الموجات الثابتة

2013 تبسيط علم الإلكترونيات

ستان جيبيليسكو

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الفيزياء

غالباً ما توجد مناطقُ ذات تيّار -أو فولطية- بتردّد راديوي RF عالٍ أو منخفض في نُظُم الهوائيّات. تظهر هذه المناطِق كـموجاتٍ دائمة (Standing Waves) (ثابتة) تمثِّل قيماً حدّيّة أعظميّة أو أصغريّة للتيّار أو الفولطية.

ندعو هذه الموجات بـ"الثابتة" لأنها تبقى في مواضع ثابتة ما لم تتغيّر بعض خصائص الهوائيّ. أدّى موضوع الموجات الثابتة إلى انتشارٍ كبيرٍ لكتبٍ ومقالاتٍ ذات علاقة، بالإضافةِ لبعض الأساطير والمفاهيم المغلوطة عند الناس العادييّن، وحتى عند بعض المهندسين. 

يُبيِّن الشكلُ 12-15 ثلاثة أمثلةً عن موجاتٍ ثابتة على العنصر المُشِعّ لهوائي مُرسِل بتردّد راديوي RF. تَنتُج الموجاتُ الثابتة عن تيّاراتٍ (خطوط مستمرّة) وفولطياتٍ (خطوط متقطّعة) ذات تردّد راديوي RF، تعزِّز بعضها البعض عند نقاطٍ ثابتة تُدعى عُرواتٍ، بينما تحذف بعضَها بعضاً عند نقاط ثابتةٍ أخرى تُدعى عُقداً.

هناك ثلاث حالاتٍ، كما يلي:

1. يبيِّن الشكل 12-15A نمطَ موجاتٍ ثابتة على هوائيّ مستقيمٍ يقيس 1/2 طولَ موجةٍ، ويُغذّى عند المركز بخطّ إرسال ذي أسلاك متوازية.

2. يُبيِّن الشكلُ 12-15B نمطَ موجاتٍ ثابتة على عنصر مُشِعٍّ يقيس طولَ موجةٍ كاملاً، ويُغذّى عند المركز بخطّ إرسال ذي أسلاك متوازية.

3. يُبيِّن الشكلُ 12-15C نمطَ موجاتٍ ثابتة على عنصر مُشِعٍّ يقيس طولَ موجةٍ كاملاً، ويُغذّى عند نهايةٍ طرفيّةٍ بخطّ إرسال ذي أسلاك متوازية.

لا مدعاةَ للقلق بسبب وجود الموجات الثابتة على مُشِعّات الهوائي، أمّا الموجات الثابتة على خطوط الإرسال فيمكنها أحياناً التسبّب بمشاكِل. لا تحدث موجاتٌ ثابتة على خطّ إرسالِ RF عديمِ الهدر (مثالي) ينتهي بحِمْلٍ يُبدي ممانعةً بشكلِ مقاومةٍ صرفةٍ مساويةٍ للممانعة التخصصية للخطّ. يبقى تيّار الـ RF وفولطية الـ RF منتظِمَين على طول الخطّ، ويحقّقان دوماً نسبةً تُعطى بالعلاقة:

Z₀ = E / I

إذا لم يُبدِ الحِمْلُ ممانعةً بشكل مقاومة صرفة، أو إذا كانت له مقاومة صرفةٌ تختلف قيمتُها عن الممانعة التخصصية لخطّ الإرسال، فإن توزُّع التيّار والفولطية على طول الخطّ يكون غيرَ متوازِن، ممّا يعطي موجاتٍ ثابتة.عندما نُزيد امتداد عدمِ مطابقة الممانعةِ هذا – كما يُدعى- فإن عدمَ انتظام التيّار والفولطية يزداد، بينما تغدو الموجاتُ الثابتة على طول الخّط أكثرَ حدّةً.