هوائي Discone

هوائي القرص (Discone) قادر على توفير عرض نطاق يبلغ حوالي (10:1) مع خاصية إشعاع شاملة الاتجاهات، ممّا يجعله مثالياً للعديد من الاستخدامات في جزء (VHF وUHF) من الطيف بما في ذلك هوائي الماسح الضوئي.

ما هو هوائي Discone؟

هوائي (Discone): هو هوائي متعدد الاتجاهات مستقطب عمودياً حيث يتمتع هذا الهوائي بتغطية كبيرة بشكل استثنائي، كما يوفر نسبة نطاق تردد تصل إلى (10:1) بين تردد القطع العلوي وتردد القطع الأدنى، وإنّ تغطية النطاق العريض لهوائي (Discone) تجعله مفيداً في التطبيقات التجارية والعسكرية وراديو الهواة والماسح اللاسلكي.

نظراً لحجمها ووزنها ومقاومتها للرياح، تُستخدم هذه الهوائيات عادةً للترددات فوق (30 ميجاهرتز) ولكن في بعض الأحيان يمكن تصميمها لاستخدام تردد أقل على الرغم من أنّ المساحة المطلوبة قد تكون كبيرة.

أساسيات الهوائي Discone:

على الرغم من أنّه يسمى هوائي الماسح الضوئي إلّا أنّ هوائي القرص يتلقى اسمه من شكله، يتكون من قرص علوي يوجد تحته مخروط، ويمكن صنع القرص والمخروط من صفائح معدنية صلبة، ولكن هذا من شأنه أن يزيد من انحراف القذيفة بفعل الهواء أي مقاومة الرياح أو تحميل الرياح ووزنها، وعادةً ما تكون مصنوعة من قضبان قادرة على محاكاة القرص والمخروط كهربائياً، وغالباً ما يتم استخدام ما بين ستة وستة عشر قضيباً حيث تكون معظم التصميمات ضمن المنطقة السفلية لعدد القضبان.

يمكن أن يعمل هوائي (Discone) عبر نطاقات تردد تصل إلى (10:1) اعتماداً على التصميم الخاص، كما أنّه يوفر زاوية إشعاع منخفضة نسبياً واستقبال ممّا يجعلها مثالية لتطبيقات (VHF / UHF) حيث أنّ أعظم حساسيتها موازية تقريباً للأرض، ومع ذلك في الجزء العلوي من نطاق التردد الخاص به وجد أنّ زاوية الإشعاع تزداد قليلاً.

على الرغم من استخدامه على نطاق واسع لتطبيقات الاستقبال، إلّا أنّ هوائي (Discone) أقل شيوعاً في الإرسال، وعلى الرغم من أنّه يوفر نطاقاً ترددياً عريضاً إلّا أنّه غير مُحسَّن لنطاق معين من الترددات وهو أقل كفاءة من العديد من أنواع تصميم هوائي الترددات الراديوية الأخرى التي يمكن استخدامها.

إنّ طبيعة النطاق العريض لهوائي التردد الراديوي تعني أنّه يمكن إشعاع الإشارات الهامشية بسهولة أكبر وأنّ مستوى القدرة المنعكسة سيتغير عبر مدى التشغيل وقد يرتفع فوق الحدود المقبولة في بعض المناطق، ولكن مع المعدات الحديثة عادةً ما يكون ترشيح الإشارة جيداً جداً ولا ينبغي أن يكون هذا مشكلة كبيرة.

الجوانب المادية لهوائي Discone:

يتكون تصميم هوائي مسح التردد الراديوي الأساسي أو هوائي الماسح الضوئي من ثلاثة مكونات رئيسية: العازل والعناصر المخروطية وعناصر القرص، ومن مكونات هوائي التردد اللاسلكي يتحكم حجم العازل في عدد من العوامل المتعلقة بأداء الهوائي، حيث إنّه مصنوع من مادة عازلة ويعمل على تثبيت القرص والعناصر المخروطية في مكانها، ممّا يبقيهم على مسافة ثابتة حيث أنّ هذه المسافة هي أحد العوامل التي تحدد مدى التردد الكلي لتصميم هوائي معين.

يجب أن تكون عناصر المخروط ربع طول الموجة عند أدنى تردد تشغيل، كما يجب جعل عناصر القرص بطول إجمالي يبلغ (0.7) من ربع طول الموجة، ويعتمد قطر الجزء العلوي من المخروط بشكل أساسي على قطر الكابل المحوري المستخدم وهذا يحدد حد التردد الأعلى للهوائي، وكلما كان القطر أصغر كلما زاد التردد.

