اقرأ في هذا المقال
- ما هو هيكل الهوائيات متعددة الأوضاع
- كيفية استخدام هيكل الهوائيات متعددة الأوضاع
- كيفية إدارة هيكل الهوائيات متعددة الأوضاع
يتم توفير هيكل هوائي متعدد الأوضاع لإرسال واستقبال الإشارات الكهرومغناطيسية في جهاز اتصال، حيث يشتمل هيكل الهوائي على عدد كبير من منافذ الهوائي للاقتران بالدائرة، ومجموعة من عناصر الهوائي وكل منها مقترن عمليًا بمنفذ مختلف من منافذ الهوائي وتعدد العناصر المتصلة.
ما هو هيكل الهوائيات متعددة الأوضاع
تربط كل من عناصر التوصيل كهربائيًا عناصر الهوائي المجاورة، بحيث يتم ترتيب عناصر الهوائي وعناصر التوصيل حول محيط هيكل الهوائي وتشكل بنية إشعاع واحدة، حيث تتدفق التيارات الكهربائية على أحد عناصر الهوائي إلى عناصر الهوائي المجاورة المتصلة وتتجاوز عمومًا منافذ الهوائي المقترنة بعناصر الهوائي المجاورة.
بحيث يتم عزل وضع الهوائي الذي يثيره أحد منافذ الهوائي بشكل عام كهربائيًا عن الوضع الذي يثيره منفذ هوائي آخر عند نقطة معينة مرغوبة مدى تردد الإشارة، ويولد هيكل الهوائي أنماطًا متنوعة للهوائي، تشتمل بنية الهوائي على مجموعة من منافذ الهوائي المقترنة عمليًا بالدائرة ومجموعة من عناصر الهوائي كل منها مقترن عمليًا بمنفذ هوائي مختلف، حيث تشتمل بنية الهوائي أيضًا على عنصر واحد أو أكثر من عناصر التوصيل التي تربط عناصر الهوائي كهربائيًا.
بحيث يتم عزل وضع الهوائي المثير بواسطة منفذ هوائي واحد بشكل عام كهربائيًا من أسلوب يثيره منفذ هوائي آخر عند نطاق تردد إشارة معين، وبالإضافة إلى ذلك تُظهر مخططات الهوائي التي أنشأتها المنافذ تنوعًا محددًا جيدًا للنمط مع ارتباط منخفض.
تُعد هياكل الهوائي المتوافقة مفيدة بشكل خاص في أجهزة الاتصالات التي تتطلب تجميع هوائيات متعددة بالقرب من بعضها البعض وعلى سبيل المثال مسافة أقل من ربع طول الموجة، بما في ذلك الأجهزة التي يتم فيها استخدام أكثر من هوائي واحد في وقت واحد و خاصة في نفس نطاق التردد، وتشمل الأمثلة الشائعة لهذه الأجهزة التي يمكن استخدام هياكل الهوائي فيها منتجات الاتصالات المحمولة مثل: الهواتف الخلوية وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي وأجهزة الشبكات اللاسلكية أو بطاقات البيانات لأجهزة الكمبيوتر.
مبدأ عمل هيكل الهوائيات متعددة الأوضاع
تُعد هياكل الهوائي مفيدة أيضًا بشكل خاص مع بنى النظام مثل: (MIMO) والبروتوكولات القياسية لأجهزة الاتصالات اللاسلكية المحمولة التي تتطلب هوائيات متعددة تعمل في وقت واحد، وعندما يرسل أحد ثنائي القطب إشارة، فإنّ بعض الإشارات التي يتم إرسالها بواسطة ثنائي القطب سوف تقترن مباشرة في ثنائي القطب المجاور.
يحدث الحد الأقصى لمقدار الاقتران عمومًا بالقرب من تردد طنين نصف الموجة لثنائي القطب الفردي ويزداد كلما أصبحت مسافة الفصل (d) أصغر، وعلى سبيل المثال بالنسبة لـ (d </ 3) يكون حجم الاقتران أكبر من (0.1 أو 10) ديسيبل وبالنسبة لـ (d </ 8)، يكون حجم الاقتران أكبر من (5) ديسيبل.
من المستحسن عدم وجود اقتران أي عزل كامل أو تقليل الاقتران بين الهوائيات، حيث إذا كان الاقتران وعلى سبيل المثال (10 ديسيبل) يتم فقد (10 بالمائة) من قدرة الإرسال، بسبب اقتران هذا المقدار من القدرة مباشرة بالهوائي المجاور، وقد تكون هناك أيضًا تأثيرات ضارة على النظام مثل تشبع أو إزالة حساسية جهاز استقبال متصل بالهوائي المجاور أو تدهور أداء جهاز إرسال متصل بالهوائي المجاور.
