اقرأ في هذا المقال
- عوامل هوائي ياغي الكسب وعرض الحزمة
- اعتبارات كسب هوائي Yagi – Uda
- كسب هوائي ياغي مقابل عدد العناصر
- نسبة ياغي من الأمام إلى الخلف
- تقنيات التغلب على مطابقة ياغي
- ثنائي القطب المطوي – Folded dipole
تتمثل المزايا الرئيسية لاستخدام هوائي (Yagi) في الكسب والاتجاه الذي يوفره حيث يُعتبر كسب هوائي (Yagi) أو (Yagi-Uda) مفيداً بشكل خاص لأنّه يتيح توجيه كل الطاقة المرسلة إلى المنطقة التي تكون مطلوبة فيها أو عند استخدامها للاستقبال، فإنّه يتيح استقبال أقصى إشارة من نفس المنطقة.
عوامل هوائي ياغي الكسب وعرض الحزمة:
هناك العديد من العوامل التي تؤثر على الكسب الكلي لهوائي ياغي، كما هناك ارتباط بين الكسب وعرض الحزمة حيث إذا زاد كسب (Yagi) فإنّ عرض الحزمة ينخفض، كما يمكن تفسير ذلك من خلال قوة الإرسال المتاحة، ونظراً لوجود قدر معين فقط من الطاقة المتاحة لإنشاء الكسب يجب أخذ الطاقة من اتجاه واحد لوضعها في الحزمة الرئيسية.
إنّ حقيقة أنّ هوائي ياغي يقلل الكسب في اتجاهات أخرى تعني أنّه يستقبل أو يرسل إشارة أقل في اتجاهات أخرى ممّا يقلل من مستويات التداخل، وإنّ أداء الهوائي المنفعل أي واحد لا يحتوي على عناصر نشطة مثل الترانزستورات يكون مثل (Yagi) يساوي لكل من الإرسال والاستقبال، وبالتالي فإنّ الكسب للإرسال سيكون نفس الكسب عند الاستقبال، ممّا يعني أنّ الهوائيات عالية الكسب هي توجيهية للغاية، لذلك يجب في بعض الأحيان موازنة الكسب العالي وعرض الحزمة الضيق لتوفير الأداء الأمثل.
اعتبارات كسب هوائي Yagi – Uda:
1. عدد العناصر في ياغي – Element spacing:
عادةً ما يكون العاكس هو العنصر الأول المضاف في أي تصميم (Yagi) لأنّ هذا يعطي أكبر قدر من الكسب الإضافي وغالباً ما يتراوح بين (4 إلى 5 ديسيبل)، أمّا بالنسبة للنطاقات المتوسطة لعدد المخرجين يوفر كل مخرج تقريباً (1 ديسيبل) من الكسب.
2. تباعد العناصر – Element spacing:
يمكن أن يكون للتباعد تأثير على كسب (Yagi)، وعلى الرغم من أنّه ليس بقدر عدد العناصر حيث عادةً ما تعطي الحزمة ذات المسافات العريضة أي التي تحتوي على مسافات واسعة بين العناصر ربحاً أكثر من التي تكون أكثر إحكاماً، وأكثر مواضع العناصر أهمية هي العاكس والمدير الأول حيث أنّ التباعد بينهما يتحكم في أي عناصر أخرى يمكن إضافتها.
3. طول الهوائي – Antenna length:
عند حساب المواضع المثلى للعناصر المختلفة كانت مصفوفة (Yagi) متعددة العناصر، كما يتناسب الكسب بشكل عام مع طول المصفوفة وهناك قدر معين من خط العرض في مواضع العناصر، أمّا أحد العوامل الرئيسية التي تتحكم في كسب هوائي ياغي هو عدد العناصر في التصميم، ومع ذلك فإنّ التباعد بين العناصر له تأثير أيضاً.
إنّ الأداء العام لهوائي التردد الراديوي يتسم بالعديد من المتغيرات المترابطة ونتيجةً لذلك لم تتمكن العديد من التصميمات المبكرة من تحقيق إمكاناتها الكاملة، كما تُستخدم برامج الكمبيوتر اليوم لتحسين التصميمات قبل تصنيعها وهذا يعني أنّ أدائها أفضل من التصميمات القديمة.
