اقرأ في هذا المقال
يتم إعطاء ملف حمل تيار “RF” دورة واحدة في حلقة، ويمكن استخدامه كهوائي يسمى هوائي حلقة ستكون التيارات عبر هوائي الحلقة هذا في الطور، كما سيكون المجال المغناطيسي عمودياً على الحلقة بأكملها التي تحمل التيار.
ما هو الهوائي الحلقي Loop Antenna؟
الهوائي الحلقي “Loop Antenna”: هو نوع الهوائي الذي يتكون عن طريق ثني ملف أو سلك موحد على شكل حلقة، وبشكل أساسي في الهوائي يتم ثني الملف الحامل للتيار الراديوي لأشكال مختلفة مثل الدائرة والمربع والمستطيل والقطع الناقص.
كما أنّه يُعرف باسم الملف الحامل للتيار المثني على شكل حلقات من أشكال مختلفة باسم الهوائي الحلقي، حيث من المعروف أنّ هذه الهوائيات هي هوائي بسيط وغير مكلف ومتعدد الاستخدامات وبالتالي فإنّ لها مجموعة واسعة من التطبيقات، حيث يشكل ثني الأسلاك إلى أشكال مختلفة أنواعاً مختلفة من الهوائي الحلقي مثل الدائري والمستطيل والمثلث والإهليلجي.
كما أنّه على الرغم من توفرها بأشكال مختلفة، إلّا أنّ النوع الدائري من الهوائيات الحلقية يستخدم على نطاق واسع، والسبب في ذلك هو أنّ الهوائيات ذات الحلقة الدائرية تقدم البساطة في البناء وكذلك التحليل، وهكذا يستخدم على نطاق واسع، كما يُشار إلى الهوائيات الحلقية على أنّها ملف مشع مع أي مقطع عرضي به لفات مفردة أو متعددة، وعندما يحتوي الهوائي الحلقي على منعطفين أو أكثر يطلق عليه إطار، كما يتراوح تردد التشغيل المسموح به بواسطة هوائي الحلقة بين “300 ميجاهرتز” إلى “3 جيجاهرتز”.
- “RF” هي اختصار لـ “Radio Frequency”.
تصنيف الهوائي الحلقي:
أولاً: هوائي الحلقة الصغيرة كهربائياً:
يُعرف نوع الهوائي الحلقي الذي له طول سلك أو محيط حلقة أقل من عُشر طول الموجة بهوائي حلقة صغيرة، حيث تكون هنا “C < λ / 10″، كما توفر هذه الأنواع من الهوائيات مقاومة إشعاع صغيرة لها قيمة أقل حتى من مقاومة الخسارة، لذلك فإنّه يوفر قدرة إشعاع ضعيفة، وبالتالي لا يعتبر مشعات جيدة.
لهذا السبب لا يتم استخدامها في إرسال التطبيقات، لذلك ابحث عن استخدامات في أقسام الاستقبال حيث يكون وجود نسبة إشارة إلى ضوضاء أكثر أهمية من كفاءة الهوائي، وبغض النظر عن شكل الحلقة فإنّ نمط المجال لجميع الحلقات الصغيرة هو نفسه نمط ثنائي القطب متناهي الصغر ذو الحد الأقصى على طول المستوى والعمودي الفارغ على مستوى الحلقة.
ثانياً: هوائي حلقة كبيرة كهربائياً:
عندما يكون محيط الحلقة مكافئاً تقريباً لطول موجة الفضاء الحر، يُشار إليه على أنّه هوائي حلقي كبير كهربائياً، وهذا يعنى أنّ:
C ̴ λ
في حالة الهوائيات ذات الحلقة الكبيرة، يكون مخطط المجال على هذا النحو بحيث يكون العدم في اتجاه محور الهوائي، حيث تؤدي الزيادة في المحيط أو عدد الدورات في الحلقة كهربائياً إلى تعزيز مقاومة الإشعاع للحلقة، وهذا لأنّه مع زيادة الطول يصل المحيط تقريباً إلى الطول الموجي، وفي هذه الحالة سيتغير نمط المجال وسيتحول الحد الأقصى من المستوى إلى محور الحلقة.
وفي بعض الأحيان يؤدي وضع قضيب الفريت عالي النفاذية داخل محيط الحلقة إلى زيادة مقاومة الإشعاع، كما تحديد الاتجاه بواسطة الهوائي الحلقي، وذلك مثل شكل هوائي حلقة مستطيلة أحادية الدوران:
هنا يكون هناك “4 أذرع” للحلقة، لذلك تعمل الأذرع الأفقية “PQ” و”RS” كهوائي أفقي، بينما تعمل الأذرع الرأسية “PS” و”QR” كهوائي رأسي، حيث في التكوين الأول عندما يتم وضع مستوى الحلقة المستطيلة بشكل طبيعي في اتجاه الموجات الواردة المستقطبة عمودياً، فسيتم تحفيز الجهد المتساوي الحجم في كل من الهوائيات الرأسية، كما يتم إعطاء “emf” المستحثة كـ “E 1″ و”E 2” للذراع “PS” و”QR”.