بالنسبة للعديد من التصميمات التي تعمل في منطقة (VHF / UHF) من الطيف الراديوي يبلغ حوالي (15 ملم) يجب أن تكون المسافة بين المخروط والقرص حوالي ربع القطر الداخلي للمخروط أي حوالي ثلاثة من أربعة مليمترات.

عنصر رأسي إضافي في Discone:

غالباً ما تُرى الأسطوانات مع عنصر رأسي إضافي متصل بأعلى الهوائي، وهذا هو الحال عند استخدامها كهوائي ماسح ضوئي حيث يساعد العنصر الرأسي الإضافي الموجود على القرص على تمديد استجابة التردد المنخفض للهوائي الكلي، ممّا يؤدي إلى تحسين الأداء عند الترددات المنخفضة، أمّا عيب إضافة العنصر الرأسي هو أنّه يمكن أن يقلل الكفاءة عند الترددات الأعلى.

آلية عمل Discone:

الطريقة التي يعمل بها (Discone) معقدة نسبياً ولكن يمكن تصورها بطريقة مبسطة حيث تحاكي عناصر القرص والمخروط بشكل كاف قرصاً ومخروطاً كاملين كهربائياً تنبعث منه الطاقة، ونتيجةً لذلك كلما زاد عدد العناصر كانت المحاكاة أفضل وعلى الرغم من وجود توازن في الواقع بين الأداء والتكلفة ومقاومة الرياح غالباً ما يتم استخدام حوالي ستة عناصر لكن الرقم ليس بالغ الأهمية.

تلتقي طاقة التشغيل من وحدة التغذية بهوائي التردد اللاسلكي وتنتشر على سطح المخروط من القمة باتجاه القاعدة حتى تبلغ المسافة الرأسية بين النقطة الموجودة على المخروط والقرص ربع طول الموجة، وبهذه الطريقة يمكن إشعاع الطاقة أو استقبالها بكفاءة.

يشع هوائي التردد الراديوي ويستقبل طاقة مستقطبة رأسياً ومخطط الإشعاع شامل الاتجاهات في المستوى الأفقي، حيث يشع الهوائي معظم الطاقة بزاوية منخفضة يحافظ عليها في معظم نطاق التشغيل، وعادةً ما يكون هناك تغيير طفيف على مدى (5:1) وفوق هذا زيادة طفيفة في الزاوية.

مع وجود نقطة التغذية في الجزء العلوي من هوائي الترددات اللاسلكية تكون النقطة القصوى الحالية في الأعلى وكما وجد أنّه أقل من الحد الأدنى للتردد، ويمثل الهوائي عدم تطابق سيئ جداً مع وحدة التغذية، وبمجرد ارتفاع التردد فوق هذه النقطة يتم الحفاظ على تطابق معقول مع (50 أوم) كابل محوري على النطاق بأكمله تقريباً.

من حيث متطلبات التشغيل فإنّ الهوائي مستقل بذاته على عكس الهوائيات الرأسية المختلفة فإنّه لا يتطلب استخدام أي اتصال أرضي، كما أنّ القرص المضغوط عبارة عن هوائي غير متوازن ويمكن تغذيته مباشرةً من وحدة تغذية متحدة المحور، كما يتم استخدام هوائي (Discone) على نطاق واسع في (VHF) وما فوق، حيث يلزم هوائي واسع النطاق، وعلى الرغم من أنّه لا يوجه بنفس الطريقة التي يكون بها (Yagi) التوجيه إلّا أنّه يوفر زاوية إشعاع منخفضة مثالية للتطبيقات الأرضية لتطبيقات الاتصالات اللاسلكية التجارية والهواة.

مواصفات هوائي Discone:

1. عرض النطاق الترددي – Bandwidth:

إحدى المزايا الرئيسية لهوائي (Discone) هو عرض النطاق الترددي الخاص به حيث غالباً ما يمكن تحقيق مدى تردد قدره (10:1)، وعند النظر في اختيار هوائي (Discone) للشراء من الضروري التأكد من أنّه يلبي على أفضل وجه احتياجات أي متطلبات.

