درجة حرارة الهوائي Antenna Temperature

إنّ درجة حرارة الهوائي لا ترتبط بطبيعتها بالجهاز ولكنّها مرتبطة بتلك الأقسام حيث يركز الهوائي، وبالتالي بالنسبة لدرجة حرارة الهوائي، يمكن أنّ يكون هوائي الاستقبال يعمل كوحدة استشعار عن بعد وقياس درجة الحرارة.

ما هي درجة حرارة الهوائي Antenna Temperature؟

درجة حرارة الهوائي “Antenna Temperature”: هي درجة حرارة المنطقة الموجودة بالقرب من المناطق المحيطة والبعيدة عنها والتي تقترن بالهوائي عبر مقاومة الإشعاع، كما أنها ليست درجة الحرارة الفعلية للجهاز المادي أي الهوائي، كما تُعرف أيضاً باسم درجة حرارة ضوضاء الهوائي، وهي ليست خاصية متأصلة للهوائي، ولكنّها معلمة تتأثر قيمتها بالمنطقة التي يقع فيها الهوائي ويشع.

بشكل عام إنّ كل جسم مشع يمتلك درجة حرارة فيزيائية أكبر من الصفر المطلق، وبالمقابل إذا كانت درجة الحرارة المادية للجهاز أعلى من “0 كلفن”، فمن المفترض أن يشع الطاقة في المناطق المحيطة حيث أنّ كمية الإشعاع المنبعثة تتوافق مع درجة حرارة مكافئة تُعرف باسم درجة حرارة السطوع، وهذه الحرارة سطوع هو الرمز كما “T B”.

ولكن، لا تُعتبر درجة الحرارة المادية للجهاز أبداً درجة حرارة الهوائي أثناء القياسات كما هو الحال في الواقع، حيث ترتبط درجة حرارة الهوائي بمقاومة الإشعاع، وفي الأساس عندما نفكر في الهوائي المثالي غير المفقود، فعلى الرغم من مراعاة درجة الحرارة المادية للجهاز، فإنّ درجة حرارة الهوائي هي التي يتم أخذها في الاعتبار فيما يتعلق بالمناطق البعيدة من الفضاء، وبشكل عام تكون المنطقة في الفضاء هي تلك المنطقة الكبيرة في محيط أقرب، ممّا يدل على اقتران الهوائي من خلال مقاومة الإشعاع، كما أنّ درجة الحرارة الهوائي هو الكمية العددية ووظيفة واحدة قيمتها.

ما هي مقاومة الإشعاع؟

مقاومة الإشعاع: هي مقاومة افتراضية وتعمل كجزء من مقاومة نقطة تغذية الهوائي، كما يرتبط بنقطة تغذية الهوائي، حيث توجد بعض المقاومة الكهربائية التي يتم من خلالها انبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي.

في نقل الموجات الراديوية تكون وحدة الإرسال المتصلة بنقاط تغذية الهوائي توفر إشارة كهربائية لها، كما يقوم الهوائي بتحويل الإشارة الكهربائية إلى موجات راديو مكافئة، حيث في هذا السيناريو يمتص الهوائي الإشارة الصادرة من المرسل، ولكن بمقاومة معينة عند أطراف الإدخال، وكما هو الحال في الدوائر الكهربائية، تُعتبر المقاومة بمثابة معارضة توفرها المادة الموصلة لتدفق التيار المتردد، ولكن فهي مقاومة افتراضية وتتوافق مع فقدان الطاقة بواسطة الهوائي على شكل موجات راديو، وبالتالي يطلق عليه اسم مقاومة الإشعاع.

لذلك، من الناحية الفنية تُعرّف مقاومة الإشعاع بأنّها قيمة المقاومة التي تشع طاقة مماثلة يشعها الهوائي في شكل موجات راديو، وعندما يمر تيار الإدخال المطبق للهوائي عبره، حيث يتم الإشارة إلى مقاومة الإشعاع بواسطة “R r”، أمّا العوامل الحاسمة اللتي تقدم المقاومة من خلالها إشعاع الهوائي تعتمد على هندسة الهوائي ووتيرة العملية من الهوائي.

