خصائص الهوائيّات ذات نصف طول الموجة

2013 تبسيط علم الإلكترونيات

ستان جيبيليسكو

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الفيزياء

تؤدّي الهوائياتُ التي يبلغ قياسُها من الطرف إلى الطرف نصفَ طول موجة (λ/2) عملَها جيّداً عندما يتمّ تصميمُها وتوضُّعها بشكلٍ جيّد. لننظر في بعض الخصائص الأساسيّة للهوائيّات ذات نصف طول الموجة.

الصيغ والعبارات

يمكننا حسابُ مدى المسح لهوائيّ بنصف طول الموجة في الفضاء الحرّ مستخدِمين العبارة:

 

حيث L_m المسافة الخطّيّة مُقدَّرةً بالأمتار، وf_MHz التردّد مُقدَّراً بالميغا هرتز. إذا أردنا حسابَ المسافةَ L_ft بالأقدام بدلاً من الأمتار، فإننا نستخدم العلاقة:

        

فكرة مفيدة: علينا في حالة السلك العادي أن نضرب النتائج السابقة بعامِل سرعةٍ قدره 0.95 (95%). يستخدم المهندسون الحرف v لتمثيل عامِل السرعة في المعادلات والصيغ.

يمكن لقيمة v في حالة شبكة الأنابيب المعدنية أن تنخفض لحوالي 0.90 (90%). تكمن الحاجةُ إلى هذا التصحيح في حقيقةِ كون الموجات ذات التردّد الراديوي RF تنتقل على طول الهوائي بسرعةٍ من 90% إلى 95% من سرعة انتشارها في الفضاء الخالي.  

 

– القطب الثنائي المفتوح

يتألّف القطب الثنائي المفتوح (Open Dipole) أو الثنائيّة المفتوحة (Doublet) من مُشِعّ بنصف طول موجة -مثل قطعة سلك مستقيم أو أنبوب معدني- مُغذّىً في المركز، كما يُبيِّن الشكل 12-2A. يقيس طولُ كلِّ طرفٍ أو "ساقٍ" من الهوائيّ إذن ربعَ طول الموجة (λ/4).

يمكننا في حالة السلك المستقيم حسابُ الطول التقريبي L_m بالأمتار عند تردّد تصميمٍ f_MHz بالميغا هرتز وذلك عبر استخدام العلاقة:

بينما يبلغ الطولُ بالأقدام تقريباً

تفترض مثلُ هذه العلاقات أن عامِل السرعة مساوٍ لـ v=0.95 (95%).

يشتغل القطب الثنائي بشكلٍ فعّال عند جميع التوافقيّات ذات المُضاعَفات الفردية من التردّد الأساسيّ، بالإضافة إلى التردّد الأساسي نفسه.

 

– مسألة 12-2 : 

ما هو الطول من النهاية إلى النهاية لهوائي قطبٍ ثنائي مفتوحٍ بنصف طول موجة، ومصنوعٍ من سلك نرغب باستعماله عند التردّد 7.100 ميغا هرتز؟ عبّر عن الإجابة بالأمتار، وكذلك بالأقدام.

الحلّ: 

نضع الأعداد المناسبة في الصيغ، فنحصل على

 

– القطب الثنائي القابِل للثني (الطي)

يضمّ القطب الثنائي القابِل للثني (Folded Dipole) عنصراً مُشِعّاً بنصف طول موجة مُغَذّىً في المركز، تمّ إنشاؤه عبر سلكَين متوازِيَين ترتبط نهاياتهما معاً كما يبيّن الشكل 12-2B.

يعمل القطب الثنائي القابِل للثني جيّداً في التطبيقات التي لا نهتمّ فيها كثيراً للاكتساب وللاتجاهيّة. ربّما تكون قد شاهدتَ هذا النوع من الهوائيّ مُباعاً لكي يُستخدَمَ كهوائيٍّ داخليٍّ مُستقبِلٍ لبثّ الـ FM ذي الأغراض التجاريّة.

إن عباراتِ الطول من النهاية للنهاية في القطب الثنائي القابِل للثني مُطابقةٌ تقريباً للعبارات الموافقة للقطب الثنائي المفتوح بنصف طول موجة. لا تعمل القطعةُ المَثْنِيّةُ من الهوائي كخطّ إرسال، بل إنها تقوم -عوضاً عن ذلك – بإشعاعِ واستقبالِ إشاراتِ تردّد راديوي RF.

تحتاج إلى القيام بإجراء "المحاولة والخطأ" إذا أردتَ بناءَ هوائيٍّ ثنائيِّ القطبيّة قابلٍ للثني وحعله أمثلي. تُمثِّل الصيغ والعبارات التالية تقريباتٍ جيّدةً، بافتراض قيمةِ 0.925 (92.5%) لعامِل السرعة:  

يعمل القطب الثنائي القابِل للثني -مثله في ذلك مثل القطب الثنائي المفتوح- جيّداً عند جميع التوافقيّات ذات المُضاعَفات الفردية من التردّد الأساسي، علاوةً على التردّد الأساسيّ نفسه.

 

– زيب

يتألّف هوائي زيبلين (Zeppelin) – ويُسمّى أيضاً زيب  (Zepp)– من مُشِعّ ذي نصف طول موجة مُغذّىً عند إحدى نهايتَيه بمقطعٍ ذي ربع طول موجة من خطّ إرسالٍ بسلكَين اثنَين، كما يُبيِّن الشكلُ 12-2C.

يمكننا حسابُ الطول التقريبي في حالةِ مُشِعِّ سلكٍ مستقيمٍ باستخدام الصيغ والعباراتِ نفسها التي نستعملها في حالة القطب الثنائي المفتوح ذي نصف طول الموجة. من أجل تردّد تصميمٍ f_MHz، نحسب الطول التقريبي L_m بالأمتار

بينما يُساوي الطول L_ft المُقدَّر بالأقدام تقريباً

يشتغل هوائيّ زيب بشكلٍ فعّال عند جميع التوافقيّات (المُضاعَفات الزوجيّة والفرديّة) لتردّد التصميم، علاوةً على تردّد التصميم نفسِه. تمثِّل قيمةُ طول المكون المُشِعّ في هوائي زيب قيمةً حرجةً ومهمّةً -أكثر منها في حالة القطب الثنائي المفتوح أو القابِل للثنيّ-. 

إذا لم يكن للمكون المُشِعّ مدىً – الطول من النهاية إلى النهاية – مقدارُه مساوٍ تماماً تقريباً لـ 0.500 طول موجة كهربائي أو مُضاعَفٌ صحيحٌ لهذا النصف، فإن خطّ التغذية ذا السلك الموازي لن يعملَ بشكلٍ جيّد.      

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]