المصنوعة من مواد غير تبادلية كالفيريت . ^{[ 16 ] [ 17 ]} يمكن استخدام هذه المكونات لإعطاء الهوائي سلوكًا مختلفًا عند الاستقبال عنه عند الإرسال، ^{[ 16 ]} وهو ما قد يكون مفيدًا في تطبيقات مثل الرادار .

تعتمد غالبية تصميمات الهوائيات على مبدأ الرنين . ويستند هذا المبدأ إلى سلوك الإلكترونات المتحركة، التي تنعكس عن الأسطح التي يتغير ثابت العزل الكهربائي فيها ، بطريقة مشابهة لانعكاس الضوء عند تغير خصائصه البصرية. في هذه التصميمات، يُنشأ السطح العاكس بواسطة طرف موصل، عادةً ما يكون سلكًا أو قضيبًا معدنيًا رفيعًا، والذي يحتوي في أبسط الحالات على نقطة تغذية في أحد طرفيه حيث يتصل بخط نقل . يُحاذى الموصل، أو العنصر ، مع المجال الكهربائي للإشارة المطلوبة، أي أنه عادةً ما يكون عموديًا على الخط الواصل بين الهوائي والمصدر (أو المستقبل في حالة هوائي البث). ^{[ 19 ]}

يُحدث المكون الكهربائي لإشارة الراديو جهدًا في الموصل، مما يؤدي إلى بدء تدفق تيار كهربائي في اتجاه المجال اللحظي للإشارة. وعندما يصل التيار الناتج إلى نهاية الموصل، ينعكس، وهو ما يعادل تغيرًا في الطور بمقدار 180 درجة . إذا كان طول  الموصل ربع طول موجة، فإن التيار القادم من نقطة التغذية سيخضع  لتغير في الطور بمقدار 90 درجة عند وصوله إلى نهاية الموصل، ثم ينعكس بمقدار 180  درجة، ثم ينعكس مرة أخرى بمقدار 90  درجة أثناء عودته. وهذا يعني أنه قد خضع  لتغير كامل في الطور بمقدار 360 درجة، ليعود إلى الإشارة الأصلية. وبالتالي، يُضاف التيار في العنصر إلى التيار المتولد من المصدر في تلك اللحظة. تُنشئ هذه العملية موجة مستقرة في الموصل، حيث يكون التيار في أقصى حالاته عند نقطة التغذية. ^{[ 20 ]}

يُعدّ هوائي ثنائي القطب بنصف الموجة العادي على الأرجح التصميم الأكثر شيوعًا. يتكون هذا الهوائي من عنصرين، طول كل منهما ربع طول الموجة ، مُرتبين طرفًا لطرف، ويقعان على نفس المحور تقريبًا (أو على خط مستقيم )، حيث يُغذي كل عنصر جانبًا واحدًا من سلك نقل ثنائي الموصلات. يُؤدي الترتيب الفيزيائي للعنصرين إلى اختلاف طورهما بمقدار 180 درجة، مما يعني أنه في أي لحظة معينة، يُمرر أحد العنصرين التيار إلى خط النقل بينما يسحبه الآخر منه. أما هوائي أحادي القطب، فهو في الأساس نصف هوائي ثنائي القطب بنصف طول الموجة، أي عنصر واحد بطول ربع طول الموجة ، مع توصيل الجانب الآخر بالأرض أو بمستوى أرضي مكافئ (أو ثقل موازن ). تُستخدم هوائيات أحادية القطب، التي يبلغ حجمها نصف حجم هوائي ثنائي القطب، بشكل شائع لإشارات الراديو ذات الأطوال الموجية الطويلة، حيث يكون حجم هوائي ثنائي القطب كبيرًا جدًا وغير عملي. وهناك تصميم شائع آخر وهو ثنائي القطب المطوي الذي يتكون من اثنين (أو أكثر) من ثنائيات القطب نصف الموجة الموضوعة جنبًا إلى جنب والمتصلة عند نهاياتها ولكن يتم تشغيل واحد منها فقط.   

