هوائي على شكل بطة مطاطية

هوائي البطة المطاطية ( أو هوائي البطة المطاطية) هو هوائي أحادي القطب قصير كهربائيًا ، اخترعه ريتشارد ب. جونسون ، ويعمل بشكل مشابه لهوائي السوط ذي القاعدة المحملة . يتكون من سلك مرن على شكل حلزون ضيق ، مغلف بغلاف مطاطي أو بلاستيكي لحماية الهوائي. ^{[ 1 ]} يُعد هوائي البطة المطاطية نوعًا من الهوائيات الحلزونية ذات الوضع العادي .

تُستخدم هوائيات قصيرة كهربائيًا، مثل هوائي "البطة المطاطية"، في أجهزة الراديو المحمولة باليد بترددات VHF و UHF، بدلاً من هوائي السوط ربع الموجي ، الذي يُعد طويلًا وغير عملي عند هذه الترددات. ^{[ 2 ]} بعد سنوات عديدة من اختراعه عام 1958، أصبح هوائي "البطة المطاطية" الخيار الأمثل للعديد من أجهزة الراديو المحمولة، بما في ذلك أجهزة الاتصال اللاسلكي وغيرها من أجهزة الإرسال والاستقبال المحمولة ، وأجهزة المسح الضوئي ، وغيرها من الأجهزة التي تُعطى فيها الأولوية للسلامة والمتانة على الأداء الكهرومغناطيسي. يتميز هوائي "البطة المطاطية" بمرونته العالية، مما يجعله أكثر ملاءمة للاستخدام اليدوي، خاصةً عند ارتدائه على الحزام، مقارنةً بالهوائيات التلسكوبية الصلبة السابقة.

يُشتق مصطلح "البطة المطاطية" من الغلاف المطاطي الواقي الشائع استخدامه على أجهزة الراديو المحمولة وأجهزة راديو الشرطة. ^{[ 3 ]} ويُطلق عليه اسم بديل يعتمد على شكله القصير: "الهوائي القصير". ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

قبل اختراع هوائي البطة المطاطية، كانت هوائيات أجهزة الراديو المحمولة تتكون عادةً من هوائيات سوطية ربع موجية ، وهي عبارة عن قضبان يبلغ طولها ربع طول موجة الموجات الراديوية المستخدمة. ^{[ 1 ]} في نطاق الترددات العالية جدًا (VHF) حيث كانت تُستخدم، بلغ طول هذه الهوائيات 0.6 أو 0.9 متر (قدمين أو ثلاثة أقدام) ، مما جعلها ضخمة. وغالبًا ما كانت تُصنع من أنابيب تلسكوبية قابلة للسحب عند عدم استخدامها. ولجعل الهوائي أكثر إحكامًا، بدأ استخدام هوائيات قصيرة كهربائيًا ، أقصر من ربع الطول الموجي. تتميز الهوائيات القصيرة كهربائيًا بمفاعلة سعوية كبيرة ، لذا لجعلها رنانة عند تردد التشغيل، يُضاف ملف حث ( ملف تحميل ) على التوالي مع الهوائي. تُسمى الهوائيات التي تحتوي على هذه الملفات الحثية مدمجة في قواعدها بالهوائيات السوطية المحملة بالقاعدة. 

هوائي "البطة المطاطية" هو هوائي قصير كهربائيًا يعمل بربع موجة، حيث يُدمج المحث في الهوائي نفسه بدلًا من قاعدته. يتكون الهوائي من سلك حلزوني ضيق يشبه الزنبرك، والذي يعمل كمحث. يتميز السلك الحلزوني بمرونته، مما يجعله أقل عرضة للتلف من الهوائي الصلب. يُغلف الهوائي الحلزوني بغطاء بلاستيكي أو مطاطي لحمايته. يُعرف هذا النوع من الهوائيات تقنيًا باسم " الحلزون ذي الوضع الطبيعي" . ^{[ 7 ]} يتراوح طول هوائيات "البطة المطاطية" عادةً بين 4% و15% من الطول الموجي؛ ^{[ 7 ]} أي ما يعادل 16% إلى 60% من طول هوائي السوط القياسي بربع موجة.