أمّا “emf” المستحثة في كل من الأذرع الرأسية، تسمح بتدفق التيار داخل الحلقة، ومع ذلك فإنّ اتجاه تدفق التيارات داخل الحلقة سيكون عكساً.
هذا لأنّه عندما تكون الموجة الواردة طبيعية بالنسبة للمستوى، فإنّ الجوانب الرأسية للهوائي الحلقي تكون على مسافة متساوية من جهاز الإرسال، لذلك يكون للتيارين نفس الحجم ولكن القطبية المختلفة تلغي بعضهما البعض، وعلاوةً على ذلك في التكوين الثاني يتم تدوير الهوائي بمقدار “90 درجة” على طول محور “zz”، لذلك بعد الدوران سيكون مستوى الحلقة على طول اتجاه الموجات القادمة.
كما في هذه الحالة يتم فصل الذراعين الرأسيين “PS” و”RQ” بمسافة معينة من طول الذراع الأفقي وبالتالي فإنّ “emf” المستحث في كلا الذراعين على الرغم من وجود نفس الحجم سيكون له اختلاف في الطور.
وذلك لأنّ موجات الراديو الواردة ستصل إلى ذراع عمودي واحد للحلقة في وقت أبكر قليلاً من الأخرى وممّا يؤدي إلى توليد فرق طور معين بين الجهد المستحث “E 1” و”E 2″، وبالتالي فإنّ إجمالي “emf” المستحث حول الحلقة سيكون مساوياً للاختلاف في “emf” المستحث بافترض “α” للأذرع الرأسية، ومن ثم فإنّ إجمالي “emf” المستحث سيكون:
E1 – E2
هناك نقطة أخرى جديرة بالملاحظة هنا وهي أنّه بالنسبة للمواضع الأخرى للطائرة التي تم نقلها إلى الموجة القادمة بخلاف المعتاد، ستكون هناك مسافة معينة بين الذراعين الرأسيين، وفي هذه الحالة ستكون مرحلة الـ “emf” المستحثة غير متكافئة، وبالتالي يتم تحقيق الحد الأقصى للحلقة “emf” عندما يكون مستوى الحلقة في اتجاه متوازي “wrt” اتجاه الموجة الواردة من المرسل.
فمثلاً إذا كانت “θ” تمثل الزاوية بين مستوى الحلقة واتجاه الموجة الواردة، فإنّ “emf” المستحث في الذراع الرأسية سيكون:
E = E rms cos θ
عندما يكون مستوى الحلقة والموجة القادمة في نفس الاتجاه، أي أنّ “θ” ستكون إمّا “0⁰” أو “180⁰” وعندها سيتم إحداث أقصى قوة “emf”، بينما عندما يكون مستوى الحلقة والموجة القادمة متعامدين مع بعضهما البعض، فإنّ “θ” ستكون إمّا “90⁰” أو “270⁰”، فإنّ “emf” المستحث سيكون الحد الأدنى.
وبالتالي فإنّ “emf” المستحث حول هوائي الحلقة يظهر اعتماداً على اتجاه المستوى والموجة الواردة وإلى جانب ذلك يعتمد أيضاً على الارتفاع الرأسي للهوائي وطول الموجة وعرض الحلقة وشدة المجال الكهربائي.
تطبيقات الهوائي الحلقي:
تُستخدم الهوائيات الحلقية بشكل رئيسي لغرض استقبال الإشارة، وبالتالي فهي تستخدم بشكل رئيسي في:
- محددات اتجاه الطائرات.
- في مستقبلات الراديو لاستقبال الموجات عالية التردد.
- تستخدم الهوائيات الحلقية أيضاً كأجهزة إرسال فائقة التردد.
- في أجهزة “RFID“، لاكتشاف موضع المرسل.
- لذلك فإنّ الهوائيات الحلقية إلى جانب سهولة البناء توفر بساطة التشغيل، وبالتالي فهي تستخدم على نطاق واسع.
ملاحظة:“RFID” هي اختصار لـ “Radio frequency Identification”.
استقطاب الهوائي الحلقي:
سيكون استقطاب الهوائي الحلقي مستقطباً رأسياً أو أفقياً اعتماداً على موضع التغذية، كما يُعطى الاستقطاب العمودي في مركز الجانب الرأسي، بينما يُعطى الاستقطاب الأفقي في مركز الجانب الأفقي اعتماداً على شكل الهوائي الحلقي، وكذلك الهوائي ذو الحلقة الصغيرة هو بشكل عام هوائي مستقطب خطياً، حيث عندما يتم تركيب مثل هذا الهوائي ذي الحلقة الصغيرة أعلى جهاز استقبال محمول، يكون ناتجه متصلاً بمقياس، فإنّه يصبح أداة تحديد اتجاه رائعة.
