خصائص الهوائي الدوري اللوغاريتمي Log Periodic Antenna

يُصنف نوع الهوائي المحدد على أساس الزوايا فقط، على أنّه هوائي مستقل عن التردد، وفي مثل هذه الحالات لا تظهر كل من الممانعة ومخطط الإشعاع اعتماداً على التردد، وهذا يعني على أنّ الممانعة والنمط يجب أن يبقوا ثابتين على مدى نطاق من التردد.

ما هو الهوائي الدوري اللوغاريتمي Log Periodic Antenna؟

الهوائي الدوري اللوغاريتمي “Log Periodic Antenna”: هو الهوائي عريض النطاق المصمم لتوفير مثل هذه الخصائص الكهربائية التي تختلف بشكل دوري مع لوغاريتمي لتردد التشغيل، وهذا يعني أنّ مخطط الممانعة والإشعاع هما العاملان اللذان يمثلان دالة لوغاريتمية للتردد، وهو هوائي متعدد العناصر يوفر توجيهية جيدة عبر نطاق واسع من تردد التشغيل.

لذلك في مثل هذه الحالة، يجب تعديل هيكل الهوائي إمّا موسعاً أو مضغوطاً متناسباً مع طول الموجة بينما، بالنسبة للهيكل غير القابل للتعديل ميكانيكياً، يجب أن يكون هناك تناسب بين المنطقة النشطة أو المشعة مع الطول الموجي، كما أّن هذه الهوائيات هي فئة من الهوائيات وليست مجرد هوائي؛ لأنّها تمتلك العديد من المظاهر المادية المختلفة، مثل مستوى وشبه منحرف وفتحة “V” ومتعرج وثنائي القطب، ومع ذلك تكون مجموعة هوائي الدوري اللوغاريتمي ثنائي القطب مجموعة واسعة من الاستخدامات.

كيفية بناء الهوائي الدوري اللوغاريتمي:

يتم إنشاء الهوائي الدوري اللوغاريتمي عن طريق استخدام عناصر ثنائية القطب نصف موجية مختلفة مع زيادة تدريجية في الطول، كما تم تصميم الهندسة الهيكلية للهوائي الدوري اللوغاريتمي بطريقة تجعل الخصائص الكهربائية للهوائي يجب أن تظهر تكراراً دورياً باستخدام لوغاريتم التردد، وفي مجموعة سجل ثنائي القطب الدوري يتم وضع ثنائيات أقطاب متعددة بطول وتباعد مختلفين معاً.

كما يتم توفير الإثارة الخارجية للهوائي باستخدام خط نقل متوازن، حيث يتم نقل خط النقل هذا بين المحطات المجاورة لثنائي القطب، كما يتم توصيل خطوط التغذية إمّا في الطرف الضيق أو في قمة الصفيف، حيث يشبه إلى حد ما هوائي “Yagi-Uda”؛ لأنّه أيضاً هوائي متعدد العناصر يتكون من هوائي نصف موجة ثنائي القطب، كما يتم تثبيت عناصر الهوائي على خط واحد مع ذراع دعم، ومع ذلك فإنّ الطريقة التي يعمل بها الاثنان مختلفة تماماً.

إنّ إضافة العناصر في حالة هوائي “Yagi-Uda” يوفر زيادة في الكسبوالاتجاهية، وفي المقابل من ذلك في صفيف ثنائي القطب الدوري، تؤدي الزيادة في عدد العناصر المتصلة إلى تحسين استجابة التردد أو عرض النطاق الترددي الذي يقدمه النظام.

كيفية عمل الهوائي الدوري اللوغاريتمي:

يُعرف الهوائي الذي تعمل ممانعته كدالة لوغاريتمية دورية لتردد التشغيل باسم الهوائي الدوري اللوغاريتمي، كما أنّ الخواص الكهربائية مثل نمط الإشعاع والكسب التوجيهي وعرض الحزمة واتجاه الحزمة تخضع أيضاً لتغير دوري مماثل، حيث في الصفيف الدوري ثنائي القطب، هناك زيادة تدريجية في طول العناصر من نقطة التغذية إلى الطرف الآخر، ومع الحفاظ على الزاوية “α” ثابتة، كما يجب ضبط الزيادة في طول العناصر جنباً إلى جنب مع التباعد بينها في الطول الموجي، بحيث يجب أن تكون هناك نسبة معينة في أبعاد ثنائيات الأقطاب المجاورة.