عادةً ما يتم استخدام القرص مع ماسح ضوئي، لذلك من الأفضل التأكد من أنّ الهوائي يغطي الترددات محل الاهتمام، ونظراً لأنّ القرص سيكون له حد تردد أقل والذي من المحتمل أن يكون أعلى من الماسح الضوئي، وتأكد من أنّه يلبي احتياجات النطاقات التي تهمك.

2. الجودة – Quality:

تُعد أحد الاعتبارات الرئيسية عند شراء هوائي (Discone) هو جودة بنائه حيث يمكن الحصول على مؤشر جيد على جودتها من معرفة كيفية إدراك الشركة المصنعة.

3. عنصر رأسي إضافي – Additional vertical element:

تحتوي بعض (Discone) على عنصر رأسي إضافي يمتد فوق قسم الديسكونات الرئيسي للهوائي، حيث يستخدم لتوسيع أداء التردد المنخفض للهوائي الكلي، وأنّ العنصر الرأسي الإضافي يزيد من انحراف القذيفه بفعل الهواء للهوائي ويزيد من تأثيره البصري، كما يجب تحقيق التوازن عند التفكير بالضبط في نوع الشراء المراد شراؤه.

4. تصنيف الطاقة – Power rating:

على الرغم من أنّ هوائيات (Discone) لا تستخدم على نطاق واسع للإرسال لأنّها لا تقدم أي خصائص اتجاهية فلا يوجد سبب يمنع استخدامها، وإذا كان الإرسال أحد الاعتبارات فتحقق من قدرة معالجة الطاقة وتأكد من قدرتها على التعامل مع مستويات الطاقة التي سيتم إرسالها، حيث يكون على التعامل مع (200 واط) أو نحو ذلك لذلك لا ينبغي أن يكون هذا مشكلة في معظم المحطات.

يمكن أن يكون (Windage) مشكلة كبيرة في بعض المواقع، وإذا كان من المحتمل أن تكون الرياح في المنطقة الجغرافية التي سيتم تركيب الهوائي فيها كبيرة أو إذا لم يكن ترتيب التركيب قوياً مثل البعض فقد يكون هذا أحد الاعتبارات الرئيسية.

5. موصل الهوائي – Antenna connector:

على الرغم من أنّه ليس من الاعتبارات الرئيسية عند شراء ديسكون فإنّ الموصل المستخدم في قاعدة الهوائي هو عادة موصل (UHF SO239) لتلك المستخدمة لتطبيقات الماسح الضوئي حيث غالباً لا يُنصح باستخدام هذه الموصلات فوق حوالي (150 ميجاهرتز) ولكن في الواقع يمكن للإصدارات عالية الجودة أن تعمل بسهولة حتى (500 ميجاهرتز) أو أكثر، كما تكمن المشكلة الرئيسية في شراء واحدة جيدة وليس واحدة من الموصلات منخفضة التكلفة ومنخفضة الجودة المنتشرة.

المشكلة الرئيسية الأخرى هي التأكد من إحكام ربطها بشكل صحيح وهذا له تأثير كبير على الأداء حيث عادةً ما تستخدم هوائيات (Discone) من الدرجة العسكرية موصلات من النوع (N)، لكن تكلفة الرتب العسكرية ستكون أكثر بكثير، ومهما كان الموصل المستخدم قد يكون من المفيد إحكام غلقه حول الموصل لمنع دخول الرطوبة والذي يمكن أن يؤثر على أداء كابل محوري بالإضافة إلى حدوث تآكل في الموصل الفعلي حيث يعتبر الدمج الذاتي مثالياً لهذا الغرض.

6. التكلفة – Cost:

هناك تباين كبير في تكلفة هوائيات (Discone) حيث غالباً ما تحصل على ما تدفعه مقابل ذلك وخاصةً إذا كان الهوائي موجوداً في الخارج فمن الحكمة أن تدفع أكثر قليلاً وتشتري علامة تجارية عالية الجودة، ومن الأفضل أن تدفع أكثر قليلاً مقابل الهوائي بدلاً من الاضطرار إلى استبدال الهوائي الرخيص بشكل متكرر.

تُعتبر هوائيات (Discone) مفيدة جداً عند الحاجة إلى استخدام نطاق عريض جداً، وغالباً ما تثبت عرض النطاق الترددي (10:1) فهي حلاً مثالياً لاستقبال الماسح والعديد من التطبيقات الأخرى سواء للهواة أو للاستخدام الاحترافي ولكن غالباً ما تتوفر خيارات أفضل.