المغذي المتوازن - Balanced Feeder

يُعرف جهاز تغذية الهوائي المتوازن تحت عدة أسماء أخرى، بما في ذلك وحدة التغذية المزدوجة ووحدة التغذية الشريطية، وغالباً ما يستخدم مصطلح مغذي الأسلاك المفتوحة أو خط نقل الأسلاك المفتوحة لوصف شكل معين من المغذي المتوازن الذي يتكون من سلكين منفصلين مع المباعدة.

ما هو المغذي المتوازن – Balanced Feeder؟

المغذي المتوازن (Balanced Feeder): هو شكل من أشكال وحدة تغذية الهوائي التي يمكن استخدامها لتغذية الهوائيات المتوازنة أي الهوائيات التي لا تحتوي على وصلة واحدة تؤخذ على الأرض.

يُستخدم المغذي المتوازن بشكل أساسي على ترددات أقل من (30 ميجاهرتز)، ولكن يمكن استخدامه في أي تردد، كما يميل أيضاً إلى استخدامه للاتصالات اللاسلكية عالية التردد وغالباً مع محطات طاقة متوسطة أو عالية نسبياً حيث يمكن تلبية متطلباتها الخاصة، بحيث توفر وحدة التغذية المتوازنة ميزة كونها متوازنة أي عدم وجود جانب واحد مؤرض، بالإضافة إلى ذلك يمكن أن يوفر شكلاً من أشكال وحدة تغذية الهوائي الذي يوفر مستويات منخفضة من الفقد، بشرط ألّا يمر بالقرب من الكائنات الأخرى.

يتم استخدام وحدة التغذية المتوازنة بدرجة أقل من وحدة التغذية المحورية، وأحد الأسباب الرئيسية لذلك هو أنّها تتأثر بالأشياء القريبة ونتيجةً لذلك فهي ليست ملائمة للاستخدام، ولا يعمل بشكل جيد إذا تم تمريره عبر المنزل بنفس الطريقة التي يمكن تحقيقها باستخدام وحدة التغذية المحورية.

يتكون المغذي المتوازن أو المغذي المزدوج من موصلين متوازيين لهما نفس القطر، كما إنّها متحدة المركز وبالتالي يتدفق التيار في كل من الأسلاك بنفس القدر وفي اتجاهين متعاكسين، ونتيجةً لذلك تلغي الحقول بعضها البعض ولن يكون هناك أي إشعاع منها ولا يتم التقاط طاقة من الخارج.

أساسيات التغذية المتوازنة في الهوائي:

يتكون المغذي المتوازن أو المزدوج من موصلين متوازيين على عكس المحاور الذي يتكون من موصلين متحد المركز، كما يتم فصل هذين السلكين على مسافة ثابتة إمّا عن طريق تباعد بلاستيكي مستمر أو شبه مستمر بين السلكين، أو عن طريق فواصل موضوعة على طول السلكين على فترات منتظمة.

عند حمل إشارات التردد اللاسلكي، فإنّ التيارات المتدفقة في كلا السلكين تعمل في اتجاهين متعاكسين ولكنّها متساوية في الحجم، وكنتيجة لهيكل موحد لخط التغذية فإنّ الحقول المتولدة عن طريق التيارات المتدفقة تولد مجالات كهرومغناطيسية متساوية ومعاكسة تميل إلى إلغاء بعضها البعض، كما أنّ هناك حداً أدنى من الإشعاع أو الالتقاط وأقل خسارة على طول وحدة التغذية المتوازنة إذا كانت مقاومة الأسلاك منخفضة.

من أجل أن تعمل وحدة التغذية المتوازنة بشكل مرضٍ يجب الحفاظ على التوازن بين السلكين، ويؤدي أي خلل في التوازن إلى إشعاعها أو التقاط إشارات، حتى الأشياء القريبة يمكن أن تسبب اختلالاً في التوازن، ولهذا السبب فإنّ تشغيل هذا النوع من المغذيات حول المباني أو حتى داخلها يؤدي إلى انخفاض كبير في الأداء، ولضمان التشغيل الفعال يتم الاحتفاظ بالتباعد بين الموصلات عادةً في حدود (0.01) من الأطوال الموجية.

