الهوائي المعيني Rhombic Antenna

يعمل الهوائي المعيني بشكل عام على نطاقات عالية التردد وفوق عالية التردد، ونطاق التشغيل موجود بين “30 ميجاهرتز” إلى “300 ميجاهرتز”، كما تحتوي هذه الهوائيات على هيكل كبير جداً، وبالتالي يتم استخدامها في التطبيقات التي لا يمثل فيها وضع الهوائي مشكلة.

ما هو الهوائي المعيني Rhombic Antenna؟

الهوائي المعيني “Rhombic Antenna”: هو نوع الهوائي الذي يتكون عن طريق توصيل أسلاك طويلة في اتجاه معين، حيث أنّ أساس عملها مشابه لمبرد الموجة المتنقلة، كما يُعرف أيضاً باسم هوائي الماس وهذا هو هوائي واسع النطاق اتجاهي للغاية يشع أقصى قدرة على طول المحور.

الهوائيات المعينية كانت موجودة على هوائي في نهاية التصميم في العصر الذهبي اللاسلكي، ومع ذلك يتطلب بناء واحد مساحة كبيرة من الأرض والكثير من أعمدة الهاتف، لأنّ لها أبعاداً عدة مرات من الطول الموجي، وفي ذلك الوقت كانت الأطوال الموجية المستخدمة عشرات الأمتار وأطول، كما كانت هذه هي الهوائيات الرئيسية للوصلات من نقطة إلى نقطة حتى نهاية الحرب العالمية الثانية، ومنذ ذلك الحين أصبحت المصفوفات الدورية أكثر شيوعاً.

ولكن مع استخدام نطاقات “UHF” والميكروويف بأطوال موجية تقل عن متر، أصبحت المعينات ذات حجم عملي وقد يكون بناءها أسهل من الهوائيات المستخدمة بشكل شائع في تلك النطاقات، كما يُعتبر وجهي المعين كموصلات لخط نقل ثنائي الأسلاك، وعندما يتم تصميم هذا النظام بشكل صحيح يكون هناك تركيز للإشعاع على طول المحور الرئيسي للإشعاع، وفي الممارسة العملية يتم تبديد نصف القدرة في مقاومة إنهاء الهوائي، حيث تشع بقية الطاقة، وتساهم القوة المهدرة في عمل الأقسام الصغيرة.

كيفية تصميم الهوائي المعيني:

الهوائي المعيني هو نوع من الهوائي الموجي المتنقل الذي يستخدم مبدأ مشعاع الموجة المتنقلة، كما يتكون من “4 أسلاك” طويلة موصلة متصلة على شكل معين أو ماسي، ويتم وضع هيكل الهوائي الكامل أفقياً فوق سطح الأرض، كما يمكن أيضاً اعتبار الهوائي المعيني مزيجاً من هوائيات “2 فولت” أو هوائيات “V معكوسة” تشكل زاوية منفرجة، كما يمثل الشكل التالي الهوائي المعيني:

يتم توفير الإثارة للهوائي من خلال خطوط التغذية، حيث يمكن أن يكون خط التغذية هذا عبارة عن خطوط نقل ثنائية الأسلاك أو سلك محوري يثير الهيكل بأكمله، وأيضاً لتجنب انعكاسات الموجة المتنقلة، يتم إنهاء الطرف المقابل لخط تغذية الهوائي بمقاوم مضبوط بشكل صحيح، وهذا يؤدي إلى عدم وجود موجات واقفة في أي من أرجل الهوائي، كما تتراوح قيمة مقاومة الحمل بشكل عام بين “600 Ω” و”800 Ω”.

أثناء تصميم الهوائي المعيني، يجب بالضرورة أن يوضع في الاعتبار أنّ طول جميع الأسلاك الموصلة الأربعة يجب أن يكون متساوياً، ويتراوح بين ربع إلى طول موجي واحد أو أكثر، ومع ذلك يجب أن تكون الزوايا الحادة المعاكسة للمعين متساوية، كما يتم تحديد الشكل المادي للهوائي وحجمه حسب طول الضلع والزاوية بين الرأس.

يجب محاذاة نقطة التغذية ونقطة النهاية للهوائي بشكل صحيح؛ لأنّ الخط الذي يربط بين الاثنين يشكل محور الهوائي، كما يتم إنهاء الهوائي بقيمة مكافئة للمقاومة المميزة ممّا يؤدي إلى إنشاء حالة عدم الرنين، وبالتالي فإنّ خصائص الإشعاع للهوائي أحادية الاتجاه، وكما أنّ الهوائي المصمم بشكل صحيح يوفر أقصى إشعاع في اتجاه محور الهوائي، وتكون الموجة مستقطبة في مستوى المعين.

آلية عمل الهوائي المعيني:

إنّ الهوائيات المعينية تعمل على مبدأ مشعاع الموجة المتنقلة، لذلك عندما يتم توفير الطاقة عبر خطوط التغذية، كما يتم توفير إمّا خط نقل ثنائي الأسلاك أو خط محوري للهوائي، وبعد ذلك ينتقل التيار المتولد عبر أرجل الهوائي المعيني، حيث تولد هذه التيار عبر الهوائي موجات راديو تتقدم في اتجاه واحد عبر أرجل الهوائي.

