اقرأ في هذا المقال
ترتبط وحدات توليف الهوائي (ATUs) أو موالفات الهوائي بشكل عام بأجهزة الإرسال والاستقبال عالية التردد المستخدمة في الاتصالات الراديوية والتطبيقات الأخرى، كما يمكن استخدام الموالفات بعدة طرق حيث يلتقي عنصر الهوائي بوحدة التغذية أو داخل وحدة التغذية بالقرب من جهاز الإرسال، أمّا الغرض الأساسي منها هو التأكد من أنّ مقاومة نظام الهوائي تتطابق مع مقاومة المرسل أو المستقبل، وبالتالي يتم تحقيق الأداء الأمثل.
ما هو موالف الهوائي – Antenna Tuner؟
موالف الهوائي (Antenna Tuner): هو شبكة من المحاثات والمكثفات المتغيرة التي يمكن تغييرها لموازنة تأثيرات العناصر الحثية والسعة للهوائي، وبهدف جعل الهوائي يظهر كحمل مقاوم قدره (50Ω).
إنّ أجهزة إرسال أشباه الموصلات الحديثة معرضة للغاية للتلف الذي تسببه المستويات العالية من (SWR)، وبالتالي يجب تقديمها بمقاومة جيدة مطابقة، بحيث يتيح موالف الهوائي (ATU) تحقيق ذلك ويُعد جزءاً أساسياً من العديد من محطات الاتصالات الراديوية المستخدمة في البث الإذاعي والتجاري والعسكري وراديو هام.
كانت أجهزة إرسال الصمامات أو الأنابيب المفرغة القديمة أكثر قدرة على تحمل الفولتية العالية والمستويات الحالية التي يمكن أن تُسببها المستويات العالية من الطاقة المنعكسة، ومع ذلك ما زالوا يستفيدون من مستويات الخسارة الأقل التي توفرها المطابقة المناسبة لأي نظام اتصالات لاسلكي.
يُعد موالف الهوائي عنصراً أساسياً في العديد من محطات راديو هام ومحطات الإرسال والاستقبال اللاسلكية الاحترافية وكل هوائي ووحدة تغذية وجهاز إرسال واستقبال له ما يسمى بمقاومة مميزة، أمّا بالنسبة لمعظم تطبيقات الراديو التجارية والمهنية وراديو هام يكون المعيار هو (50Ω).
من السهل عادةً مطابقة المرسل أو المستقبل بوحدة التغذية، كما يمكن تصميم كلاهما ليكون (50Ω) ويمكن أن تختلف مقاومة الهوائي بشكل كبير اعتماداً على خصائصه والتردد، وغالباً ما تكون هناك عناصر استقرائية وسعوية للمقاومة الكلية للهوائي، بحيث إذا كان هناك عدم تطابق بين وحدة التغذية والهوائي فلا يمكن نقل كل الطاقة المتاحة، ولأنّ الطاقة لا يمكن أن تختفي فقط فإنّ الطاقة التي لا يمكن نقلها يجب أن تذهب إلى مكان ما، لذلك تنعكس مرة أخرى على طول وحدة التغذية ممّا يؤدي إلى إنشاء الجهد والموجات الدائمة الحالية.
عندما تصل هذه الموجات الواقفة إلى جهاز الإرسال، يمكن أن تتسبب قمم التيار والجهد في إتلاف أجهزة إنتاج جهاز الإرسال، ولمنع حدوث ذلك تحتوي العديد من أجهزة الإرسال على دوائر حماية تقلل من إنتاج جهاز الإرسال إلى مستوى لا يتلف فيه جهاز الإرسال، كما يساعد امتلاك فهم أساسي للموجات الواقفة على فهم تشغيل الهوائيات والحاجة إلى موالفات الهوائي، كما إنّه يتيح أفضل ما يمكن صنعه من أي هوائي يستخدم لأي اتصال لاسلكي.
أنواع دوائر موالف الهوائي:
1. موالفات هوائي الشبكة – L network antenna tuners:
على الرغم من وجود ثماني شبكات (L) مختلفة يمكن استخدامها نظرياً، إلّا أنّ هناك أربع شبكات تستخدم على نطاق أوسع من البقية، كما إنّها تتكون من عنصر واحد في سلسلة مع السطر وآخر على الأرض، وعادةً ما يتم استخدام خيار التمرير المنخفض لموالفات الهوائي؛ لأنّه يوفر توهيناً إضافياً للتوافقيات.
