هوائي السلك: التصميم والعمل والأنواع وتطبيقاته

الهوائي هو جهاز معدني يستخدم لإرسال واستقبال الإشارات الراديوية الكهرومغناطيسية حيث تمثل هذه الإشارات بعض المعلومات. تم تصميم أجهزة الراديو بشكل أساسي للاتصالات اللاسلكية لبث إشارات الراديو والموجات الدقيقة. بشكل عام ، الهوائيات متوفرة بأحجام وأشكال مختلفة. هناك العديد من الأسباب لاستخدام الهوائيات ، ولكن السبب الرئيسي هو توفير طريقة بسيطة لنقل الإشارات أو البيانات. هناك مختلف أنواع الهوائيات متاح مثل ياغي أودا ، فتحة ، عاكس ، هوائي سلك ، وغيرها الكثير. تتناول هذه المقالة أحد أنواع الهوائيات مثل هوائي السلك - العمل مع التطبيقات.

تعريف هوائي السلك

الهوائي السلكي هو نوع من هوائي الراديو يتضمن سلكًا طويلًا معلقًا فوق الأرض. يلتقط السلك الموجود في الهوائي الإشارات ويشعها أكثر. في هذا الهوائي ، لا علاقة لطول هوائي السلك بطول موجته. يتم توصيل السلك ببساطة بجهاز الإرسال أو المستقبل من خلال موالف الهوائي لإرسال الإشارات أو استقبالها. هذه الهوائيات معروفة جيدًا نظرًا لسهولة تركيبها وقابليتها للنقل. يظهر مخطط هوائي السلك أدناه.

تصميم هوائي السلك

بناء الهوائيات بأسلاك طويلة بسيط لأن طول هذا الهوائي السلكي مضاعف λ / 2. بشكل عام ، تُعرف الهوائيات التي يبلغ طولها λ / 2 أو λ / 4 باسم هوائي نصف موجة ثنائي القطب . لكن الهوائي الذي يزيد طوله عن λ / 2 يُعرف بـ a هوائي سلك طويل . لذا فإن طول الهوائي بسلك طويل يعتبر من مضاعفات نصف الطول الموجي. لذلك ، يُعطى طول الهوائي بسلك طويل على النحو التالي (L = n λ / 2).

يتم ترتيب هذه الأسلاك عموديًا أو أفقيًا ، لكن الاتجاه يكون أحيانًا غير منتظم فيما يتعلق بالأرض. يتم توفير الإثارة الخارجية لهذا الهوائي عبر خطوط التغذية حيث يتم توفير خط التغذية ببساطة في نهاية السلك أو المركز أو في أي مكان في منتصف طول السلك.

هنا يظهر استقطاب الهوائي السلكي من خلال اتجاه الهوائي بالنسبة إلى الأرض. يمثل موضع نقطة التغذية اتجاه الفص. في هذا البناء البسيط للهوائي السلكي ، يتم توصيل سلك توصيل بسيط من طرف إلى طرف بين محطات الإرسال والاستقبال. لذا ، فإن اتصال السلك الطويل المباشر بين الطرفين سيسمح للإشارة من محطة الإرسال وتشع الإشارة بحيث يمكن الحصول عليها في النهاية المتبقية.

كيف يعمل سلك الهوائي؟

الهوائي بسلك طويل عبارة عن مزيج من عدة ثنائيات أقطاب نصف موجية ؛ لذلك ، مبدأ تشغيله هو نفس نصف الموجة الهوائي ثنائي القطب. لذا فإن طول هذه الهوائيات أكبر مقارنة بنصف الطول الموجي. لذلك ، عندما يتم تحفيز سلك موصل طويل بجهد الدخل ، فإن حاملات الشحنة سوف تنجرف بعد ذلك بناءً على نصف الإشارة المطبقة. إذا تم تطبيق النصف الأول من الإشارة ، فستواجه حاملات الشحنة قوة جذابة بينما إذا تم استخدام نصف دورة سالبة ، فإن حاملات الشحنة ستتعرض للتنافر. لذا فإن العمل التراكمي لحامل الشحنة هذا في الموصل ينتج مجالًا كهربائيًا غير مستقر. لذلك تُشع الإشارة بهذه الطريقة في الطرف الآخر عبر هوائي السلك الطويل.

الهوائي ذو السلك الطويل أكبر مقارنة بنصف الطول الموجي. عندما يتم زيادة طول هوائي السلك الطويل ، فإن الاتجاهية ستتحسن أيضًا. إنه ملحوظ في حالة الهوائي بسلك طويل ؛ بالنسبة لأدنى تردد للعملية ، بشكل عام ، يعتبر الطول نصف طول موجي ويتم توفير التغذية الخارجية في النهاية.

أنواع هوائي الأسلاك

يتم تصنيف هذه الهوائيات إلى أنواع مختلفة ويتم مناقشة كل نوع أدناه.