تتشكل الموجة المستقرة بهذا النمط المطلوب عند تردد التشغيل التصميمي، f₀ _، وعادةً ما تُصمم الهوائيات بهذا الحجم. مع ذلك، فإن تغذية هذا العنصر بتردد 3f₀ ₍ الذي _يبلغ طول موجته ثلث طول موجة f₀ ) سيؤدي أيضًا إلى نمط موجة مستقرة. وبالتالي، يكون عنصر الهوائي رنانًا أيضًا عندما يكون طوله ثلاثة أرباع طول الموجة . وينطبق هذا على جميع المضاعفات الفردية لربع طول الموجة . يتيح هذا بعض المرونة في التصميم من حيث أطوال الهوائي ونقاط التغذية. من المعروف أن الهوائيات المستخدمة بهذه الطريقة تعمل بشكل توافقي . ^{[ 21 ]} تستخدم الهوائيات الرنانة عادةً موصلًا خطيًا (أو عنصرًا ) ، أو زوجًا من هذه العناصر، يبلغ طول كل منها حوالي ربع طول الموجة (ستكون المضاعفات الفردية لأرباع أطوال الموجات رنانة أيضًا). الهوائيات التي يُطلب أن تكون صغيرة مقارنةً بطول الموجة تُضحي بالكفاءة ولا يمكن أن تكون موجهة للغاية. بما أن الأطوال الموجية صغيرة جدًا عند الترددات العالية ( UHF ، الموجات الدقيقة )، فإن التضحية بالأداء للحصول على حجم مادي أصغر ليس مطلوبًا عادةً.  

توزيع التيار والجهد

تحاكي عناصر ربع الموجة عنصرًا كهربائيًا رنينيًا متسلسلًا نظرًا لوجود موجة مستقرة على طول الموصل. عند تردد الرنين، تبلغ الموجة المستقرة ذروة التيار ونقطة جهد (أدنى قيمة) عند نقطة التغذية. كهربائيًا، يعني هذا أن العنصر عند تلك النقطة يتمتع بأقل قيمة للممانعة ، مما يُولّد أقصى تيار بأقل جهد. هذه هي الحالة المثالية، لأنها تُنتج أقصى خرج بأقل دخل، مما يُحقق أعلى كفاءة ممكنة. على عكس دائرة الرنين التسلسلي المثالية (عديمة الفقد)، تبقى مقاومة محدودة (تُقابل الجهد الصغير نسبيًا عند نقطة التغذية) بسبب مقاومة الهوائي للإشعاع ، بالإضافة إلى أي فقد كهربائي تقليدي ناتج عن توليد الحرارة.

تذكر أن التيار ينعكس عند حدوث تغيرات في الخصائص الكهربائية للمادة. ولنقل الإشارة المستقبلة بكفاءة إلى خط النقل، من المهم أن يكون لخط النقل نفس معاوقة نقطة اتصاله بالهوائي، وإلا سينعكس جزء من الإشارة عائدًا إلى جسم الهوائي. وبالمثل، سينعكس جزء من طاقة إشارة المرسل عائدًا إليه إذا حدث تغير في المعاوقة الكهربائية عند نقطة اتصال خط التغذية بالهوائي. وهذا يقودنا إلى مفهوم مطابقة المعاوقة ، أي تصميم النظام الكلي للهوائي وخط النقل بحيث تكون المعاوقة متقاربة قدر الإمكان، مما يقلل من هذه الخسائر. تتم مطابقة المعاوقة بواسطة دائرة تُسمى موالف الهوائي أو شبكة مطابقة المعاوقة بين المرسل والهوائي. تُقاس مطابقة المعاوقة بين خط التغذية والهوائي بواسطة مُعامل يُسمى نسبة الموجة الموقوفة (SWR) على خط التغذية.

لنفترض هوائيًا ثنائي القطب نصف موجي مصممًا للعمل مع إشارات بطول موجي 1  متر، أي أن طول الهوائي من طرف إلى طرف يبلغ حوالي 50  سم. إذا كانت نسبة طول العنصر إلى قطره 1000، فسيكون له مقاومة ذاتية تبلغ حوالي 63  أوم. باستخدام سلك نقل مناسب أو محول توازن، نضبط هذه المقاومة لضمان أقل انعكاس للإشارة.  يتطلب تغذية هذا الهوائي بتيار 1 أمبير جهدًا قدره 63  فولت، وسيشع الهوائي 63  واط (مع إهمال الفقد) من طاقة الترددات الراديوية. الآن، لنفترض أن الهوائي يُغذى بإشارة طولها الموجي 1.25  متر؛ في هذه الحالة، سيصل التيار الناتج عن الإشارة إلى نقطة تغذية الهوائي خارج طور الإشارة، مما يؤدي إلى انخفاض التيار الصافي بينما يبقى الجهد ثابتًا. يبدو هذا كهربائيًا كمقاومة عالية جدًا. لم يعد للهوائي وخط النقل نفس المقاومة، وستنعكس الإشارة عائدة إلى الهوائي، مما يقلل من خرجها. يمكن معالجة هذا الأمر عن طريق تغيير نظام المطابقة بين الهوائي وخط النقل، لكن هذا الحل يعمل بشكل جيد فقط عند تردد التصميم الجديد.