كسب هوائي ياغي مقابل عدد العناصر:
على الرغم من وجود تباين بين التصميمات المختلفة والطريقة التي يتم بها بناء هوائيات (Yagi-Uda)، فمن الممكن وضع بعض الأرقام التقريبية للغاية للكسب المتوقع مقابل عدد العناصر في التصميم، كما يمكن أن يكون هذا بمثابة دليل إرشادي مفيد لكسب هوائي (Yagi) المتوقع، ووجود حوالي أربعة أو خمسة مديرين يضيف كل مدير إضافي حوالي (1 ديسيبل) إضافياً للمديرين.
نسبة ياغي من الأمام إلى الخلف:
أحد الأشكال المرتبطة بكسب هوائي (Yagi) هو ما يُطلق عليه النسبة الأمامية إلى الخلفية (F / B) وهذه ببساطة نسبة من مستوى الإشارة في الاتجاه الأمامي إلى الاتجاه العكسي، كما يتم التعبير عن هذا عادة بالديسيبل، وعادةً ما يتم التعبير عن النسبة الأمامية إلى الخلفية لهوائي ياغي أو أي هوائي لهذه المسألة بالديسيبل، ومن الضروري أخذ (log10) للنسبة.
مقاومة التغذية لعنصر ياغي:
إنّ ضمان التوافق الجيد بين وحدة التغذية والهوائي نفسه أمر بالغ الأهمية لضمان إمكانية تحسين أداء الهوائي حيث تتأثر مقاومة العنصر المدفوع بشكل كبير بالعناصر الطفيلية، وبالتالي يلزم دمج الترتيبات في التصميم الأساسي لضمان الحصول على تطابق جيد، كما من الممكن تغيير مقاومة التغذية لهوائي ياغي على نطاق واسع، وعلى الرغم من أنّ مقاومة ثنائي القطب نفسه ستكون (73Ω) في الفضاء الحر إلّا أنّ هذا يتغير إلى حد كبير بقرب العناصر الطفيلية.
تؤثر المسافات وطولها ومجموعة متنوعة من العوامل الأخرى على مقاومة التغذية التي يقدمها ثنائي القطب إلى وحدة التغذية، كما يكون لتغيير تباعد العناصر تأثير أكبر على الممانعة أكثر من تأثيره على الكسب، وبالتالي يمكن استخدام ضبط التباعد المطلوب كأحد تقنيات التصميم لضبط ممانعة التغذية المطلوبة.
ومع ذلك فإنّ القرب من العناصر الطفيلية عادةً ما يقلل من الممانعة تحت مستوى (50 درجة) المطلوب عادةً، ولقد وجد أنّه بالنسبة لمسافات تباعد العناصر التي تقل عن (0.2) من الأطوال الموجية فإنّ الممانعة تنخفض بسرعة.
تقنيات التغلب على مطابقة ياغي:
1. تباعد العناصر – Element spacing:
يتميز مستوى تباين المعاوقة بأنّه يمكن توفيره عن طريق تغيير التباعد بين العناصر، ومع ذلك ليس من الممكن إعادة مقاومة التغذية إلى (50 درجة) مئوية المطلوبة لمعظم تطبيقات التغذية.
2. محول Balun:
محول (Balun): هو محول مطابق للمقاومة ويمكن استخدامه لمطابقة مجموعة كبيرة ومتنوعة من نسب المعاوقة بشرط أن تكون المعاوقة معروفة عند تصميم (balun).
يُعتبر (balun) طريقة مباشرة للغاية لتوفير مطابقة المعاوقة (4:1) أي أنّ (Baluns) متاحة على نطاق واسع للتطبيقات بما في ذلك مطابقة ثنائيات الأقطاب المطوية مع (75 درجة) كابل محوري، ويُعد (Baluns) مثل محولات (RF)، كما يجب أن يكون لها نطاق تردد واسع قدر الإمكان ولكن مثل أي مكونات جرح يكون لها نطاق ترددي محدود، ومع ذلك إذا تم تصميمه للاستخدام مع هوائي (Yagi) معين فلا ينبغي أن يكون هذا مشكلة.
3. مطوي ثنائي القطب – Folded dipole:
إحدى الطرق التي يمكن تنفيذها بشكل فعّال لزيادة مقاومة التغذية هي استخدام مطوي ثنائي القطب، وفي شكلها الأساسي ترفع المقاومة أربعة أضعاف، على الرغم من أنّه من خلال تغيير المعلمات المختلفة فمن الممكن رفع المقاومة بواسطة عوامل مختلفة.