نتيجةً للتباعد المطلوب، تميل التغذية المتوازنة إلى الاستخدام على نطاق أوسع لتطبيقات (HF) ونادراً ما تستخدم لتطبيقات الاتصالات اللاسلكية (VHF وUHF)، وسبب آخر هو أنّه يميل إلى استخدامه في الاتصالات اللاسلكية (HF) تميل معظم التطبيقات إلى مرونة الاقتران حيث تحتاج التركيبات إلى تشغيل وحدة التغذية بالقرب من الكائنات الأخرى.

أنواع المغذي المتوازن للهوائي:

1. مغذي السلك المفتوح – Open wire feeder:

يمكن صنع مغذي سلك مفتوح من خلال وجود سلكين متوازيين مع بعضهما البعض، كما تُستخدم الفواصل كل خمسة عشر إلى ثلاثين سنتيمتراً للحفاظ على تباعد الأسلاك، وعادةً ما تكون مصنوعة من البلاستيك أو غيرها من المواد العازلة، كما يكون لهذا المغذي مقاومة تبلغ حوالي (600 أوم) على الرغم من أنّه يعتمد بشكل كبير على السلك والتباعد المستخدم.

غالباً ما يتم استخدام مغذي الأسلاك المفتوحة لهوائيات (HF) لأنظمة الاتصالات اللاسلكية، وعادةً ما يكون التباعد بضعة سنتيمترات بوصتان أو نحو ذلك، لكن هذا يعتمد كثيراً على الفواصل المستخدمة وعادةً لا يتم شراء وحدة تغذية الأسلاك المفتوحة، ولكنّها مصنوعة من الأسلاك والفواصل التي يمكن شراؤها من منافذ الراديو أو الهوائي المتخصصة، وعادةً يتم اختيار السلك والتباعد لإعطاء الممانعة المطلوبة.

2. وحدة التغذية الشريطية المتوازنة – Ribbon balanced feeder:

يمكن الحصول على وحدة التغذية باعتبارها وحدة تغذية شريطية مسطحة (300 أوم) تتكون من سلكين متباعدتين ببلاستيك شفاف، وهذا هو الشكل الأكثر شيوعاً وهو النوع المستخدم في تصنيع هوائيات (VHF FM) مؤقتة، إذا تم استخدامه خارج هذا النوع يمتص الماء في العازل البلاستيكي ولا يؤدي هذا فقط إلى زيادة الخسارة بشكل كبير في أيام الرطوبة، ولكن الرطوبة الممتصة تتسبب في أكسدة السلك ممّا يؤدي بدوره إلى زيادة الخسائر على المدى الطويل.

نادراً ما يستخدم هذا الشكل من المغذي المتوازن لتطبيقات الأداء، كما يُستخدم على نطاق واسع لراديو (FM) المحلي وعدد قليل جداً من التطبيقات الأخرى، ويحتوي عدد قليل من موالفات الترددات المترية (VHF FM) على دخل متوازن (300Ω) لهذا النوع من الهوائي، وفي كثير من الأحيان يمكن تغذيتها باستخدام وحدة تغذية الشريط، كما من الضروري عدم الخلط بين هذا الكابل الشريطي وكابل الشريط متعدد الأسلاك، والذي غالباً ما يكون متعدد الألوان أو رمادي أو أزرق ويستخدم لتوصيل الدوائر الرقمية باستخدام موصلات نوع إزاحة العزل.

2. خط السلم – Ladder line:

يمكن شراء وحدة التغذية بعزل كهربائي من البلاستيك الأسود مع ثقوب بيضاوية أو مستطيلة في المسافات العازلة، وهذه تعطي مظهر المغذي يشبه السلم قليلاً وكما يعطي أداء أفضل بكثير من أنواع البلاستيك الشفاف التي تمتص الماء إذا تم استخدامها في الخارج، ويمكن استخدامه في العديد من أنظمة الهوائيات ثنائية القطب وغيرها من الاتصالات اللاسلكية عالية التردد، كما يمكن شراء خط السلم بمجموعة متنوعة من قيم المعاوقة المختلفة، أمّا القيم النموذجية هي (300Ω و450Ω).