والنتيجة هي أن الهوائي الرنيني سينقل الإشارة بكفاءة إلى خط النقل فقط عندما يكون تردد الإشارة المصدرية قريبًا من تردد تصميم الهوائي، أو أحد مضاعفات الرنين. وهذا ما يجعل تصميمات الهوائيات الرنانة ضيقة النطاق بطبيعتها: فهي مفيدة فقط لنطاق صغير من الترددات المتمركزة حول الرنين (أو الرنينات).

هوائيات قصيرة كهربائياً

من الممكن استخدام تقنيات مطابقة المعاوقة البسيطة للسماح باستخدام هوائيات أحادية القطب أو ثنائية القطب أقصر بكثير من ربع أو نصف الموجة ، على التوالي ، التي تكون عندها في حالة رنين. عند تقصير هذه الهوائيات (لتردد معين)، تصبح معاوقتها خاضعة لتأثير مفاعلة سعوية متسلسلة (سالبة)؛ وبإضافة ملف تحميل مناسب الحجم - وهو ملف حث متسلسل ذو مفاعلة مساوية ومعاكسة (موجبة) - يمكن إلغاء المفاعلة السعوية للهوائي، ليتبقى فقط مقاومة خالصة. 

أحيانًا، يُوصف تردد الرنين الكهربائي (الأقل) الناتج عن هذا النظام (الهوائي بالإضافة إلى شبكة المطابقة) باستخدام مفهوم الطول الكهربائي . ويُطلق على الهوائي الذي يعمل بتردد أقل من تردد رنينه الذاتي اسم الهوائي القصير كهربائيًا . ^{[ 22 ]}

على سبيل المثال، عند تردد 30  ميجاهرتز (طول موجي 10 أمتار) ، يبلغ طول هوائي أحادي  القطب حقيقي رنيني بطول ربع موجة حوالي 2.5 متر، واستخدام هوائي بطول 1.5 متر فقط يتطلب إضافة ملف تحميل. يمكن القول حينها أن الملف قد أطال الهوائي ليصل طوله الكهربائي إلى 2.5 متر. مع ذلك، ستكون المعاوقة المقاومة الناتجة أقل بكثير من معاوقة هوائي أحادي القطب حقيقي رنيني بطول ربع موجة ، مما يستدعي غالبًا مطابقة معاوقة إضافية (باستخدام محول) مع خط النقل المطلوب. بالنسبة للهوائيات الأقصر (التي تتطلب "إطالة كهربائية" أكبر)، تنخفض مقاومة الإشعاع بشكل حاد (تقريبًا وفقًا لمربع طول الهوائي)، مما يؤدي إلى تفاقم عدم التطابق الناتج عن المفاعلة الصافية بعيدًا عن الرنين الكهربائي. أو يمكن القول أيضًا أن دائرة الرنين المكافئة لنظام الهوائي تتميز بمعامل جودة أعلى ، وبالتالي عرض نطاق ترددي أقل، ^{[ 22 ]} مما قد يجعله غير كافٍ لطيف الإشارة المرسلة. وتؤدي الخسائر المقاومة الناتجة عن ملف التحميل، مقارنةً بانخفاض مقاومة الإشعاع، إلى انخفاض الكفاءة الكهربائية ، وهو ما قد يكون مصدر قلق كبير لهوائي الإرسال، إلا أن عرض النطاق الترددي هو العامل الرئيسي الذي يحدد حجم الهوائيات عند تردد 1 ميجاهرتز وما دونه.      