المعاوقة النموذجية تنحى موالف هوائي الشبكة (L)، وإنّ إصدار تصعيد المعاوقة لموالف هوائي الشبكة (L) متشابه جداً وله مكثف متغير على جانب الإدخال أي أنّه متصل بالمستقبل أو المرسل، وغالباً ما تستخدم موالفات الهوائي الأوتوماتيكية هذا الشكل من الشبكة مع محث تبديل متسلسل ومكثف تبديل، يمكن توجيهه إمّا إلى وضع الناتج اعتماداً على ما إذا كانت مقاومة الهوائي أعلى أو أسفل مقاومة وحدة التغذية.
2. شبكات موالف هوائي – Pi section antenna tuner networks:
تحتوي شبكات موالف الهوائي هذه على ثلاثة عناصر هي: عنصر سلسلة واحد وعنصر آخر من النوع الآخر من الخط إلى الأرض عند كل من الإدخال والإنتاج، ومع محث متسلسل ومكثفين على الأرض أحدهما عند المدخل والآخر عند النواتج، ويشكل هذا التكوين مرشح تمرير منخفض يوفر توهيناً إضافياً للتوافقيات أكثر من تلك التي يوفرها المرسل نفسه.
تم استخدام مطابقة تنسيق (pf) على نطاق واسع كضبط الناتج للأنبوب القديم لأجهزة الإرسال القائمة على الصمام، بحيث لا تحظى شبكة (Pi) بشعبية لاستخدام شبكة مطابقة في موالفات الهوائي؛ لأنّ المكثفات المتغيرة المطلوبة في الدائرة تصبح كبيرة بالنسبة للترددات المنخفضة في الجزء (HF) من الطيف وهي مكلفة، كما لا يتم استخدام هذا النوع من الموالف عادةً لتطبيقات راديو الهام حيث أنّ معظم موالفات الهوائي مصممة لتغطية جميع النطاقات بين (160 متراً وعشرة أمتار).
3. شبكة T section:
يمكن لموالف هوائي القسم (T) الذي يستخدم محثاً واحداً أن يُطابق نطاقاً كبيراً من ممانعات الهوائي ويقدم خسارة قليلة، كما إنّه في الواقع تكوين تمرير عالي والذي لا يوفر أي تخفيف للتوافقيات ويتطلب أن تكون المكثفات المتغيرة عائمة أي أنّه لا يوجد طرف متصل بالأرض وهذا يتطلب عناصر عزل ميكانيكية إضافية، بحيث يتم تركيب المكثفات غير متصلة بأي ألواح أرضية، كما يلزم وجود ترتيبات خاصة لمغزل العزل، ممّا يقلل من جاذبية هذا النوع من موالف الهوائي.
4. الإرسال SPC:
يستخدم موالف هوائي مكثف متوازي أو سلسلة (SPC) تكويناً يعمل كموالف مطابق، بالإضافة إلى أنّه يعمل كمرشح ممر النطاق، بحيث يُعتبر عنصر الاختيار المسبق لهذا النوع من موالف الهوائي مفيداً بشكل خاص في الترددات المنخفضة، وبحيث قد تؤدي بعض إشارات البث القوية جداً إلى زيادة الحمل على الطرف الأمامي للمستقبل.
يوجد في الدائرة نقطة مركزية تتصل بها جميع المكونات، كما يوفر المكثف الأول (C1) المتغير المطابق لجهاز الإرسال، ويوفر المكثف الأخير المطابقة المتغيرة للهوائي، أمّا يوفر الجمع بين المحث الأول (L1) والمكثف الثاني (C2) دائرة خزان مضبوطة لرنين التردد المطلوب، وبالتالي يمكن رفض الإشارات خارج النطاق.
مواصفات الموالف الهوائي:
1. تغطية التردد – Frequency coverage:
وحدات توليف الهوائي مخصصةٌ عادةً لتشغيل نطاق التردد العالي، ولكن قبل شراء واحدة يجدر التحقق من أنّها تغطي النطاقات المطلوبة، وعادةً ما تغطي نطاقات التردد العالي إمّا من (160 إلى 10 أمتار) أو من (80 إلى 10 أمتار)، لكن بعضها يغطي أيضاً (6 أمتار).
