مروحة الهوائي ثنائي القطب متعدد الموجات HF

إنّ أسلوب المروحة ثنائي القطب باستخدام عدد من ثنائيات الأقطاب المتوازية ذات الأطوال المختلفة التي يتم تغذيتها من نفس وحدة التغذية ومن نفس النقطة، حيث توفر إمكانية متعددة النطاقات لمجموعة متنوعة من تطبيقات الاتصالات اللاسلكية.

ما هي مروحة ثنائي أقطاب HF متعددة النطاقات؟

تُعد إحدى الطرق السهلة نسبياً لإنشاء ثنائي القطب متعدد النطاقات في الحصول على عدة ثنائيات أقطاب فردية بأنّه يتم تغذيتها من نفس النقطة على وحدة تغذية واحدة، إمّا باستخدام أسلاك متوازية مع بعضها البعض أو كمروحة تنبعث من نقطة المركز، ونتيجةً لذلك غالباً ما تسمى هذه ثنائيات الأقطاب ثنائيات أقطاب المروحة أو ثنائيات أقطاب المروحة متعددة النطاقات.

كل ثنائي القطب هو طنين على تردده الخاص وسوف يشع كرنين ثنائي القطب لتردده الخاص، ممّا يجعل هذه طريقة سهلة لتوفير قدرة متعددة النطاقات تتيح تغطية عدد من النطاقات المختلفة باستخدام وحدة تغذية واحدة، كما توفر هذه المروحة أو الهوائيات ثنائية الأقطاب المتوازية ترددات متعددة أو متعددة النطاقات تُستخدم لمجموعة متنوعة من تطبيقات الاتصالات الراديوية التجارية وكذلك لراديو هام حيث يمكن أن تسمح بالتشغيل على نطاقات متعددة باستخدام وحدة تغذية واحدة.

تشغيل مروحة ثنائي أقطاب HF متعددة النطاقات:

الطريقة التي يعمل بها ثنائي أقطاب المروحة (HF) متعدد النطاقات هو أنّ كل ثنائي القطب يقدم مقاومة منخفضة عند نقطة التغذية عند تردد الرنين الخاص به، وعندما يتحرك التردد بعيداً عن تردد الرنين لثنائي أقطاب واحد تزداد ممانعته ولا يمتص الطاقة، ومع ذلك عند التردد الطنين لثنائي أقطاب آخر تسقط المعاوقة وستأخذ الطاقة من وحدة التغذية.

بهذه الطريقة سيظهر أنّ ثنائي أقطاب المروحة متعدد النطاقات يحتوي على عدد من الترددات الطنينية، كل منها يتوافق مع تردد الرنين لثنائيات الأقطاب المختلفة، وفي حالة ثنائي أقطاب المروحة يكون الطول (L1) هو ربع طول الموجة عند أدنى نطاق تردد و(L2) هو الموجة التالية لأعلى و(L3) هو ربع طول الموجة عند أعلى نطاق.

تطبيقات مروحة هوائي ثنائي القطب:

على الرغم من أنّ المفهوم النظري لثنائي أقطاب المروحة متعدد النطاقات واضح تماماً إلّا أنّ هناك عدداً من الطرق التي يمكن من خلالها تنفيذه حيث إذا تم إعداد الهوائي كمجموعة من ثنائيات الأقطاب المتوازية، فإنّ ثنائي القطب لأدنى تردد سوف يميل إلى حمل وزن جميع ثنائيات الأقطاب الأخرى وهذا يمكن أن يتسبب في ارتخاء الهوائي بالكامل.

لتقليل الترهل هناك عدة طرق يمكن اتباعها، وهو تقليل عدد ثنائيات الأقطاب الإضافية المضافة لتقليل الوزن والآخر هو تنفيذ هوائي ثنائي القطب المتوازي باعتباره (V) مقلوباً لأنّ هذا يساعد على تقليل الترهل إلى حد كبير.

ليس من الضروري أن تعمل جميع الأسلاك بالتوازي لصنع نسخة سلكية متوازية من ثنائي أقطاب المروحة حيث من الممكن إنتاج الأسلاك ثنائية القطب المختلفة بعيداً عن وحدة التغذية في اتجاهات مختلفة وتهويتها حسب الحاجة، وعند اتباع هذا النهج من الضروري الحصول على عدد من نقاط الربط المختلفة أي نقطة لكل نهاية لكل ثنائي القطب.

وعند اعتماد هذا النهج من الشائع جداً أن يكون لديك أسلاك مختلفة تنتشر تقريباً كمخروط، ممّا يخلق عدداً من ثنائيات أقطاب (V) المقلوبة المختلفة، ولكن جميعها يتم تغذيتها من نفس وحدة التغذية، كما من الممكن أن تكون هذه الأسلاك أفقية أيضاً وعلى الرغم من أنّ العثور على نقاط ربط كافية قد لا يكون بهذه السهولة.