المصفوفات والعاكسات

تتناقص كثافة تدفق القدرة للمجال الصادر من هوائي الإرسال مع المسافة وفقًا لقانون التربيع العكسي ، مما يعكس الانتشار الهندسي للموجة. بالنسبة لتدفق وارد معين، تتناسب القدرة التي يستقبلها هوائي الاستقبال ^{طرديًا مع} مساحته الفعالة . على سبيل المثال، تبلغ المساحة الفعالة لهوائي ثنائي القطب نصف موجي حوالي 0.13 λ² عند النظر إليه من الجانب. بالنسبة لتصميم هوائي ذي كفاءة عالية، لا يمكن زيادة المساحة الفعالة (وبالتالي الكسب) في اتجاه معين إلا بتقليل الكسب في الاتجاهات الأخرى. 

إذا لم يتم توصيل ثنائي القطب نصف الموجي بدائرة خارجية، بل تم توصيله مباشرةً عند نقطة التغذية، فإنه يتحول إلى عنصر رنيني نصف موجي يُنتج بكفاءة موجة مستقرة استجابةً لموجة راديوية ساقطة. ولعدم وجود حمل لامتصاص هذه الطاقة، فإنه يُعيد بثها بالكامل، ربما مع اختلاف في الطور يعتمد بشكل كبير على طول العنصر. وبالتالي، يمكن ترتيب هذا الموصل لنقل نسخة ثانية من إشارة جهاز الإرسال للتأثير على نمط الإشعاع (وممانعة نقطة التغذية) للعنصر المتصل كهربائيًا بجهاز الإرسال. تُعرف عناصر الهوائي المستخدمة بهذه الطريقة باسم المشعات السلبية .

تستخدم مصفوفة ياغي -أودا عناصر سلبية لزيادة الكسب بشكل كبير في اتجاه واحد (على حساب الاتجاهات الأخرى). يتم وضع عدد من العناصر المتوازية، التي يبلغ طولها تقريبًا نصف موجة (بأطوال محددة جدًا)، بشكل متوازٍ مع بعضها البعض، في مواقع محددة، على طول ذراع؛ الذراع مخصص للدعم فقط ولا يُستخدم كهربائيًا. يتم توصيل عنصر واحد فقط كهربائيًا بجهاز الإرسال أو الاستقبال، بينما العناصر المتبقية سلبية. يُنتج هوائي ياغي كسبًا كبيرًا نسبيًا (يعتمد على عدد العناصر السلبية) ويُستخدم على نطاق واسع كهوائي اتجاهي مع مُوجِّه هوائي للتحكم في اتجاه شعاعه. إلا أنه يعاني من نطاق ترددي محدود، مما يحد من استخدامه في تطبيقات معينة.

بدلاً من استخدام عنصر هوائي واحد مُحفَّز مع مشعات سلبية، يُمكن بناء هوائي مصفوفة حيث تُحفَّز عناصر متعددة بواسطة جهاز الإرسال عبر نظام من مُقسِّمات الطاقة وخطوط النقل بأطوار نسبية لتركيز طاقة الترددات الراديوية في اتجاه واحد. علاوة على ذلك، يُمكن جعل المصفوفة الطورية "قابلة للتوجيه"، أي بتغيير الأطوار المُطبَّقة على كل عنصر، يُمكن تغيير نمط الإشعاع دون تحريك عناصر الهوائي فعليًا. من أنواع الهوائيات المصفوفة الشائعة الأخرى مصفوفة ثنائي القطب اللوغاريتمية الدورية ، والتي تُشبه في مظهرها هوائي ياغي (مع عدد من العناصر المتوازية على طول ذراع)، ولكنها تختلف عنه تمامًا في طريقة التشغيل، حيث تُوصَّل جميع العناصر كهربائيًا بالعنصر المجاور مع عكس الطور؛ وباستخدام مبدأ اللوغاريتمية الدورية، تُحقق خاصية فريدة تتمثل في الحفاظ على خصائص أدائها (الكسب والمعاوقة) على نطاق ترددي واسع جدًا.

