معامل الانعكاس - Reflection Factor

في سياق الهوائيات والمغذيات يُعرّف معامل الانعكاس على أنّه الرقم الذي يحدد مقدار الموجة الكهرومغناطيسية التي تنعكس من خلال انقطاع مقاومة في وسط الإرسال، ومعامل الانعكاس يساوي نسبة اتساع الموجة المنعكسة إلى الموجة الساقطة.

ما هو معامل الانعكاس – Reflection Factor؟

معامل الانعكاس(Reflection Factor): هو معلمة تصف مقدار الموجة الكهرومغناطيسية التي تنعكس من خلال انقطاع المقاومة في وسط الإرسال، ويعتبر معامل الانعكاس صفة مفيدة جداً عند تحديد (VSWR) أو التحقق من المطابقة بين وحدة التغذية والحمل.

يختلف معامل الانعكاس عن (VSWR)، معامل الارتداد هو رقم يحدد مستوى شكل موجة الحادث المنعكس، في حين أنّ نسبة الموجة الواقفة سواء كانت نسبة الموجة الحالية أو نسبة الموجة الدائمة للجهد تنظر إلى نسبة الذروة والحد الأدنى للجهد أو المستويات الحالية داخل وحدة التغذية الناشئة عن القوة الأمامية والمنعكسة.

يُشار إلى معامل الانعكاس عادةً بواسطة رمز جاما، وإنّ حجم معامل الإرتداد لا يعتمد على طول الخط وإنّما يعتمد فقط على مقاومة الحمل ومقاومة خط النقل، وإذا كانت (Z_L=Z₀) فسيكون الخط مطابقاً، في هذه الحالة لا توجد خسارة عدم تطابق ويتم نقل كل الطاقة إلى الحمل حيث ستؤدي الممانعات غير المتطابقة بشكل كبير إلى انعكاس معظم الطاقة بعيداً عن الحمل.

مع طاقة التردد اللاسلكي تحدث الانعكاسات عندما لا تكون معاوقة جهازين متزاوجين متماثلة وقياس الانعكاس هو نسبة الإشارة المنعكسة إلى إشارة السقوط كما يمكننا تحديد خصائص الانعكاس لجهاز قيد الاختبار (DUT) بالكامل باستخدام معلومات السعة والمرحلة المتوفرة في كل من القناة.

لماذا يتم إجراء قياسات الانعكاس؟

أحد أسباب إجراء قياسات الإرتداد لضمان النقل الفعّال لقدرة التردد اللاسلكي حيث نفعل هذا للأسباب التالية:

• طاقة التردد اللاسلكي ليست رخيصة وعندما تنعكس الطاقة فهذا يعني أنّ طاقة أقل تنتقل إلى حيث من المفترض أن تذهب.
  
• إذا كانت الطاقة المنعكسة كبيرة فيمكن أن تتلف المكونات مثل مكبرات الصوت.
  

على سبيل المثال لا تعمل محطة الراديو الموجودة بأقصى كفاءة حيث أنّ مقاومة مكبر الصوت ليست هي نفسها خط النقل، ومقاومة خط النقل ليست هي نفسها الهوائي وفي كلتا الحالتين تسبب قوة انعكاس عالية ممّا ينتج عن هذه الحالة طاقة إرسال أقل، وقد تؤدي القدرة العالية المنعكسة إلى تلف مكبر الصوت، أمّا إذا كانت محطة الراديو مثبتة بشكل صحيح ومتطابق مع خط الإرسال والهوائي، فإنّه ينعكس القليل جداً من الإشارة المرسلة ممّا يؤدي إلى زيادة قوة البث وزيادة عدد المستمعين وزيادة عائدات الإعلانات والمزيد من الأرباح. يجب قياس كل من مكبر الصوت والإرسال والهوائي لضمان تقليل القدرة المنعكسة إلى الحد الأدنى.

بعد إجراء قياس الانعكاس يمكن التعبير عن بيانات الانعكاس بعدة طرق، ويتم حساب جميع التعبيرات المختلفة بواسطة المحلل من نفس بيانات قياس الانعكاس كما يمكن عرض كل طريقة للتعبير عن بيانات الإرتداد بيانياً بتنسيق واحد أو أكثر.

تعويض الخساره من الانعكاس:

1. أسهل طريقة لنقل بيانات الانعكاس هي خسارة العودة ويعبر عن خسارة العودة بالديسيبل وهي كمية قياسية (سعة فقط) كما يمكن اعتبار خسارة العودة على أنّها القيمة المطلقة أو ديسيبل للإشارة المنعكسة وتكون أقل من إشارة الحادث، يختلف فقدان العودة بين اللانهاية لمطابقة معاوقة مثالية و0 ديسيبل لدائرة مفتوحة أو قصيرة أو مفاعلة بلا خسارة، فعلى سبيل المثال باستخدام تنسيق حجم السجل على المحلل، قد تكون قيمة الانعكاس المقاسة على الشاشة -18 ديسيبل ويتم تجاهل علامة السالبة عند التعبير عن خسارة العودة، لذلك يُقال أنّ المكون يحتوي على 18 ديسيبل من خسارة العودة.
   