لأن طول هذا الهوائي أصغر بكثير من الطول الموجي، فإن الفتحة الفعالة ، إذا كانت كفاءتها 100٪، ستكون تقريبًا: ^{[ 8 ]}

${\displaystyle A_{e}={\frac {3\lambda ^{2}}{8\pi }}}$

على غرار الهوائيات القصيرة الأخرى ذات الجهد الكهربائي المنخفض، يتميز هوائي "البطة المطاطية" بأداء أضعف ( كسب أقل ) بسبب الفقد، وبالتالي كسبه أقل بكثير من هوائي السوط ربع الموجة. مع ذلك، فهو يتمتع بأداء أفضل نوعًا ما من هوائي ذي قاعدة محملة بنفس الطول. ويعود ذلك إلى توزيع الحث في جميع أنحاء الهوائي، مما يسمح بمرور تيار أكبر نسبيًا فيه.

تتميز هوائيات "البطة المطاطية" بكسب أقل من هوائي ربع الطول الموجي كامل الحجم، مما يقلل من مدى الراديو. تُستخدم عادةً في أجهزة الراديو ثنائية الاتجاه قصيرة المدى حيث لا يُعد المدى الأقصى شرطًا أساسيًا. تصميمها حل وسط بين كسب الهوائي وصغر حجمه. يصعب تحديد خصائصها الكهربائية لأن توزيع التيار على طول العنصر ليس جيبيًا كما هو الحال مع الهوائي الخطي الرقيق.

على غرار الهوائيات أحادية القطب القصيرة الأخرى المحملة حثيًا، يتميز هوائي "البطة المطاطية" بمعامل جودة عالٍ ، وبالتالي نطاق ترددي ضيق . هذا يعني أنه كلما ابتعد التردد عن التردد المركزي المصمم للهوائي، زادت نسبة الموجة الموقوفة (SWR) ، وبالتالي انخفضت كفاءته بسرعة. يُستخدم هذا النوع من الهوائيات غالبًا ضمن نطاق ترددي واسع، مثل 100-500  ميجاهرتز، ويكون أداؤه ضعيفًا ضمن هذا النطاق، ولكن في العديد من تطبيقات الراديو المتنقل، توجد قوة إشارة فائضة كافية للتغلب على أي قصور في الهوائي.

• إذا كانت لفات الزنبرك عريضة (قطر كبير)، بالنسبة لطول المصفوفة، فسيكون للهوائي الناتج نطاق ترددي ضيق.
• وعلى العكس من ذلك، إذا كانت لفات الزنبرك ضيقة، بالنسبة لطول المصفوفة، فإن الهوائي الناتج سيكون له أكبر عرض نطاق ممكن.
• إذا كان الهوائي رنانًا، وكان للزنبرك قطر كبير، فإن المعاوقة ستكون أقل بكثير من 50 أوم ، وتميل نحو 0 أوم مع المحاثات الكبيرة حيث يبدأ الهيكل في التشابه مع دائرة مضبوطة على التوالي ذات مقاومة إشعاعية ضئيلة .  
• إذا كان الهوائي رنانًا، وكان للزنبرك قطر صغير، فإن المعاوقة ستزداد نحو 70  أوم.

انطلاقاً من هذه القواعد، يمكن استنتاج إمكانية تصميم هوائي "البطة المطاطية"  بمقاومة تبلغ حوالي 50 أوم عند نقطة التغذية، ولكن قد يكون من الضروري التضحية بعرض النطاق الترددي. أما هوائيات "البطة المطاطية" الحديثة، كتلك المستخدمة في الهواتف المحمولة، فهي مصممة بشكل مخروطي يقلل من الحاجة إلى التضحية بالأداء.

تختلف بعض هوائيات "البطة المطاطية" اختلافًا كبيرًا عن التصميم الأصلي. يستخدم أحد أنواعها زنبركًا فقط للدعم، وهو موصول بدائرة قصر كهربائية، مما يجعل الهوائي هوائيًا خطيًا كهربائيًا. بينما تستخدم هوائيات "البطة المطاطية" الأخرى زنبركًا مصنوعًا من مادة غير موصلة للدعم، وتتكون من مصفوفة هوائيات خطية. ومع ذلك، لا تزال هذه الهوائيات تُسمى هوائيات "البطة المطاطية" رغم اختلاف طريقة عملها (وأحيانًا تفوقها) عن الهوائي الزنبركي الأصلي.

• هواة اللاسلكي
• بالون
• العنصر المُحرك
• مشع متساوي الخواص
• هوائي متعدد الاتجاهات
• الاستماع عبر الموجات القصيرة
• هوائي سوطي