هوائي البوابة الدوارة

في الاتجاهات العمودية على محورها، تشع الهوائي موجات راديوية مستقطبة خطيًا ( مستقطبة أفقيًا عندما يكون محور الهوائي رأسيًا). يُسمى هذا النمط بالنمط العادي . يكون نمط الإشعاع ، وهو عبارة عن تراكب لنمطي ثنائي القطب، قريبًا من نمط الإشعاع الشامل ، ولكنه في الواقع على شكل ورقة برسيم، مع أربع قمم صغيرة عند أطراف العناصر. ينحرف النمط عن نمط الإشعاع الشامل بنسبة ±5% فقط. ^{[ 3 ]} غالبًا ما يتم زيادة الإشعاع في هذه الاتجاهات الأفقية عن طريق تكديس هوائيات دوارة متعددة رأسيًا (تُسمى "خلايا") يتم تغذيتها بنفس الطور. يؤدي هذا إلى زيادة الكسب عن طريق تقوية الإشعاع في الاتجاهات الأفقية المطلوبة، ولكنه يتسبب في إلغاء جزئي للإشعاع في الاتجاهات الرأسية، مما يقلل من الطاقة المهدرة المشعة في السماء أو نحو الأرض. تُستخدم هذه الهوائيات الدوارة المكدسة ذات النمط العادي عند ترددات VHF وUHF لبث FM والتلفزيون.

بما أن أول بوابات دوارة اخترعها براون كانت تعمل في هذا الوضع، فإن البوابة الدوارة ذات الوضع العادي تسمى أحيانًا بهوائي بوابة جورج براون الدوارة . ^{[ 3 ]}

من طرفي محور الهوائي، عموديًا على مستوى العناصر، يشع الهوائي موجات راديوية مستقطبة دائريًا . يُسمى هذا النمط بالنمط المحوري . يكون الإشعاع الصادر من أحد الطرفين مستقطبًا دائريًا يمينًا، ومن الطرف الآخر مستقطبًا دائريًا يسارًا. ويُحدد طور وصلات التغذية نوع الاستقطاب الناتج من كل طرف. ولأن الهوائي الاتجاهي لا يحتاج إلا إلى حزمة واحدة، يُضاف في هوائي النمط المحوري البسيط سطح موصل مستوٍ، مثل عاكس شبكي معدني، على بُعد ربع طول موجي خلف العناصر المتقاطعة. ^{[ 1 ]} تنعكس الموجات في ذلك الاتجاه بزاوية 180 درجة، ويعكس الانعكاس اتجاه الاستقطاب، مما يُعزز الإشعاع الأمامي. ^{[ 1 ]} على سبيل المثال، إذا كانت الموجات الراديوية المُشعّة للأمام مستقطبة دائريًا يمينًا، فإن الموجات المُشعّة للخلف ستكون مستقطبة دائريًا يسارًا. يعكس العاكس المسطح اتجاه الاستقطاب، فتصبح الموجات المنعكسة مستقطبة دائريًا يمينًا. بوضع العاكس على بُعد ربع طول الموجة (λ/4) خلف العناصر، تصبح الموجات المباشرة والمنعكسة متوافقة في الطور، فتتضافر. يؤدي إضافة العاكس إلى زيادة الإشعاع المحوري بمقدار الضعف (3 ديسيبل).

هناك طريقة شائعة أخرى لزيادة إشعاع الوضع المحوري وهي استبدال كل ثنائي قطب بمصفوفة ياغي .

في الهوائي ذي الاستقطاب الدائري، من المهم أن يكون اتجاه استقطاب هوائي الإرسال والاستقبال هو نفسه، لأن الهوائي ذو الاستقطاب الدائري الأيمن سيعاني من فقدان شديد في الكسب عند استقبال موجات الراديو ذات الاستقطاب الدائري الأيسر، والعكس صحيح.