المعلمة التي تحدد العلاقة بين طول عناصر الهوائي والتباعد بين العناصر المجاورة تسمى نسبة التصميم أو عامل القياس، حيث يشار إلى هذا بواسطة “τ”، كما يُشار إليه أحياناً على أنّه عامل دورية، بقيمة أقل من “1”، حيث يرتبط طول ثنائيات الأقطاب “L” والتباعد “R” أو “S” بينهما بالطريقة التالية:

R1 / R2 = R2 / R3 =R3 / R4 =……….. = Rn /R n+1 = τ =L 1 / L2 = L2 / L3 = L3 / L4 =……… = Ln / Ln+1

وبالتالي، يتم تقديمه على النحو التالي:

R n / Rn+1 = L n / Ln+1 = τ

Sn / Sn+1 = L n / Ln+1 = τ

بينما يمكن كتابتها أيضاً من حيث ثابت آخر “K”، معطى على النحو التالي:

Sn+1 / Sn = Ln+1 / L n = 1 / τ = K

لذلك، نتيجةً لهذا سيكون طرفا ثنائيات القطب موجودين على طول خطين مستقيمين، يلتقيان عند الزاوية “α” في أحد الطرفين بينما يتقاربان في الطرف الآخر من الهيكل، حيث تبلغ قيمة “α” بشكل عام “30 درجة” مع “τ = 0.7″، كما يتضح من الهيكل أنّ هناك تكراراً في بنية الهوائي يؤدي إلى توفير سلوك متكرر للخصائص، حيث أنّه إذا تم رسم مخطط بين معاوقة الإدخال والتردد، فسيكون هناك تباين متكرر، ولكن إذا تم رسم المخطط بين المعاوقة وسجل التردد بدلاً من مجرد التردد، فسيكون نفس الاختلاف دورياً، هذا يعني أننا سنحصل على دورات متشابهة من الاختلافات.

لكن هناك نقطة يجب وضعها في الاعتبار وهي أنّه على الرغم من توفر ​​شكل الموجة الجيبية، فليس من الضروري أن يكون الاختلاف جيبياً طوال الوقت، وهذا يعني أنّ كل دورة ستكون متطابقة مع السابقة، كما يعمل الهوائي اللوغاريتمي الدوري فقط في المنطقة النشطة بدلاً من الهيكل بأكمله، حيث تم تصنيف المنطقة المختلفة لـ “LPDA” على أنها:

أولاً: منطقة خط النقل:

في هذه المنطقة من هيكل “LPDA”، يكون طول العناصر أقصر من نصف الطول الموجي، أي طول الطنين حيث توفر هذه العناصر مقاومة عالية السعة، كما أنّ التباعد بين العناصر صغير، أمّا التيار المتدفق عبر العناصر في هذه المنطقة صغير الحجم ويقود الجهد المزود بمقدار “90 درجة”، وبالتالي ينتج عن التيار الصغير عبر العنصر إشعاع صغير في الاتجاه الخلفي.

ثانياً: المنطقة النشطة:

هذه المنطقة الهيكلية من “LPDA” لها طول عنصر يساوي نصف الطول الموجي وتوفر مقاومة مقاومة حيث يكون التيار عبر العنصر كبيراً ومتوافقاً مع الجهد المزود، كما توجد مسافات كبيرة بدرجة كافية بين ثنائيات الأقطاب، وهذه هي المنطقة المسؤولة عن توفير أقصى قدر من الإشعاع، من خلال إنتاج مجال ناتج كبير باتجاه اليسار وقليلاً باتجاه اليمين، كما أنّ الترددات التي يكون فيها طول أطول وأقصر ثنائي أقطاب هو “λ / 2” يقال إنّها تردد القطع.

لذلك، بالنسبة للتردد الأقصى ستكون المنطقة النشطة باتجاه القمة للتردد المتوسط​​، وستتحول المنطقة نحو المنطقة الوسطى من الهيكل، بينما بالنسبة للترددات الدنيا سيكون بالقرب من منطقة العناصر الأطول، وهذا يعني أنّه بالنسبة لـ “LPDA”، يتحول مركز الطور من طرف إلى آخر وفقاً للتحول في التردد من الأدنى إلى الأعلى.

ثالثاً: المنطقة الانعكاسية:

المنطقة التي تحتوي على عناصر بطول أكبر من طول الطنين أي “λ / 2” تصبح المنطقة غير النشطة وبالتالي، فإنّ الممانعة بطبيعتها استقرائية تؤدي إلى توليد تيار يتخلف عن الجهد المزود، كما أنّ هذه المنطقة تستقبل جهداً كهربائياً صغيراً جداً من خط النقل، وذلك لأنّ المنطقة النشطة تجذب وتشع الإشعاع الأقصى، وبالتالي فإنّ هذه المنطقة توفر مقاومة تفاعلية كبيرة للخط، لذلك حتى لو كانت هناك كمية صغيرة من الموجة التي تقع عليها من المنطقة النشطة، فإنّها تنعكس في الاتجاه الخلفي.

• “LPDA” هي اختصار لـ “Log Periodic Dipole Array”.

مزايا الهوائي الدوري اللوغاريتمي:

• إنّه يوفر هيكلاً مضغوطاً.

• يوفر ربحاً قابلاً للتعديل وفقاً للمتطلبات.

• تقدم خسارة لا تذكر للقوة عند إنهاء.

عيوب الهوائي الدوري اللوغاريتمي:

• يجب أن تكون منصة التركيب ذات قوة كافية لعقد العناصر.

• إنّه مكلف للغاية من الهوائيات الأخرى.

تطبيقات الهوائي الدوري اللوغاريتمي:

يتم استخدامه بشكل رئيسي لأغراض الاتصالات عالية التردد، وأيضاً يتم استخدامه لاستقبال إشارة التلفاز ولتطبيقات مراقبة الإشارة.