كما يتم تشويه التيارات المستحثة على الهوائي المجاور مخطط الكسب مقارنةً بالنمط الناتج عن ثنائي القطب الفردي، ومن المعروف أنّ هذا التأثير يقلل من الارتباط بين أنماط الكسب التي تنتجها ثنائيات القطب وبالتالي في حين أن الاقتران قد يوفر بعض التنوع في الأنماط، إلّا أنّه له تأثيرات ضارة على النظام وبسبب الاقتران الوثيق، لا تعمل الهوائيات بشكل مستقل ويمكن اعتبارها نظامًا هوائيًا به زوجان من المحطات أو المنافذ التي تتوافق مع مخططي كسب مختلفين.
كيفية استخدام هيكل الهوائيات متعددة الأوضاع
يتضمن استخدام أي من المنفذين إلى حد كبير الهيكل بأكمله بما في ذلك ثنائيات القطب، حيث يتيح الإثارة ثنائي القطب المجاور تحقيق التنوع عند تباعد ثنائي القطب قريبًا، لكنّ التيارات المثارة على ثنائي القطب تمر عبر مقاومة المصدر وبالتالي تظهر اقترانًا متبادلًا بين المنافذ، ونظرًا لأن حجم التيارات متساوي تقريبًا في عناصر الهوائي، يتم إنتاج مخطط اتجاهي أكثر بكثير.
عندما تكون التيارات متساوية فإنّ شرط إبطال النمط في الاتجاه x (أو phi = 0) هو لمرحلة التيارات على ثنائي القطب لتتأخر عن التيارات ثنائية القطب بالكمية (π-kd)، حيث (k = 2π / λ) و هو الطول الموجي الفعال وفي ظل هذه الحالة فإنّ الحقول التي تنتشر في اتجاه (phi = 0) من ثنائي القطب ستكون (180) درجة خارج الطور مع تلك الموجودة في ثنائي القطب، وبالتالي سيكون للجمع بين الاثنين قيمة فارغة في اتجاه (phi = 0).
عنصر الاستجابة في هيكل الهوائيات متعددة الأوضاع
تعتمد استجابة التردد للاقتران على خصائص عناصر التوصيل بما في ذلك ممانعتها وطولها الكهربائي، كما يتم التحكم في التردد أو عرض النطاق، والذي يمكن من خلاله الحفاظ على المقدار المرغوب من العزل عن طريق تكوين عناصر التوصيل بشكل مناسب، وتتمثل إحدى طرق تكوين الاتصال المتقاطع في تغيير الطول المادي لعنصر التوصيل.
عندما يتم إضافة متعرج إلى مسار التوصيل المتقاطع لعناصر التوصيل، فيكون له تأثير عام يتمثل في زيادة الطول الكهربائي ومقاومة الاتصال بين عنصري الهوائي، وكذلك خصائص أداء هذا هيكل بما في ذلك معلمات التشتت ونسب التيار وأنماط الكسب وترابط النمط موضحة في الأشكال، ولم يغير التغيير في الطول المادي بشكل كبير تردد الرنين للهيكل ومع عرض نطاق أكبر وقيمة دنيا أكبر من التراكيب بدون التعرج وبالتالي من الممكن تحسين أداء العزل أو تحسينه عن طريق تغيير الخصائص الكهربائية لعناصر التوصيل.
يتم تصميم عناصر الهوائي لتكون طنينًا عند التردد المطلوب أو نطاق التردد المطلوب للتشغيل، ويحدث الرنين الأدنى رتبة عندما يكون لعنصر هوائي طول كهربائي ربع طول موجة، وبالتالي فإنّ تصميم العنصر البسيط هو ربع موجة أحادية القطب في حالة التكوين غير المتوازن، ومن الممكن أيضًا استخدام أوضاع الترتيب الأعلى.
كيفية إدارة هيكل الهوائيات متعددة الأوضاع
تُظهر بنية مكونة من أحادي القطب ربع الموجة أيضًا أداء هوائي مزدوج الأسلوب مع عزلة عالية عند تردد ثلاثة أضعاف التردد الأساسي، وبالتالي يمكن استغلال أنماط الترتيب الأعلى لإنشاء هوائي متعدد النطاقات، كما أنّه في تشكيل متوازن يمكن أن تكون عناصر الهوائي عناصر ربع موجة مكملة، كما هو الحال في ثنائي القطب نصف الموجة المغذي من المركز.
ومع ذلك يمكن أيضًا تكوين بنية الهوائي من أنواع أخرى من عناصر الهوائي التي تكون طنينًا عند التردد المطلوب أو مدى التردد، وتشمل تكوينات عناصر الهوائي المحتملة الأخرى على الملفات الحلزونية والأشكال المستوية ذات النطاق العريض والهوائيات الرقاقة والأشكال المتعرجة والحلقات، والأشكال المحولة حثيًا مثل الهوائيات المستوية (F) المقلوبة (PIFAs).
في النهاية، لا يلزم أن يكون لعناصر الهوائي لهيكل هوائي نفس الشكل الهندسي أو أن تكون من نفس نوع عنصر الهوائي، ويجب أن يكون لكل عنصر من عناصر الهوائي صدى عند التردد المطلوب أو نطاق التردد المطلوب للتشغيل.