ومع ذلك يكون هذا الحل قابلاً للتطبيق بشكل خاص عندما يتوفر قطب مركزي واحد أو صاري لتوفير نقطة مركزية عالية تمكن مناطق الهوائي التي تعطي الإشعاع الرئيسي من أن تكون عالية قدر الإمكان وبالتالي تشع أفضل إشارة.

تحديد أطوال مروحة هوائي ثنائي القطب:

كل من نصفي ثنائيات الأقطاب هو ربع طول موجي كهربائي والنصفان يعطيان إجمالي نصف طول الموجة كما تكون التغذية في المركز حيث يكون التيار أعلى والجهد الأدنى وهذا يعطي مقاومة تغذية منخفضة مناسبة للهوائي، كما تُعتبر معادلات حساب الطول القياسي ثنائي القطب نقطة انطلاق جيدة لحساب طول الأقسام المختلفة، ومع ذلك إنّ الأطوال الفعلية للرنين يمكن أن تكون أطول من الأطوال المحسوبة.

يمكن أن تؤثر العناصر المختلفة للهوائي على بعضها البعض، في ضوء ذلك من الأفضل دائماً إضافة القليل من الطول الإضافي والاستعداد لتقليص الأطوال للحصول على (VSWR) المطلوب وبالتالي تمكين أداء الاتصالات اللاسلكية الناجح.

نظراً لتأثير ثنائيات الأقطاب المختلفة على بعضها البعض فقد يكون تعديل الطول أمراً صعباً خاصةً إذا كان ثنائي القطب يحتوي على العديد من الأقسام لنطاقات مختلفة،كما يمكن أن يعطي اثنان أو ثلاثة ثنائيات أقطاب متصلة بنفس وحدة التغذية هوائياً يمكن ضبطه بشكل معقول، كما يمكن أن تؤدي إضافة المزيد من ثنائيات الأقطاب إلى جعل مهمة الضبط الدقيق لثنائيات الأقطاب المختلفة للطول صعبة للغاية.

لقد وجد أنّه لا يمكن فقط أن يكون طول ثنائيات الأقطاب أطول في بعض الأحيان ممّا هو متوقع بهامش معقول ولكن تعديل طول أحدهما يؤثر على الآخرين، لذلك بحلول الوقت الذي يتم فيه تعديل كل شيء يحتاج الأول إلى إعادة التعديل وهكذا.

يوفر ثنائي القطب متعدد الموجات أو ثنائي القطب المتوازي متعدد الموجات حلاً أنيقاً للغاية لهوائي بقدرة متعددة النطاقات حيث تُستخدم ثنائيات الأقطاب هذه في العديد من تطبيقات الاتصالات الراديوية ويمكن أن توفر حلاً أنيقاً وسهل التنفيذ لثنائي القطب متعدد النطاقات، وأحد مفاتيح التنفيذ الناجح لهذه الهوائيات هو عدم التوجه الشديد والرغبة في إضافة عدد كبير جداً من النطاقات.

كيفية صنع هوائي ثنائي القطب مطوي VHF FM:

تحتوي العديد من موالفات الترددات العالية (VHF FM hi-fi) على إدخال (300 أوم) بالإضافة إلى (75 أوم) القياسي، وعادةً ما يحتوي هذا الإدخال على أطراف لولبية على الرغم من أنّه سيكون لها أحياناً موصل (300 أوم) خاص، كما يُعد هذا الإدخال مثالياً للاستخدام مع هوائي ثنائي القطب مطوي (VHF FM) والذي يمكن تصنيعه ببساطة شديدة حيث يتطلب فقط استخدام كبل شريطي بطول (300 أوم) وليس كابل الشريط متعدد الشرائط للكمبيوتر والذي يمكن شراؤه من معظم مخازن المكونات الإلكترونية.

تتمثل المرحلة الأولى في قطع طول أطول بقليل من الطول المطلوب للعنصر ثنائي القطب، وفي أي من الطرفين يجب قطع البلاستيك المركزي وتجريد السلك المتبقي على كلا الجانبين وربطه معاً، كما يجب أن يتم ذلك للتأكد من أنّ الطول الإجمالي للعنصر صحيح.

المرحلة التالية هي قطع السلك السفلي في المنتصف، كما يجب نزع الأسلاك للخلف بحيث يمكن ربط طول الشريط الثاني ويمكن عمل هذا بأي طول مناسب مع الأخذ في الاعتبار أنّه من المحتمل أن يؤدي إلى خسارة معقولة إذا تم تشغيله داخل المنزل بالقرب من أشياء أخرى، كما يتيح ذلك استخدام الشريط (300) لتوصيله بوحدة تغذية وقد يكون هذا بأي طول مناسب.

هذا الهوائي ثنائي القطب (VHF FM) الرخيص والسهل مناسب للمناطق ذات قوة الإشارة العالية أو يمكن استخدامه كتدبير مؤقت كبل الشريط (300) واضح بشكل عام ويمكن إخفاؤه بسهولة تامة، وغالباً ما يمكن تثبيت هذا النوع من الهوائيات خلف سكة ستائر أو قطعة أثاث كبيرة.