هوائي ثنائي القطب قصير

الشكل البسيط للهوائي السلكي هو هوائي ثنائي القطب قصير. هذه دائرة مفتوحة حيث يتم تغذية الإشارة أو البيانات داخل المركز. في هذا الهوائي ، لا يشير المصطلح 'قصير' إلى حجم الهوائي ولكنه يشير في الأساس إلى الطول الموجي النسبي. يحتوي هذا الهوائي على طرفين حيث يكون أحد طرفيه مفتوحًا ويتم تغذية الطرف المتبقي بواسطة مصدر تيار متردد. يتراوح مدى تردد هذا الهوائي من 3 كيلو هرتز إلى 30 ميجا هرتز ، لذلك يتم استخدامه في الغالب في أجهزة الاستقبال منخفضة التردد.

هوائي ثنائي القطب

يعد الهوائي ثنائي القطب أحد أهم أشكال هوائي الترددات الراديوية والذي يتضمن سلكًا موصلًا كهربائيًا وإلا قضى نصف طول أقصى طول موجي مفضل. يتم تقسيم السلك أو القضيب في المركز من خلال عازل حيث يتم توصيل كل طرف في المركز ببساطة بخط التغذية من خلال balun عادةً إلى كبل متحد المحور.

تستخدم هذه الهوائيات على نطاق واسع في اتصالات الراديو المختلفة. هذا الهوائي سهل التصميم للغاية ويعمل على المقاطع عالية التردد وعالية التردد وعالية التردد من طيف الترددات الراديوية. يرجى الرجوع إلى هذا الرابط لمعرفة المزيد عن هوائي ثنائي القطب .

هوائي حلقي

الهوائي الحلقي هو أحد أنواع الهوائيات السلكية التي تستقبل إشارات الراديو بشكل أكثر كفاءة مقارنة بالهوائيات الأخرى. تعتبر هذه الهوائيات أكثر كفاءة من الهوائيات الأخرى لأنها تستخدم كهرباء أقل وتعمل مع نطاق واسع من الترددات (300 ميجا هرتز إلى 3 جيجا هرتز). يعتمد أداء هذا الهوائي بشكل أساسي على عوامل مختلفة مثل التصميم والتنسيب وما إلى ذلك.

في الهوائيات الحلقية ، يمكن أن يشكل ثني الأسلاك أشكالًا مختلفة مثل الدائرية والمثلثة والمستطيلة والإهليلجية. هذه الهوائيات بسيطة للغاية ومتعددة الاستخدامات وغير مكلفة ، لذا فهي تستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات المستخدمة في أجهزة RFID لاكتشاف موضع المرسل ، وتستخدم كأجهزة إرسال UHF ، وتستخدم لاستقبال موجات HF داخل أجهزة استقبال الراديو ، إلخ.

هوائي نصف موجي ثنائي القطب

يسمى نوع من الهوائي ثنائي القطب حيث يكون طول ثنائي القطب نصف طوله الموجي عند تردد التشغيل الهوائي نصف الموجي ثنائي القطب. هذا هوائي ثنائي القطب مشهور جدًا يُعرف أحيانًا باسم هوائي هيرتز.

يحتوي هذا الهوائي على هيكل رنيني بسيط لتطبيقات الإرسال والاستقبال. هذه عناصر أساسية في جميع أشكال الهوائيات لأن هذه الهوائيات تساعد في تصميم هوائيات معقدة مختلفة. يتراوح نطاق تردد تشغيل هذا الهوائي بين 3 كيلوهرتز و 300 جيجاهرتز.

تستخدم هوائيات نصف الموجة ثنائية القطب بشكل أساسي في أجهزة استقبال الراديو والتلفزيون. عند استخدام هذه الهوائيات مع نوع آخر من الهوائيات ، فإنها تظهر أداءً رائعًا.

هوائي ثنائي القطب مطوي

هوائي ثنائي القطب مطوي هو نوع واحد من الهوائي يتضمن موصلين. ترتبط هذه الموصلات ببساطة على جانبين ويتم طيها لتشكيل شكل أسطواني مغلق. طول ثنائي القطب هو نصف الطول الموجي. وبالتالي ، يُعرف باسم هوائي ثنائي القطب نصف موجة مطوي. نطاق التردد لهذا الهوائي ثنائي القطب المطوي يتراوح من 3 كيلو هرتز إلى 300 جيجا هرتز وهو الأكثر استخدامًا من قبل أجهزة استقبال التلفزيون.

هوائي أحادي القطب

الهوائي أحادي القطب هو هوائي إرسال لاسلكي يشتمل على موصل واحد يتم تغذيته بشكل طبيعي عند قاعدة الهوائي من خلال مصدر جهد. هذا الهوائي عبارة عن هوائي بسيط للغاية أحادي السلك يتم تركيبه عموديًا ويستخدم بشكل طبيعي لكل من إشارات الإرسال والاستقبال. لذلك يتم استخدامها لأغراض البث أو الاتصال. تعمل الهوائيات أحادية القطب في نطاقات RFID السفلية (2.2 إلى 2.6 جيجاهرتز) ، ونطاقات RFID المتوسطة (5.3 إلى 6.8 جيجاهرتز) ، ونطاقات RFID العلوية (8.7 إلى 9.5 جيجاهرتز).