4. مطابقة دلتا – Delta match:
تتضمن طريقة مطابقة مقاومة (Yagi) العمل على تفريغ اتصال التغذية بالعنصر المدفوع حيث تُعد مطابقة دلتا لمطابقة (Yagi) أحد الحلول المباشرة حيث إنّه ينطوي على تهوية أطراف وحدة التغذية المتوازنة للانضمام إلى عنصر مدفوع بهوائي مشع مستمر عند نقطة لتوفير المطابقة المطلوبة، كما يجب تعديل كل من طول الجانب ونقطة الاتصال لتحسين التطابق.
أحد عيوب استخدام مطابقة دلتا لتوفير مطابقة ممانعة (Yagi) هو أنّها غير قادرة على توفير أي إزالة لعناصر المعاوقة التفاعلية، ونتيجةً لذلك يمكن استخدام كعب.
5. مطابقة جاما – Gamma match:
يتضمن حل مطابقة جاما لمطابقة ياغي توصيل جديلة المحاور بمركز العنصر المدفوع والمركز عبر مكثف إلى نقطة بعيدة عن المركز، وذلك اعتماداً على زيادة المقاومة المطلوبة، وغالباً ما يتم استخدام تطابق جاما لتوفير مطابقة مقاومة (Yagi) حيث إنّه سهل التنفيذ نسبياً.
يتم توصيل الجزء الخارجي من وحدة التغذية المحورية بمركز العنصر المدفوع في هوائي ياغي حيث يكون الجهد صفراً، ونتيجةً لحقيقة أنّ الجهد هو صفر يمكن توصيل العنصر المدفوع مباشرةً بذراع معدني في هذه المرحلة دون أي فقد في الأداء، كما يتم بعد ذلك نقل الموصل الداخلي للمحرك إلى نقطة أبعد على العنصر الدافع حيث يتم نقله إلى نقطة ضغط لتوفير التطابق الصحيح، كما يتم ضبط أي محاثة باستخدام مكثف السلسلة.
عند ضبط تصميم هوائي الترددات اللاسلكية يتم ضبط كل من المكثف المتغير والنقطة التي يتلامس فيها الذراع مع العنصر المدفوع، وبمجرد التأكد من قيمة المكثف المتغير يمكن قياس قيمته وإدخال مكون ثابت إذا لزم الأمر.
تعديل التباعد في هوائي ياغي:
لقد وجد أنّ إضافة عناصر طفيلية إلى هوائي ثنائي القطب يقلل من مقاومة التغذية حيث يتم اختبار قيم (20 درجة) وأقل ونتيجةً لذلك من الضروري اتخاذ خطوات لإعادة المعاوقة إلى مستوى أكثر ملاءمة، وفي حين أنّ الطرق الأخرى قد تجلب المعاوقة إلى المنطقة الصحيحة للتغذية فإنّ ضبط التباعد يمكن أن يقلل الممانعة لتوفير التطابق الأمثل.
ثنائي القطب المطوي – Folded dipole:
ثنائي القطب المطوي (Folded dipole): هو نهج قياسي لزيادة مقاومة (Yagi) حيث يستخدم على نطاق واسع على هوائيات (Yagi) بما في ذلك هوائيات التلفاز والبث (FM).
يوفر ثنائي القطب البسيط المطوي زيادة في المقاومة بمقدار أربعة أضعاف، وفي ظل ظروف المساحة الحرة يتم رفع مقاومة ثنائي القطب بمفردها من (75 درجة)، أمّا بالنسبة لثنائي القطب القياسي إلى (300 درجة) للثنائي القطب المطوي، وميزة أخرى لاستخدام ثنائي القطب مطوي لمطابقة معاوقة (Yagi) هي أنّ ثنائي القطب المطوي له مقاومة أكثر تسطحاً مقابل خاصية التردد من ثنائي القطب البسيط، وهذا يمكّنها وبالتالي (Yagi) من العمل على نطاق تردد أوسع.
يُعد ثنائي القطب المطوي القياسي باستخدام نفس موصل السماكة للموصلات العلوية والسفلية داخل ثنائي القطب المطوي سيعطي زيادة أربعة أضعاف في الممانعة، من خلال تغيير سمك كلاهما من الممكن تغيير عامل مضاعفة المعاوقة إلى قيم مختلفة إلى حد كبير.