عندما تصطدم موجة راديوية بصفيحة موصلة كبيرة، تنعكس (مع انعكاس طور المجال الكهربائي) تمامًا كما تعكس المرآة الضوء. يضمن وضع عاكس كهذا خلف هوائي غير موجه إعادة توجيه الطاقة التي كانت ستتجه نحوه إلى الاتجاه المطلوب، مما يزيد من كسب الهوائي بمقدار الضعف على الأقل. وبالمثل، يضمن عاكس الزاوية تركيز طاقة الهوائي بالكامل في ربع واحد من الفضاء (أو أقل)، مما يؤدي إلى زيادة الكسب. عمليًا، لا يشترط أن يكون العاكس صفيحة معدنية صلبة، بل يمكن أن يتكون من ستارة من قضبان محاذية لاستقطاب الهوائي؛ وهذا يقلل بشكل كبير من وزن العاكس ومقاومة الرياح . يُستخدم الانعكاس المرآوي للموجات الراديوية أيضًا في هوائي عاكس مكافئ ، حيث يعمل سطح عاكس منحني على تركيز الموجة الواردة نحو ما يُسمى بهوائي التغذية ؛ مما ينتج عنه نظام هوائي بمساحة فعالة تُقارب حجم العاكس نفسه. تُستخدم مفاهيم أخرى من البصريات الهندسية أيضًا في تكنولوجيا الهوائيات، كما هو الحال مع هوائي العدسة .

يُراعي كسب القدرة للهوائي (أو ببساطة "الكسب") كفاءته، وغالبًا ما يكون المعيار الأساسي لتقييم أدائه. تتميز الهوائيات بعدد من معايير الأداء التي يهتم بها المستخدم عند اختيار أو تصميم هوائي لتطبيق معين. ويُعرف نمط الإشعاع بأنه رسم بياني للخصائص الاتجاهية في الفضاء المحيط بالهوائي . ^{[ 23 ]}

نمط الإشعاع

نمط إشعاع الهوائي هو رسم بياني يوضح شدة المجال النسبي للموجات الراديوية المنبعثة من الهوائي عند زوايا مختلفة في المجال البعيد. ^{[ 29 ]} ويُمثَّل عادةً برسم بياني ثلاثي الأبعاد، أو برسوم بيانية قطبية للمقاطع العرضية الأفقية والرأسية. يبدو نمط الهوائي المثالي متساوي الخواص، الذي يشع بالتساوي في جميع الاتجاهات، كشكل كروي . أما العديد من الهوائيات غير الموجهة، مثل الهوائيات أحادية القطب وثنائية القطب ، فتبعث طاقة متساوية في جميع الاتجاهات الأفقية، مع انخفاض الطاقة عند الزوايا الأعلى والأدنى؛ ويُسمى هذا النمط بالنمط متعدد الاتجاهات ، وعند رسمه يبدو كشكل حلقي أو دونات.

يُظهر إشعاع العديد من الهوائيات نمطًا من القيم القصوى أو " الفصوص " عند زوايا مختلفة، تفصل بينها " نقاط انعدام "، وهي الزوايا التي يتلاشى عندها الإشعاع. ويعود ذلك إلى تداخل الموجات الراديوية المنبعثة من أجزاء مختلفة من الهوائي ، مما يُسبب قيمًا قصوى عند الزوايا التي تصل فيها الموجات الراديوية إلى نقاط بعيدة متوافقة في الطور ، وإشعاعًا معدومًا عند الزوايا الأخرى التي تصل فيها الموجات الراديوية غير متوافقة في الطور . في الهوائي الاتجاهي المصمم لبث الموجات الراديوية في اتجاه معين، يكون الفص في ذلك الاتجاه أكبر من غيره ويُسمى " الفص الرئيسي ". أما الفصوص الأخرى فتمثل عادةً إشعاعًا غير مرغوب فيه وتُسمى " الفصوص الجانبية ". ويُسمى المحور المار عبر الفص الرئيسي " المحور الأساسي " أو " محور التوجيه ".