إنّ العملية الأخيرة تكون في المقاوم الذي يكون في نهاية الهوائي، ومع ذلك في بعض الأحيان يتم الاحتفاظ بالنهاية مفتوحة، وهذا لأنّ النهاية تقلل من انعكاسات الموجة المرسلة، ولكن عند مقاوم النهاية يتم إهدار قدر معين من الطاقة، حيث يتراوح فقدان الطاقة هذا من “35 %” إلى “50%”، وبنفس الطريقة إذا أبقينا النهايات مفتوحة على الرغم من الإنهاء، فإنّ هذا يتسبب في انعكاس الموجات مرة أخرى نحو نقطة التغذية.

وبالتالي في حالة الهوائي المعيني، تكون الخسائر متكافئة تقريباً في كلتا الحالتين، ومع ذلك في حالة النهايات المفتوحة، يُظهر الهوائي سلوكاً ثنائي الاتجاه، حيث لا ينبعث الإشعاع فقط في الاتجاه الأمامي ولكن أيضاً في الاتجاه الخلفي، بينما إذا في مقاومة الهوائي المعيني النهائية، فإنّ الهوائي يمتلك طبيعة أحادية الاتجاه ويشع الإشعاع تماماً في الاتجاه الأمامي فقط، وبالتالي دعم الاتصال من نقطة إلى نقطة.

نمط الإشعاع في الهوائي المعيني:

يوفر الهوائي المعيني أعلى كسب على طول محوره الرئيسي الذي يربط نقطة التغذية ونهاية النهاية وكذلك يوفر الهوائي المعيني الأفقي استقطاباً أفقياً، ويمثل الشكل التالي مخطط الإشعاع في الهوائي المعيني:

هنا يتم دمج جميع الأقسام الرئيسية معاً، وبالتالي نحقق نمط إشعاع أحادي الاتجاه في اتجاه واحد فقط كما أنّه إذا كان الهوائي موجوداً بالقرب من الأرض، فبسبب هذا سيتحول الارتفاع قليلاً في الاتجاه التصاعدي، حيث يكون الاستقطاب أفقياً مع المحور.

صفائف الهوائي المعيني:

إنّ الهوائي المعيني أحادي السلك يناسب تطبيقات الاستقبال فقط، وذلك لأنّ الهوائي المعيني الفردي يظهر كفاءة منخفضة، وبالتالي إذا تم استخدامه لنقل التطبيقات، فسيتم إهدار حوالي “40%” إلى “50%” من الطاقة المرسلة في إنهاء الحمل، ومع ذلك يمكن التغلب على هذا العيب منخفض الكفاءة للهوائيات المعينية إمّا بسبب إنهاء الحمل أو وجود قسم صغير، بسبب النهايات المفتوحة باستخدام صفائف من الهوائيات المعينية، لذلك يمكن توصيل الهوائيات المعينية إمّا بشكل تسلسلي أو متوازي كما هو موضح أدناه:

يعمل الجمع بين الهوائيات المتعددة كترتيب يوفر اتجاهية مجمعة، وبالتالي زيادة كفاءة الإشعاع إلى “90%” أو أكثر، والتي كانت “50%” إلى “60%” في حالة هوائي واحد.

مزايا الهوائي المعيني:

• هيكل الهوائي بسيط للغاية وبأسعار معقولة.

• يوفر اتجاهية عالية عن طريق إشعاع معظم الطاقة على طول المحور الرئيسي.

• يوفر اتصال لاسلكي فعال لمسافات طويلة عند تثبيته في مساحة كبيرة.

• المعاوقة المقدمة كبيرة جداً.

• يبقى مخطط الإشعاع ومقاومة المدخلات ثابتين لنطاق تردد كبير.

• يمكن تحويلها بسهولة من تردد عمل إلى آخر أثناء التشغيل.

• إنّها تناسب انتشار الطبقة “F” لمسافات طويلة، بسبب زاوية الإشعاع العمودي المنخفضة.

عيوب الهوائي المعيني:

• المساحة المطلوبة لتركيب الهوائي المعيني كبيرة جداً.

• كفاءة النقل منخفضة جداً، حيث يتم إهدار كمية كبيرة من الطاقة في إنهاء الحمل.

• ومع ذلك، عندما يتم وضع المعين المتعدد مع تباعد محدد على نفس الصاري، فإنّ هذا يتغلب إلى حد ما على عيب انخفاض الكفاءة إلى حد كبير.

تطبيقات الهوائي المعيني:

• تستخدم الهوائيات المعينية في إرسال إشارات عالية التردد وفائقة التردد، وبشكل عام هذه مناسبة للاتصال من نقطة إلى نقطة في حالة انتشار الموجات الأيونوسفيرية لمسافات طويلة.

• تصميمات الهوائي المعينية الكلاسيكية للميكروويف والتردد فوق العالي.