3. مرن – 75Ω flex:

هذا النوع من المغذي المتوازن يشبه إلى حد ما أنابيب التيار المنخفض العادية المزدوجة وكل سلك معزول والكابل الكلي لديه طبقة معزولة إضافية، كما يمكن استخدام كابل التيار المنخفض غالباً في هذا التطبيق؛ لأنّه يتمتع بخاصية مقاومة (RF) قريبة جداً من (75Ω)، كما يمكن استخدام وحدة التغذية لتغذية نصف موجة ثنائي القطب ثم الانتقال إلى كابل محوري باستخدام (balun 1:1) عند نقطة مناسبة.

يتيح ذلك استخدام الخسارة المنخفضة لوحدة التغذية المتوازنة في العراء ودمجها مع راحة المحاور للتشغيل داخل المباني، ومع ذلك فإنّ الميزة الكبيرة لوحدة تغذية الأسلاك المفتوحة هي أنّ العازل هو الهواء والخسائر منخفضة للغاية، كما يتم تغليف هذا الكابل بالبلاستيك وغالباً ما تكون الأسلاك معزولة، لذلك سيؤدي ذلك إلى حدوث بعض الخسائر الإضافية في النظام.

نصائح عند استخدام مغذي متوازن للهوائي:

1. الابتعاد عن الأشياء القريبة وخاصة المباني:

لكي تتمكن وحدة التغذية المتوازنة من العمل بفعالية، يجب أن توازن الحقول من السلكين بعضها البعض وكما يمكن أن يحدث هذا فقط عند استخدام وحدة التغذية في المساحات المفتوحة، وإذا تم لصقها على برج أو بالقرب منه وإذا تم إحضارها إلى مبنى، فسيتم اختراق الميزان ولن تعمل وحدة التغذية بشكل صحيح، كما يمكن أن تشع وتلتقط إشارات على طول وحدة التغذية لدرجة تعتمد على عدم التوازن وسيزداد مستوى الخسارة.

نتيجةً لذلك، يميل المغذي المتوازن إلى استخدامه للاتصال بهوائي لمراعاة الخسارة المنخفضة والقدرة العالية على (VSWR)، ومن ثم قد يكون هناك انتقال إلى الكابل المحوري ويجب القيام بذلك بشكل صحيح.

2. استخدم balun للتحويل إلى الكابل المحوري:

بالنسبة للعديد من أنظمة الاتصالات اللاسلكية، فمن الضروري الانتقال من وحدة التغذية المتوازنة إلى الكابل المحوري، كما يتم تحقيق ذلك باستخدام عنصر يسمى (balun) وإنّه انتقال متوازن إلى غير متوازن، وهناك العديد من الطرق لتطبيق (Balun) من استخدام المحولات إلى الاختناقات.

3. استخدام وحدات التوليف الهوائي – ATU:

إحدى مزايا استخدام وحدة التغذية المتوازنة هي أنّ مستويات الفقد منخفضة، كما يمكن أن تعمل بشكل مرضٍ للغاية مع مستويات عالية من (VSWR)، كما يتم تصميم العديد من الهوائيات للعمل بهذه الطريقة في حين أنّ هناك حاجة للانتقال من متوازن إلى غير متوازن، فمن الضروري ضمان وجود تطابق جيد خاصةً بالنسبة لأي جهاز إرسال يتم استخدامه.

4. خسارة منخفضة – Low loss:

تتمثل إحدى مزايا استخدام وحدة التغذية المتوازنة في أنّها منخفضة الخسارة مقارنة بالكابل المحوري، وهذا ينطبق على تنسيق السلك المفتوح، كما تُستخدم المباعدة الصغيرة لإبقاء الأسلاك متباعدة ولكن الغالبية العظمى من العازل عبارة عن هواء ممّا يؤدي إلى توفير مستويات منخفضة للغاية من الفقد، وإذا كان من الممكن الاحتفاظ بالمسافات الطويلة لوحدة التغذية في العراء، فيمكن استخدامها لتحقيق تأثير جيد ويمكن إجراء الانتقال إلى الإقناع عندما يكون بالقرب من مبنى.