تصبح أنماط الإشعاع القطبي لهوائيات ياغي أضيق، وتزداد توجيهيتها (وبالتالي كسبها)، عندما تُصمم لنطاق تردد ضيق نسبيًا، مقارنةً بالتصاميم ذات النطاق الترددي الواسع. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

انعكاسات الأرض هي أحد الأنواع الشائعة لتعدد المسارات. ^{[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]}

يمكن أن يتأثر نمط الإشعاع، وحتى معاوقة نقطة التغذية للهوائي، بثابت العزل الكهربائي، وخاصةً موصلية الأجسام المجاورة. بالنسبة للهوائي الأرضي، تُعد الأرض عادةً أحد هذه الأجسام المهمة. لذا، قد يكون ارتفاع الهوائي عن الأرض، بالإضافة إلى الخصائص الكهربائية للأرض ( السماحية والموصلية)، عوامل مهمة. كذلك، في حالة الهوائي أحادي القطب، تعمل الأرض (أو سطح أرضي اصطناعي ) كوصلة عودة لتيار الهوائي، مما يؤثر بشكل إضافي، لا سيما على المعاوقة التي يواجهها خط التغذية.

عندما تصطدم موجة كهرومغناطيسية بسطح مستوٍ كالأرض، ينفذ جزء منها إلى الأرض وينعكس جزء آخر، وفقًا لمعاملات فرينل . إذا كانت الأرض موصلة جيدة جدًا، فإن معظم الموجة ينعكس (بفارق طور 180 درجة)، بينما يمكن للأرض التي تُنمذج كعازل (مُبدد للطاقة) أن تمتص جزءًا كبيرًا من طاقة الموجة. تعتمد الطاقة المتبقية في الموجة المنعكسة، وانزياح الطور عند الانعكاس، اعتمادًا كبيرًا على زاوية سقوط الموجة واستقطابها . يعتمد ثابت العزل الكهربائي والتوصيلية (أو ببساطة ثابت العزل الكهربائي المركب) على نوع التربة، وهما دالتان للتردد .

بالنسبة للترددات المنخفضة جدًا إلى العالية (أقل من  30  ميجاهرتز)، تتصرف الأرض كعازل ذي فقد ، ^{[ 45 ]} وبالتالي تتميز الأرض بكل من الموصلية ^{[ 46 ]} والسماحية (ثابت العزل الكهربائي) التي يمكن قياسها لتربة معينة (لكنها تتأثر بمستويات الرطوبة المتقلبة) أو يمكن تقديرها من خرائط معينة. عند ترددات الموجات المتوسطة المنخفضة ، تعمل الأرض بشكل أساسي كموصل جيد، وهو ما تعتمد عليه هوائيات بث AM (0.5-1.7 ميجاهرتز). 

عند الترددات بين 3 و30  ميجاهرتز، ينعكس جزء كبير من طاقة الهوائي ذي الاستقطاب الأفقي عن الأرض، مع انعكاس شبه كامل عند زوايا السقوط المائلة المهمة لانتشار الموجات الأرضية . هذه الموجة المنعكسة، ذات الطور المعكوس، يمكنها إما إلغاء الموجة المباشرة أو تقويتها، وذلك تبعًا لارتفاع الهوائي (بالطول الموجي) وزاوية الارتفاع (بالنسبة للموجة السماوية ).

من جهة أخرى، لا ينعكس الإشعاع المستقطب عموديًا بشكل جيد عن سطح الأرض إلا عند سقوطه بزاوية مماسية أو فوق أسطح موصلة للغاية مثل مياه البحر. ^{[ 47 ]} ومع ذلك، فإن انعكاس زاوية السقوط المماس، المهم لانتشار الموجات الأرضية، باستخدام الاستقطاب العمودي، يكون متوافقًا في الطور مع الموجة المباشرة، مما يوفر تعزيزًا يصل إلى 6  ديسيبل، كما هو موضح أدناه.

عند الترددات العالية جدًا (VHF) وما فوقها (أكثر من  30  ميجاهرتز)، يصبح سطح الأرض عاكسًا أقل كفاءة. مع ذلك، بالنسبة لترددات الموجات القصيرة ، وخاصةً ما دون 15  ميجاهرتز تقريبًا، يظل سطح الأرض عاكسًا جيدًا، لا سيما في حالة الاستقطاب الأفقي وزوايا السقوط المائلة. وهذا أمر بالغ الأهمية، لأن هذه الترددات العالية تعتمد عادةً على الانتشار الأفقي في خط البصر (باستثناء اتصالات الأقمار الصناعية)، حيث يتصرف سطح الأرض حينها كمرآة تقريبًا.