تحليل درجة حرارة الهوائي T A:

يمثل الشكل دائرة بمقاوم له قيمة “R” عند درجة حرارة معينة “Tr”:

لذلك، بالنسبة للترتيب درجة الحرارة والمقاومة، فإنّ عرض النطاق الترددي لقدرة الضوضاء لكل وحدة الموجود عند المقاومة الطرفية “R” وعند درجة الحرارة المعينة سيكون:

P=k Tr

حيث “k” تساوي “1.38*10^-23 J/K”، كما تُمثل “p” الطاقة لكل وحدة عرض النطاق الترددي ووحدتها “W / Hz”، وكذلك يتوافق “Tr” مع درجة الحرارة المطلقة للمقاوم بوحدة كلفن، وإذا تم افترض أنّه في الترتيب المحدد، تم استبدال المقاوم بهوائي معزول موجود داخل غرفة عديمة الصدى مع مقاومة الإشعاع “R” وعند درجة الحرارة “Tc”، فإنّه يظهر هذا الترتيب كالاتي:

لذلك، إذا كانت “Tr” تكافئ “Tc”، فإنّ القدرة لكل وحدة عرض نطاق ستكون هي نفسها في حالة تلك الموجودة في أطراف المقاوم، أي “k Tr”، وهذا لأنّه في كلتا الحالتين يتم تقديم قدر متساوٍ من المعاوقة بواسطة المحطات الطرفية، لكنّ قوة الضوضاء ستكون مختلفة في حالة تغير درجة حرارة المحيط “T”، وإذا تم افتراض أنّ وحدة الهوائي ليست محاطة بغرفة كاتمة للصدى، ولكنّها موجهة نحو السماء بدرجة حرارة “T”s”، فإنّها تكون:

لذلك، في هذه الحالة أيضاً إذا كانت “Ts” مكافئة لـ “Tr”، فإنّ قدرة الضوضاء لكل عرض نطاق للوحدة ستكون أيضاً هي نفسها الحالة الأولية، وبالتالي تكون درجة حرارة ضوضاء الهوائي “T A” ليست سوى “Ts”، حيث يتعرض مخطط الهوائي الكامل هنا لدرجة حرارة السماء “T”s”، ولقياس درجة الحرارة البعيدة يلزم استخدام هوائي يعمل كجهاز استشعار عن بعد سلبي، وتعرف هذه الهوائيات بالتلسكوبات الراديوية.

في إطار هذا القياس، يتم إجراء مقارنة بين درجة حرارة ضوضاء الهوائي ودرجة حرارة المقاوم عن طريق إجراء اتصال بديل بين الهوائي والمستقبل والمقاوم مع المستقبل، في حالة عدم وجود فرق تكون:

TA =Ts=Tr

لذا، بشكل أساسي تكون درجة حرارة الضوضاء “T A” هي نفس درجة حرارة السماء “Ts” وليست درجة الحرارة الفيزيائية للهوائي، ومع ذلك بالنسبة للمقاوم في الشكل الأول، فإنّ درجة حرارة الضوضاء “T A” ستكون مكافئة لدرجة الحرارة الفيزيائية، وكذلك تكون “T A” هي درجة حرارة الهوائي المحسوبة مقابل درجة حرارة السماء في اتجاه حزمة الهوائي نحو السماء، وبالتالي بالنسبة لجهاز الاستشعار عن بعد أي التلسكوب الراديوي، ستكون القدرة لكل عرض نطاق للوحدة:

P=k TA W/Hz

الآن، إذا احتفظنا بالقدرة لكل وحدة عرض نطاق كعامل مستقل عن التردد، فسنحصل على الطاقة الإجمالية ببساطة عن طريق ضرب المعادلة أعلاه مع عرض النطاق الترددي، وبالتالي يكون:

P=k TA B Watts

حيث تُشير “P” إلى القدرة الإجمالية بالواط، بينما “B” تتوافق مع عرض النطاق الترددي بوحدة هرتز وعلاوة على ذلك، إذا أخذنا في الاعتبار عامل فتحة الهوائي الفعالة “AE” في ترتيب الهوائي الموضح في الشكل الثالث” حيث تكون الحزمة في اتجاه مصدر الإشعاع ممّا ينتج كثافة القدرة لكل وحدة عرض نطاق أي كثافة التدفق “S”، وبعد ذلك تكون القوة التي تم الحصول عليها من المصدر:

P=S Ae B Watts

حيث تمثل المعادلتان المتتاليتان أعلاه القوة الإجمالية المستلمة، وهكذا عند معادلة الاثنين سيتم الحصول على:

P=S Ae B =K TA B

وبالتالي، سيتم إعطاء كثافة التدفق “S” على النحو التالي:

S= KTA / Ae

ستكون درجة حرارة الهوائي من المعادلة أعلاه:

TA=S Ae / K

حيث تكون وحدة “T A” هي “K”، لذلك من التحليل يمكن أن نستنتج أنّ درجة حرارة الضوضاء “الهوائي” تعتمد بشكل أساسي على القدرة المنتجة لكل وحدة عرض نطاق جنباً إلى جنب مع الفتحة الفعالة للهوائي.