تُستخدم هوائيات البوابة الدوارة ذات الوضع المحوري غالبًا في هوائيات الأقمار الصناعية والصواريخ، ^{[ 6 ]} نظرًا لاستخدام الاستقطاب الدائري في اتصالات الأقمار الصناعية . ويعود ذلك إلى أن التوجيه النسبي لعناصر الهوائي لا يؤثر على الكسب مع الموجات المستقطبة دائريًا.

تتمثل إحدى الطرق الشائعة لتغذية ثنائيي القطب في هوائي البوابة الدوارة في تقسيم إشارة الترددات الراديوية من خط النقل إلى إشارتين متساويتين باستخدام مقسم ثنائي الاتجاه، ثم تأخير إحداهما بمقدار 90 درجة إضافية من الطول الكهربائي. يتم تطبيق كل طور على أحد ثنائيي القطب. ^{[ 3 ]}

من خلال تعديل طول وشكل ثنائيات الأقطاب، يمكن أن تصل المعاوقة الطرفية المجمعة المقدمة إلى نقطة تغذية واحدة إلى مقاومة خالصة وتوليد تيارات تربيعية في كل ثنائي قطب. ^{[ 3 ] [ 6 ]} تُعرف هذه الطريقة لتغيير الأبعاد الفيزيائية لعنصر الهوائي لتوليد تيارات تربيعية باسم التغذية بالبوابة الدوارة . ^{[ 1 ]}

وصفت براءة اختراع براون الأصلية تكديس هوائيات دوارة متعددة عموديًا لتكوين هوائي عالي الكسب، مستقطب أفقيًا، متعدد الاتجاهات، للبث الإذاعي. ^{[ 3 ] [ 2 ]} وقد استُخدمت هذه الهوائيات في بعض هوائيات البث الإذاعي الأولى بتقنية FM في ثلاثينيات القرن العشرين. مع ذلك، تستخدم معظم هوائيات البث الإذاعي الحديثة بتقنية FM الاستقطاب الدائري، لذا فإن قوة الإشارة لا تتغير بتغير اتجاه هوائي جهاز الاستقبال.

تضمنت إحدى الابتكارات اللاحقة تغيير شكل عناصر ثنائي القطب، من قضبان بسيطة إلى أشكال أعرض، لزيادة عرض نطاق الهوائي. ^{[ 7 ]} استخدمت هوائيات البث التلفزيوني المبكرة عناصر على شكل سيجار، كما هو موضح في صورة هوائي مبنى إمباير ستيت التابع لشركة RCA عام 1939 أعلاه. أما الشكل الشائع اليوم فهو هوائي جناح الخفاش أو الهوائي الدوار الفائق ، المستخدم في البث التلفزيوني في نطاقي VHF أو UHF . ^{[ 8 ]} ينتج عن شكل جناح الخفاش لكل عنصر هوائي ذو عرض نطاق مقاومة واسع. ^{[ 1 ]} عادةً ما يتم تكديس ما يصل إلى ثمانية هوائيات جناح الخفاش عموديًا وتغذيتها في نفس الطور لتكوين هوائي متعدد الاتجاهات عالي الكسب للبث التلفزيوني. ^{[ 3 ] [ 1 ]} كان عرض النطاق الواسع ضروريًا في نطاق البث التلفزيوني التناظري VHF المنخفض، حيث  كان عرض نطاق قناة التلفزيون 6 ميجاهرتز حوالي 10% من التردد. ^{[ 1 ]}

استُخدم الاستقطاب الدائري في اتصالات المركبات الفضائية (الأقمار الصناعية والصواريخ)، لأنه لا يتأثر بالاتجاه النسبي للهوائيات، ويمكن أن يكون لهوائي المركبة الفضائية أي اتجاه بالنسبة للهوائي الأرضي. وكثيراً ما استُخدمت هوائيات ياغي الدوارة عالية الكسب في المحطة الأرضية.

استخدم برنامج صواريخ نايك الأمريكي الوضع المحوري للقياس عن بعد، واستخدم تقنية ثنائي القطب المعدلة لفرض تيارات التربيع. ^{[ 6 ]}