تعتمد جودة انعكاس الإشارة من الأرض على تضاريس سطحها. فعندما تكون تضاريس السطح أصغر بكثير من الطول الموجي، يسود الانعكاس المنتظم ، ويرى جهاز الاستقبال كلاً من الهوائي الحقيقي وصورة له تحت الأرض نتيجةً للانعكاس. أما إذا كانت تضاريس الأرض غير منتظمة بشكل كبير مقارنةً بالطول الموجي، فلن تكون الانعكاسات متماسكة، بل ستكون متداخلة بأطوار عشوائية. وهذا هو الحال عادةً مع الأطوال الموجية الأقصر (الترددات الأعلى).

عندما يوضع كل من هوائي الاستقبال أو الإرسال على ارتفاعات كبيرة فوق سطح الأرض (مقارنةً بطول الموجة)، فإن الموجات المنعكسة انعكاسًا منتظمًا عن سطح الأرض تقطع مسافة أطول من الموجات المباشرة، مما يُحدث فرقًا في الطور قد يكون كبيرًا في بعض الأحيان. وعندما تُطلق موجة سماوية بواسطة مثل هذا الهوائي، يكون فرق الطور هذا كبيرًا دائمًا ما لم يكن الهوائي قريبًا جدًا من سطح الأرض (مقارنةً بطول الموجة).

في التقريب الأول، يتوزع التيار في هوائي رقيق تمامًا كما هو الحال في خط نقل. — شيلكونوف وفريس (1952) ^{[ 48 ] (ص 217 (الفقرة 8.4))}

إن تدفق التيار في الهوائيات السلكية يُطابق حل الموجات المتعاكسة في خط نقل أحادي الموصل ، والذي يمكن حله باستخدام معادلات التلغراف . تُسهّل الطرق العددية الحصول على حلول التيارات على طول عناصر الهوائي بدقة أكبر ، لذا فقد تم التخلي إلى حد كبير عن تقنيات خط النقل لصالح النمذجة الدقيقة، إلا أنها لا تزال مصدرًا شائع الاستخدام لتقريبات بسيطة ومفيدة تصف بدقة خصائص معاوقة الهوائيات. ^{[ 49 ] (ص 7-10) [ 48 ] (ص 232)}

بخلاف خطوط النقل، تساهم التيارات في الهوائيات في تزويد الجزء المشع من المجال الكهرومغناطيسي بالطاقة، والذي يمكن نمذجته باستخدام مقاومة الإشعاع . ^{[ أ ]}

تُقابل نهاية عنصر الهوائي نهايةً غير مُنهاة (مفتوحة) لخط نقل أحادي الموصل، مما ينتج عنه موجة منعكسة مطابقة للموجة الساقطة، بجهد متوافق في الطور مع الموجة الساقطة وتيار معاكس في الطور (وبالتالي تيار صافٍ صفري، حيث لا يوجد موصل آخر). يشكل مزيج الموجة الساقطة والمنعكسة، كما هو الحال في خط النقل، موجةً مستقرةً بعقدة تيار عند نهاية الموصل، وعقدة جهد على بُعد ربع طول الموجة من النهاية (إذا كان طول العنصر على الأقل بهذا القدر). ^{[ 49 ] [ 48 ]}

في الهوائي الرنيني ، تقع نقطة تغذية الهوائي عند إحدى عقد الجهد. ونظرًا للاختلافات عن النسخة المبسطة لنموذج خط النقل، فإن الجهد على بُعد ربع طول موجي من عقدة التيار لا يساوي صفرًا تمامًا، ولكنه قريب من الحد الأدنى، وهو صغير مقارنةً بالجهد الأكبر بكثير عند طرف الموصل. لذا، تتطلب نقطة التغذية المطابقة للهوائي عند تلك النقطة جهدًا صغيرًا نسبيًا وتيارًا كبيرًا (حيث تتجمع تيارات الموجتين في نفس الطور)، وبالتالي مقاومة منخفضة نسبيًا لنقطة التغذية.

يتطلب تغذية الهوائي من نقاط أخرى جهدًا عاليًا، وبالتالي مقاومة عالية، وعادةً ما تكون هذه المقاومة تفاعلية في المقام الأول ( معامل قدرة منخفض )، مما يُسبب عدم توافق كبير مع خطوط النقل المتاحة. لذلك، يُفضل عادةً أن يعمل الهوائي كعنصر رنين، حيث يبلغ طول كل موصل ربع الطول الموجي (أو أي مضاعفات فردية أخرى لربع الطول الموجي).