2. طريقة أخرى للتعبير عن قياسات الانعكاس هي معامل الانعكاس جاما (G) وتتضمن جاما كلاً من الحجم والمرحلة، ومعامل الانعكاس هو نسبة جهد الإشارة المنعكس إلى جهد إشارة الحادث ونطاق القيم الممكنة لـ(r) يقع بين صفر وواحد وخط النقل المنتهي بمقاومته المميزة سينتقل كل الطاقة إلى الحمل؛ تنعكس الطاقة الصفرية و(r=0) عندما ينتهي خط النقل في دائرة قصيرة أو مفتوحة، وتنعكس كل الطاقة عندما تكون (r=1).
   

وللحصول على معلومات المرحلة في الترددات العالية حيث يكون الطول الموجي للإشارة أصغر من طول الموصلات فمن الأفضل التفكير في الانعكاسات على أنّها موجات تتحرك في الاتجاه المعاكس لموجات الحادث، وتتحد الموجات الساقطة والمنعكسة لإنتاج موجة واحدة واقفة بجهد يختلف باختلاف الموضع على طول خط النقل.

عندما يتم إنهاء خط النقل في نهاية ماس كهربائى، تنعكس كل الطاقة مرة أخرى إلى المصد والموجة المنعكسة تساوي في الحجم الموجة الساقطة (r=1) والجهد عبر أي دائرة كهربائية قصيرة هو صفر فولت لذلك فإنّ جهد الموجة المنعكسة سيكون 180 درجة خارج الطور مع الموجة الساقطة، ممّا يلغي الجهد عند الحمل.

وعندما يتم إنهاء خط النقل بمقاوم (25 أوم) سيتم امتصاص بعض وليس كل الطاقة الساقطة، وسينعكس البعض مرة أخرى نحو المصدر وسيكون للموجة المنعكسة سعة (1/3) من الموجة الساقطة وسيكون جهد الموجتين خارج الطور بمقدار (180 درجة) عند الحمل وستتغير علاقة الطور كدالة للمسافة على طول خط النقل من الحمل ولن تذهب وديان نمط الموجة الدائمة إلى الصفر، وستكون القمم أقل من تلك الموجودة في الدائرة المفتوحة أو القصيرة.

الفرق بين معامل الانعكاس وVSWR:

نسبة الموجة الدائمة للجهد (VSWR): هي مقياس لمدى كفاءة نقل طاقة التردد اللاسلكي إلى حمل فعلى سبيل المثال إذا كان مضخم القدرة متصلاً بهوائي عبر خط نقل فمن الناحية المثالية لن يكون هناك أي انعكاسات وسيتم إرسال كل الإشارات من مضخم الطاقة إلى الهوائي، ولكن في العالم الحقيقي، سيكون هناك بعض حالات عدم التطابق التي ستؤدي إلى انعكاس بعض الإشارة مرة أخرى على خط النقل، و(VSWR) هو قياس مقدار الإشارة التي تنعكس مرة أخرى في النظام حيث إنّها النسبة بين الموجات المرسلة والمنعكسة ويشير (VSWR) المرتفع إلى ضعف كفاءة خط النقل والطاقة المنعكسة.

دائماً ما يكون (VSWR) رقماً حقيقياً وإيجابياً للهوائيات وكلما كان (VSWR) أصغر كلما كان الهوائي متوافقاً مع خط النقل وزادت الطاقة التي يتم توصيلها للهوائي والحد الأدنى من (VSWR) هو (1) ففي هذه الحالة لا تنعكس أي قوة من الهوائي وهذا مثالي.

في كثير من الأحيان يجب أن تفي الهوائيات بمتطلبات عرض النطاق الترددي المعطى من حيث (VSWR) فعلى سبيل المثال، قد يدعي الهوائي أنّه يعمل من (100-200 ميجاهرتز) مع (VSWR < 3)و هذا يعني أنّ (VSWR) أقل من (3) على مدى التردد المحدد، وتشير مواصفات (VSWR) هذه أيضاً إلى أنّ معامل الانعكاس أقل من (0.5) على مدى التردد المقتبس.

يشير معامل الانعكاس إلى مقدار انعكاس الموجة الكهرومغناطيسية بانقطاع الممانعة في وسط الإرسال وإنّها نسبة اتساع الموجة المنعكسة إلى حادثة الموجة عند التقاطع حيث يُشار إلى معامل الانعكاس برمز جاما، ولا يعتمد حجم معامل الانعكاس على طول الخط فقط على مقاومة الحمل ومقاومة خط النقل.