هوائي البلازما

سيكون لهوائيات البلازما التي لها نفس الشكل والطول والتردد للهوائيات المعدنية المقابلة نفس أنماط الإشعاع، كما تتمتع هوائيات البلازما بميزة إعادة التشكيل، وفي الآونة الأخيرة كان هناك انتعاش في الاهتمام بهوائيات البلازما بسبب ميزتها المحتملة على الهوائيات التقليدية، ومن ثم فإنّ التجارب تهدف إلى التحقيق في خصائص الهوائي لهوائي بلازما قابل لإعادة التشكيل.

ما هو هوائي البلازما؟

هوائي البلازما: هو الهوائي الذي يستخدم البلازما بدلاً من العناصر المعدنية الموصلة لهوائي البلازما أي أنّ البلازما تستخدم كوسيط لنقل واستقبال الموجات الكهرومغناطيسية، وهو نوع من هوائي الراديو الذي يمثل استخدام الغاز المتأين كوسيط موصل بدلاً من الموصلات المعدنية.

أساسيات هوائي البلازما:

الهدف الرئيسي من تصميم هوائي بلازما بتردد 2.4 جيجا هرتز هو استخدام أنبوب الفلورسنت التجاري كما تم اختيار المصباح الفلوري التجاري؛ لأنّه كان منخفض التكلفة لإنتاج عنصر البلازما، حيث تم صنع هوائي البلازما من مصباح فلورسنت يعمل كعنصر إشعاع بتردد مستهدف عند “2.4 جيجاهرتز” لتطبيق “Wi-Fi“، كما يتكون المصباح الفلوري التجاري من غاز الأرجون وبخار الزئبق بقطر “28 ملم” وطول “589.8 ملم”.

وأظهرت النتيجة أن الأنبوب الفلوري يمكن استخدامه للعمل كهوائي بلازما لتطبيق “Wi-Fi”، وهوائي البلازما هو تقنية ناشئة تستخدم الغاز المتأين جزئياً أو كلياً كوسيط موصل بدلاً من المعدن لإنشاء هوائي، حيث تتمثل المزايا الرئيسية لهوائيات البلازما في إمكانية إعادة تشكيلها بشكل كبير ويمكن تشغيلها وإيقاف تشغيلها.

والعيب هو أنّ هوائيات البلازما تتطلب طاقة للتأين، حيث يوفر هذا المورد الفريد فهماً قوياً للتصميم الفعال وتطوير النموذج الأولي لهوائيات البلازما، ممّا يساعد المهندسين على مواجهة التحدي المتمثل في تقليل الطاقة المطلوبة لتأين الغاز عند كثافات البلازما المختلفة، ويجد المحترفون أيضاً تغطية شاملة للأسس التقنية لهوائيات البلازما فضلاً عن المناقشات المهمة حول الأسواق والتطبيقات الحالية.

وبالإضافة إلى ذلك يتم تحفيز عمود البلازما بواسطة الموجة السطحية والتي تعمل كهوائي بلازما حيث تمت دراسة معلمات هوائي هوائي البلازما وهوائي النحاس المعدني المكافئ، ومن خلال تغيير معلمات التشغيل يمكن تحويل هوائي بلازما واحد أي عمود بلازما إلى عناصر متعددة للهوائي أي خطوط، والتي يمكن معالجتها على أنّها هوائي بلازما عمودي واسع النطاق صفيف مرحلي.

وكذلك يمكن التحكم في الخصائص الفيزيائية وخواص الهوائي لهوائي البلازما القابل لإعادة التشكيل بواسطة معلمات التشغيل، وعلاوةً على ذلك يتم اختبار قدرة الاتصال اللاسلكي لهوائي البلازما هذا ولطالما كانت الخطوط موضوع اهتمام أكاديمي للعلماء، لذلك تم إجراء دراسات التصدعات في البلازما الناتجة عن الموجات السطحية على نطاق واسع من وجهة النظر التجريبية وكذلك النظرية.

أنواع هوائيات البلازما:

أولاً: هوائي بلازما الغاز:

في هذا الهوائي تستخدم الأنابيب المملوءة بالغاز بدلاً من العناصر المعدنية، حيث عندما يمر التيار عبر الأنبوب يتأين الغاز إلى بلازما، وكما يصبح موصلًا ويعمل كمرآة وفي النهاية يستقبل الإشارات وينقلها، أمّا عندما يتأين الغاز يصبح الهوائي غير موصل.

ثانياً: هوائي السيليكون البلازمي “PSiAn”:

تحتوي هذه الهوائيات على عدد كبير من الثنائيات المدمجة في شريحة سيليكون، وعند مرور التيار يتم شحن هذه الثنائيات ممّا يؤدي إلى تكوين بلازما موضعية، والتي تُستخدم لاستقبال ونقل الإشارات، كما تتمتع هوائيات “PSiA” بإمكانيات توجيه الحزمة، حيث يمكنك تحديد صمامات ثنائية محددة لتركيز حزمة من الإشارات في اتجاه معين.