على سبيل المثال، يتكون ثنائي القطب نصف الموجي من عنصرين (أحدهما متصل بكل موصل من موصلات خط نقل متوازن) بطول ربع طول الموجة تقريبًا. وبحسب أقطار الموصلات، يُعتمد انحراف طفيف عن هذا الطول للوصول إلى النقطة التي يكون فيها تيار الهوائي وجهد نقطة التغذية (الصغير) متوافقين تمامًا في الطور. عندئذٍ، يُظهر الهوائي مقاومةً بحتة، ومثاليًا، مقاومةً قريبة من المقاومة المميزة لخط النقل المتاح.

على الرغم من هذه الخصائص المفيدة، فإن الهوائيات الرنانة تعاني من عيب يتمثل في أنها لا تحقق الرنين (مقاومة نقطة التغذية فقط) إلا عند تردد أساسي، وربما بعض توافقياته ، وتكون مقاومة نقطة التغذية أكبر عند ترددات الرنين الأعلى. لذلك، لا يمكن للهوائيات الرنانة تحقيق أدائها الأمثل إلا ضمن نطاق ترددي محدود، يعتمد على عامل الجودة (Q) عند الرنين.

تؤثر المجالات الكهربائية والمغناطيسية المنبعثة من عنصر هوائي مُشغَّل عمومًا على الفولتية والتيارات في الهوائيات أو عناصر الهوائيات أو الموصلات الأخرى المجاورة. ويصدق هذا بشكل خاص عندما يكون الموصل المتأثر عنصرًا رنانًا (طوله مضاعف لنصف طول الموجة) عند نفس التردد تقريبًا، كما هو الحال عندما تكون جميع الموصلات جزءًا من نفس مصفوفة الهوائيات النشطة أو السلبية .

نظرًا لوجود الموصلات المتأثرة في المجال القريب، لا يمكن التعامل مع هوائيين على أنهما يرسلان ويستقبلان إشارة وفقًا لمعادلة فريس للإرسال، على سبيل المثال، بل يجب حساب مصفوفة المعاوقة المتبادلة التي تأخذ في الاعتبار كلًا من الفولتية والتيارات (التفاعلات عبر المجالين الكهربائي والمغناطيسي). وبالتالي، باستخدام المعاوقات المتبادلة المحسوبة لهندسة محددة، يمكن حساب نمط إشعاع هوائي ياغي-أودا أو التيارات والفولتية لكل عنصر من عناصر المصفوفة الطورية . كما يمكن لهذا التحليل أن يصف بالتفصيل انعكاس الموجات الراديوية بواسطة سطح أرضي أو عاكس زاوية وتأثيرها على معاوقة (ونمط إشعاع) الهوائي المجاور.

غالبًا ما تكون هذه التفاعلات في المجال القريب غير مرغوب فيها وضارة. فالتيارات في الأجسام المعدنية العشوائية القريبة من هوائي الإرسال غالبًا ما تكون في مواد رديئة التوصيل، مما يتسبب في فقدان طاقة الترددات الراديوية بالإضافة إلى تغيير خصائص الهوائي بشكل غير متوقع. ومن خلال التصميم الدقيق، يمكن تقليل التفاعل الكهربائي بين الموصلات القريبة. على سبيل المثال، تضمن الزاوية القائمة (90 درجة) بين ثنائيي القطب المكونين لهوائي البوابة الدوارة عدم وجود تفاعل بينهما، مما يسمح بتشغيلهما بشكل مستقل (ولكن في الواقع بنفس الإشارة بأطوار متعامدة في تصميم هوائي البوابة الدوارة).

يمكن تصنيف الهوائيات حسب مبادئ تشغيلها أو حسب تطبيقاتها. وقد وضعت جهات مختلفة الهوائيات في فئات أضيق أو أوسع. وتشمل هذه الفئات عمومًا ما يلي:

يتم تلخيص أنواع الهوائيات هذه وغيرها بمزيد من التفصيل في مقالة النظرة العامة، أنواع الهوائيات ، وكذلك في كل مقالة من المقالات المرتبطة في القائمة أعلاه، وبمزيد من التفصيل في المقالات التي ترتبط بها تلك المقالات.

تعريف كلمة " هوائي" في قاموس ويكشنري