إحدى المناطق التي تُستخدم فيها الهوائيات ثنائية القطب غالباً هي استقبال إذاعات (VHF FM) وتحتوي على العديد من موالفات (Hi-Fi) وأجهزة الراديو الأخرى على مآخذ إدخال تقبل الإدخال من وحدة التغذية المحورية وفي حالة عدم استخدام هوائي خارجي يمكن أن يوفر هوائي ثنائي القطب حلاً ممتازاً، كما يوفر هوائي (FM) ثنائي القطب استقبالاً محسناً بشكل كبير على العديد من الحلول المرتجلة الأخرى التي يمكن استخدامها.

من السهل صنع هوائي (DIY FM) ثنائي القطب بسيط حيث يمكن صنعها بعدة طرق وبأقل تكلفة، وقد تثبت أنّها الحل الأمثل لهوائي (FM) داخلي وربما يكون في العلية أو مساحة السطح أو يمكن استخدامها عند الحاجة إلى هوائي مؤقت، كما يمكن تصنيع ثنائي أقطاب (DIY VHF FM) من مواد متوفرة بشكل شائع وبالتالي من المرجح أن تكون التكلفة ضئيلة، وقد يكون من الممكن عمل ثنائي أقطاب (FM) بسيط باستخدام عناصر قد تكون موجودة بالفعل.

أساسيات مصيدة ثنائية القطب لتشغيل متعدد الموجات HF:

يستخدم هوائي المصيدة ثنائي القطب دائرة طنين موازية أو مصيدة يتردد صداها على تردد معين وبالتالي عزل قسم من الهوائي، كما يمكّن هذا القسم الداخلي من الهوائي من استخدامه على التردد حيث يتردد صدى المصيدة والهوائي بأكمله حيث لا يتردد صدى، كما تتكون المصائد من دائرة متوازية لكنّها تستخدم مكونات قادرة على تحمل الفولتية العالية والمستويات الحالية التي ستكون موجودة.

عند تردد الرنين تُشكل المصيدة نهاية الهوائي وبالتالي ستكون مستويات الجهد عالية جداً، ووفقاً لذلك يجب أن يكون الملف الأول والأهم من ذلك المكثفات قادرة على تحمل الفولتية العالية جداً الموجودة في هذه النقاط، كما يجب أن تكون المصائد قادرة على حمل المستويات الحالية المطلوبة عندما لا تكون المصيدة عند نقطة الطنين ويتم استخدام الهوائي بالكامل، كما أنّ وجود مصيدة في الهوائي يعني أنّ الطول المادي للهوائي الكامل قد تم تقصيره لتوفير الطول الكهربائي المطلوب.

مصيدة أنتينا ثنائي القطب G8KW / W3DZZ:

بالنسبة لتشغيل راديو (ham) اكتسب الهوائي المعروف باسم ثنائي القطب (G8KW) المصيدة أو ثنائي القطب (W3DZZ) شعبية كبيرة للاتصالات اللاسلكية (HF) حيث يوفر تغطية (80 متراً و40 متراً و20 متراً و15 متراً و10 أمتار)، كما أنّ فكرة وضع دائرة مضبوطة متوازية في هوائي لصنع هوائي ثنائي النطاق ابتكرها رولي شيرز (G8KW) عندما كان يعمل في الإشارات الملكية للجيش البريطاني في الحرب العالمية الثانية وتم استخدام المفهوم في عدد منشآت الاتصالات اللاسلكية العسكرية.

يحتوي (G8KW / W3DZZ) على فخ تم ضبطه على (7.1 ميجا هرتز) ويوفر هذا مقاومة عالية للإشارات على (40 متراً) وبالتالي يعزل القسم المركزي للهوائي عند هذا التردد، ويشكل الجزء المركزي من الهوائي نصف موجة ثنائية القطب لشريط (40 متراً) ولا يكون للقسم الموجود خلف المصيدة سوى تأثير ضئيل جداً على أداء نطاق (40 متراً).

كما وجد أنّ الطول بين المصراعين ليس حرجاً كما هو متوقع، وكما أنّ المصيدة المضبوطة المتوازية تقلل من حساسية الهوائي للطول بين هاتين النقطتين، أمّا في النطاق البالغ (80 متراً) يعمل الهوائي كثنائي أقطاب نصف موجة باستخدام الطول الكامل للهوائي، وتعمل تحت تردد الطنين للمصائد وتصبح حثياً ولها تأثير في تقليل الطول المادي للهوائي اللازم لإعطاء نصف طول الموجة الكهربائية.

من الممكن قطع طول السلك الخارجي للهوائي (G8KW / W3DZZ) لضبطه على صدى النقطة المطلوبة في نطاق (80 متراً)، ويستخدم الهوائي رنيناً عرضياً إضافياً للطول الكامل للهوائي للتشغيل على (20 متراً و15 متراً و10 متراً) وتحدث هذه نتيجة لتأثير المكثفات في مصائد الهوائي ثنائي القطب (W3DZZ).