آلية عمل هوائي البلازما:

تستخدم هوائيات البلازما الغاز المتأين جزئياً أو كلياً كوسيط موصل بدلاً من المعدن لإنشاء هوائي، كما تتمثل مزايا هوائيات البلازما في إمكانية إعادة تشكيلها بشكل كبير، ويمكن تشغيلها وإيقاف تشغيلها ومن ثم فإنّ البحث لتقليل الطاقة المطلوبة لتأين الغاز بكثافات البلازما المختلفة أمر مهم، وقد تم تحقيق ذلك من خلال تقنيات مختلفة بما في ذلك تقنيات النبض، كما تستمر متطلبات الطاقة لتشغيل هوائي البلازما في الانخفاض.

نظراً للقيود المفروضة على استخدام أنابيب البلازما “COTS”، لم يتم تحسين هذه التصميمات، وبالإضافة إلى ذلك فإنّ حزمة الهوائي التي تركز باستخدام الانكسار من خلال البلازما، والتي من شأنها زيادة الكسب بشكل كبير، ومفهوم إنشاء هوائي بلازما ذكي هو إحاطة هوائي البلازما ببطانية بلازما يمكن أن تتنوع فيها كثافة البلازما.

وفي المناطق التي يكون فيها تردد البلازما أقل بكثير من تردد الهوائي يمر إشعاع الهوائي كما لو كانت هناك نافذة في غطاء البلازما، أمّا في المناطق التي يكون فيها تردد البلازما مرتفعاً تتصرف البلازما كعاكس مثالي بعمق جلد تفاعلي، ومن ثم من خلال فتح وإغلاق سلسلة من نوافذ البلازما هذه يمكن توجيه حزمة الهوائي أو توجيهها إلكترونيا إلى أي وجميع الاتجاهات.

وركز عمل تصميم هوائي البلازما الذكي الجديد على التخلص من المشكلات التي تسببت في أنّ أداء هوائي البلازما الذكي أقل من الأداء الأمثل، كما لم يتم تغيير التصميم والمفهوم الأساسيين، حيث يمكن أن يعمل عمود البلازما الذي تثيره الموجة السطحية كهوائي بلازما، كما يتم إجراء التجارب لدراسة توزيعات التيار والتوصيلية والمجال وأنماط القدرة والتوجيهية وكفاءة هوائي البلازما هذا.

وبالإضافة إلى ذلك يتم بناء هوائي مكافئ من النحاس المعدني ومقارنة معلمات الهوائي بهوائي البلازما حيث تُشير النتائج إلى أنّ محتوى الطاقة في توافقيات هوائي البلازما يكون أكثر وضوحاً مقارنة بالهوائي النحاسي، والذي يولد تردداً أساسياً فقط، ومع ذلك فإنّ أنماط الطاقة لكلا الهوائيين متشابهة تماماً ولتوفير فهم نوعي أكثر فيما يتعلق بتوليد التوافقيات في مجال هوائي البلازما.

كما يتم إجراء تحليل ثنائي الطيف لدراسة التفاعلات غير الخطية في التقلبات الحالية، حيث تم فحص بعض الميزات المحددة لهوائي البلازما، والتي قد تعزز احتمالية تطبيق هوائي البلازما فيما يتعلق بالهوائي المعدني التقليدي.

مزايا هوائيات البلازما على الهوائيات التقليدية:

• تُعتبر هوائيات البلازما أكثر كفاءة من الهوائيات التقليدية، حيث تحتوي على مستويات ضوضاء منخفضة للغاية، ويرجع ذلك إلى معدل الاصطدام المنخفض بين حاملات الشحن.

• فهي أخف وأصغر في الحجم.

• هذه الهوائيات لا تحتاج إلى محاذاة.

• يمكن أن تعمل على ترددات عالية جداً.

• لا تحتوي هوائيات البلازما على أجزاء ميكانيكية على عكس الهوائيات التقليدية.

• يمكن إعادة تشكيل هوائيات البلازما ديناميكياً، أي التردد والاتجاه وعرض النطاق التردديوالكسب بينما الهوائيات العادية ليست كذلك.

• لا يوجد تأثير رنين في هوائيات البلازما.

فوائد هوائيات البلازما:

• التحكم في النمط.

• يمكن للبلازما أن توفر التشغيل متعدد الحزم وتوجيه الحزمة والتوجيه الأفضل دون أي عنصر ميكانيكي.

• ربح متغير.

• يمكن التحكم في الكسب إلكترونياً.

• تردد متعدد.

• يمكن للهوائي أن يعمل بترددات متعددة عن طريق تغيير معلمات البلازما.

• مكافحة التشويش.

• يمكن استغلال عاكس البلازما لتقليل الحساسية للتشويش متعدد الاتجاهات.

• استخدامه في أهداف التنصت.

• تتكون هوائيات البلازما بشكل أساسي من جزء عازل عندما يتم إيقاف تشغيلها ويقل المقطع العرضي للرادار بشكل كبير.