2. قدرة الطاقة – Power capability:
هناك العديد من وحدات (ATU) المختلفة المتاحة، بحيث يعتبر تصنيف الطاقة معلمة مهمة خاصةً إذا كان من المتصور تشغيل طاقة عالية، وستعمل المحركات عالية الطاقة بشكل جيد على قدم المساواة مع القوى المنخفضة، ولكن من المهم التأكد من عدم تجاوز تصنيف الطاقة، كما قد ترتفع درجة حرارة المفاتيح والملفات وما إلى ذلك أو قد يحدث تقوس إذا تم تجاوز تصنيف الطاقة.
بما أنّ موالفات الهوائي معدة للطاقة المنخفضة أي عملية (QRP)، فلا ينبغي استخدامها لمستويات الطاقة التي تزيد عن بضع واط، كما يجب توخي الحذر بشأن التحميل الزائد على الموالفات الأوتوماتيكية فهي تستخدم مرحلات القصب داخل دوائرها لتوفير التبديل، ويمكن أن يؤدي التحميل الزائد لهذه المرحلات إلى تلف وربما يتم لحام المرحل مغلقاً.
3. يدوي أو تلقائي – Manual or Auto:
في الأيام الأولى لراديو الهواة، كانت جميع موالفات الهوائي يدوية وغالباً ما يتم تعزيز مقابض التحكم المتأخرة على اللوحة الأمامية لتعديل سهل ودقيق للمكثفات المتغيرة، وغالباً ما تم استخدام مفتاح كبير لأنّ هذا يطابق مقابض المكثف، وكذلك تميل المفاتيح إلى أن تكون كبيرة لتحمل الطاقة.
4. نطاق مطابقة المعاوقة – Impedance match range:
على الرغم من بعض الضجيج، لا يمكن أن تتطابق كل وحدة (ATU) مع كل هوائي وعادةً لا يكون من الممكن معرفة بالضبط ما هو نطاق الممانعة الذي سيقدمه أي هوائي في جميع الظروف، ولكن تكون موالفات الهوائي المختلفة قادرة على توفير تطابق عبر نطاقات مختلفة، كما تتضمن الأمثلة (MFJ928) و(MFJ939) وكلاهما يوفر تطابقاً في النطاق من (6Ω إلى 1600Ω).
تكون موالفات الهوائي الأخرى قادرة على المطابقة عبر نطاقات مختلفة لذلك يجب اتخاذ قرار، وستكون الهوائيات مثل ثنائيات الأقطاب الرنانة قريبة نسبياً من (50Ω) عند تشغيلها على النطاق المقصود، ولكن الهوائيات الأخرى خاصةً تلك التي يتم تغذيتها بالطرف أو المزدوجة سيكون لها مقاومة قد تكون أكثر تنوعاً.
5. متوازن أو غير متوازن – Balanced or unbalanced:
الكابل المحوري عبارة عن وحدة تغذية غير متوازنة، وغالباً ما تتطابق موالفات (ATU) الهوائي من غير متوازن إلى غير متوازن، وإذا كنت تستخدم هوائياً متوازناً يستخدم مغذياً مزدوجاً أو متوازناً فستحتاج إلى وحدة (ATU) تدعم ذلك أو يمكنك استخدام (balun) إضافي.
تتميز الهوائيات المتوازنة بأنّها التي يتم تغذيتها بوحدة تغذية متوازنة مثل السلك المزدوج والمفتوح حيث لا يوجد أي جانب من جوانب وحدة التغذية مؤرض، وبالتالي يطلق عليه اسم متوازن والهوائيات التي يتم تغذيتها بكابل متحد المحور غير متوازنة حيث يعمل جانب واحد من وحدة التغذية مثل الأرض.
6. الموثوقية – Reliability:
تُعتبر موثوقية موالف الهوائي لها أهمية كبيرة عند القيام بشراء موالف الهوائي، لكنّها من أصعب النقاط للحكم عليها، ومعظم الموالفات اليدوية موثوقة نسبياً أمّا المشكلة الرئيسية هي المفاتيح حيث إذا تمت معاملتها بشكل جيد، ولم يتم تبديلها عند مرور الطاقة من خلالها ليس جيداً لجهاز الإرسال، وتم الاحتفاظ بالطاقة ضمن الحدود يمكن أن تستمر موالفات الهوائي هذه لسنوات عديدة.