هوائي حلزوني

الهوائي الحلزوني هو نوع واحد من الهوائي السلكي والذي يُعرف أيضًا باسم الهوائي الحلزوني لأن شكل هذا الهوائي عبارة عن حلزون. نطاق التردد لهذا الهوائي حوالي 30 ميجا هرتز - 3 جيجا هرتز. لذلك يعمل هذا الهوائي الحلزوني في نطاق VHF و UHF.

يستخدم الهوائي الحلزوني لإرسال واستقبال إشارات VHF ، ويستخدم للاتصالات الفضائية والمسبار الفضائي ، ولعلم الفلك الراديوي ، فإنه ينشئ الاتصالات بين القمر والأرض. يرجى الرجوع إلى هذا الرابط لمعرفة المزيد عن هوائي حلزوني .

ثنائيات أقطاب النطاق العريض

الهوائي ثنائي القطب عريض النطاق هو أحد أنواع الهوائيات السلكية التي توفر ببساطة أداءً متميزًا للدوائر القصيرة إلى متوسطة المدى بشكل أساسي. بالنسبة للدوائر قصيرة المدى القائمة على الاتصالات ذات الترددات المنخفضة ، فإن مخطط إشعاع هذا الهوائي له زاوية إقلاع عالية. وبالمثل ، بالنسبة للدوائر متوسطة المدى القائمة على الاتصالات عند الترددات الأعلى ، فإن مخطط إشعاع هذا الهوائي له زوايا إقلاع أقل.

هوائي البرسيم

الهوائي ذو الأوراق البرسيمية هو أحد أنواع الهوائيات السلكية المستقطبة دائريًا ومخطط إشعاع هذا الهوائي هو نفسه الهوائي ثنائي القطب. يشتمل هذا الهوائي بشكل أساسي على ما لا يقل عن 3 أو 4 إطارات متصلة بالتوازي وملفوفة أيضًا بطريقة معينة للحصول على استقطاب دائري.

كسب الهوائي السلكي

ال كسب الهوائي هي قدرة الهوائي على إصدار أقل أو أكثر في أي اتجاه مقارنة بالهوائي النظري. يشير هذا الكسب ببساطة إلى مدى قوة الهوائي في إرسال أو استقبال إشارة في اتجاه معين. كسب هوائي السلك هو ؛

بالنسبة لثنائي أقطاب قصير يكون 1.5 (1.76 ديسيبل) ولأجل

ثنائي القطب نصف الموجة ، يرتفع إلى 1.64 (2.15 ديسيبل). انقر هنا لمعرفة المزيد عن كسب الهوائي.

المميزات والعيوب

ال مزايا الهوائيات السلكية تشمل ما يلي.

• بناء هذا الهوائي بسيط
• توفر هذه الهوائيات ربحًا وتوجيهية مرضيين.
• هذه الهوائيات لها أنماط اتجاهية حادة.
• هذه ليست باهظة الثمن.
• في الزوايا العمودية المنخفضة ، يركز ببساطة على الإشعاع
• وهي تشع على أي مدى تردد لا يقل طوله الإجمالي عن / 2.

ال مساوئ الهوائيات السلكية تشمل ما يلي.

• في الترددات المنخفضة ، يعرض الهوائي ثنائي القطب حجمًا كبيرًا.
• الهوائيات الحلقية لها مكاسب ضعيفة ، ومن الصعب ضبطها ونطاق ضيق للغاية.
• حجم الهوائيات الحلزونية ضخم ويمكن تعديل ضبطها بسهولة عن طريق الأجسام القريبة.
• تحتاج الهوائيات السلكية إلى نظام مطابقة مناسب للحصول على نتائج أفضل.
• تحتاج هذه الهوائيات إلى نظام مطابق أو وحدة موالف.

التطبيقات

ال تطبيقات الهوائيات السلكية تشمل ما يلي.

• تستخدم الهوائيات السلكية على نطاق واسع كهوائيات استقبال على الموجات القصيرة والمتوسطة والموجة الطويلة.
• تُستخدم هذه الهوائيات في اتصالات المسافات الطويلة من نقطة إلى نقطة بسبب بنيتها البسيطة.
• تُستخدم هذه الهوائيات في السفن ، والمركبات الفضائية ، والمباني ، والسيارات ، والأقمار الصناعية ، والصواريخ ، واتصالات الميكروويف ، وتطبيقات الكسب العالية جدًا.

وبالتالي ، هذه نظرة عامة على الأسلاك الهوائيات - العمل مع التطبيقات. أمثلة هوائي السلك هي ؛ هوائي ثنائي القطب ، هوائي حلزوني ، هوائي أحادي القطب وهوائي حلقي. إليك سؤال لك ، ما هي وظيفة الهوائي؟