اقرأ في هذا المقال
- ما هو هوائي البوق Horn Antenna؟
- ما هو هوائي الدليل الموجي؟
- الحاجة إلى هوائي البوق
- أنواع الهوائي البوقي
- كيفية عمل هوائي البوق
- مزايا هوائي البوق
- عيوب هوائي البوق
- تطبيقات هوائي البوق
يُعد هوائي البوق “Horn Antenna” بأنّه دليل موجي يتم توسيع أحد نهاياته على شكل البوق، وبسبب هيكل الهوائي المتوهج وهناك اتجاهية أكبر، وبالتالي يمكن إرسال الإشارة المرسلة إلى مسافات أطول.
ما هو هوائي البوق Horn Antenna؟
هوائي البوق “Horn Antenna”: هو نوع من الهوائي يتم إنشاؤه عندما تكون نهاية الهوائي متوهجة أو مستدقة على شكل بوق، حيث يعمل الهوائي في تردد الميكروويف، كما تعمل في ترددات فائقة وعالية جداً تتراوح بين” 300 ميجاهرتز” إلى “30 جيجاهرتز”.
ما هو هوائي الدليل الموجي؟
هوائي الدليل الموجي: هو عبارة عن أنبوب مجوف يسمح بإشعاع الطاقة في الفضاء عند إثارة أحد الطرفين وفتحه من الطرف الآخر، حيث أنّ كمية الطاقة التي يشعها الدليل الموجي أكبر نسبياً من خط النقل ذي السلكين.
لا يوجد موصل مركزي موجود في الدليل الموجي ويمكن أن يكون مستطيلاً أو أسطوانياً، حيث يسمح بانتشار الموجات الكهرومغناطيسية من طرف إلى آخر، كما تُعتبر هذه مرشحات تمرير عالي، حيث تسمح بانتشار إشارات عالية التردد من خلالها.
الحاجة إلى هوائي البوق:
إنّ النهاية المفتوحة للدليل الموجي تشع طاقة، لكن جزءاً فقط من الطاقة الساقطة يشع بواسطة الدليل الموجي والباقي ينعكس مرة أخرى من خلال تلك النهاية المفتوحة، وهذا لأنّه بسبب النهاية المفتوحة توجد مطابقة مقاومة ضعيفة بين الدليل الموجي والفضاء، كما يؤدي الانعراج عند حواف الدليل الموجي إلى ضعف قدرة الإشعاع في الدليل الموجي، وهكذا فإنّ نمط الإشعاع غير توجيهي بطبيعته.
وبالتالي، للتغلب على العيوب المرتبطة بالدليل الموجي، يتم فتح نهايته على شكل بوق كهرومغناطيسي، كما يسمح هذا بالانتقال السلس بين الدليل الموجي والفضاء، وبالتالي توفير اتجاه أفضل لموجة الراديو، ومن خلال إنهاء الدليل الموجي بهيكل يشبه البوق، يتم التخلص من الانقطاع الموجود بين الدليل الموجي والفضاء، مع مقاومة “377 أوم”، حيث يوفر هذا الطاقة الساقطة التي سيتم إشعاعها في الاتجاه الأمامي، وبالتالي تقليل الانعراج عند الحواف، ومن ثم تم تحسين اتجاهية هوائي الإرسال وكسب أفضل.
للحصول على كسب أعلى للهوائي، يجب أن تكون هناك فتحة كبيرة للهوائي، وبالنسبة لحجم فتحة معين، يتم تحقيق مكاسب عالية عندما يكون التناقص طويلاً بشكل ملحوظ، وبشكل عام يبلغ كسب هوائي البوق حوالي “20 ديسيبل”.
أنواع الهوائي البوقي:
أولاً: البوق الهرمي:
البوق الهرمي: هو نوع من الهوائي البوقي الذي يتشكل عن طريق إشعال كل من جدران الدليل الموجي يُعرف بهوائي البوق الهرمي، وفي هوائي البوق الهرمي بشكل عام يتم استخدام دليل موجي مستطيل ويتم التوهج في اتجاه كل من نواقل المجال الكهربائي والمغناطيسي، وهنا يشبه الهيكل المتوهج للدليل الموجي مثل الهرم ولهكذا سمي بذلك.
ثانياً: البوق القطاعي:
في هذا النوع من إشعال الهوائي البوقي، يتم إجراء إشعال البوق فقط على طول أحد جدران الدليل الموجي، ومع ذلك يتم تصنيفها أيضاً على أنّها:
- المستوى “E”: عندما يتوهج أحد جدران الدليل الموجي على طول اتجاه متجه المجال الكهربائي، يُعرف باسم هوائي البوق القطاعي للمستوى “E”.
- المستوى “H”: عندما يتوهج جدار الدليل الموجي على طول اتجاه متجه المجال المغناطيسي، فإنّه يتم تسميه هوائي القرن القطاعي للمستوى “H”.
ثالثاً: البوق المخروطي:
يتكون الهوائي البوق المخروطي نتيجة لإشعال دليل موجي دائري، كما يمكن أن يكون الهوائي البوق الدائري مخروطي الشكل أو ثنائي المخروطي بطبيعته.
رابعاً: البوق الأسي:
في الهوائي البوق الأسي جانب منحني ويشار إليه أحياناً بهوائي القرن القياسي، كما يطلق عليه هوائي البوق الأسي؛ لأنّ المسافة الفاصلة بين الجانبين ترتفع بشكل كبير كدالة للطول، حيث توفر هذه الهوائيات مقاومة ثابتة تصل إلى تردد كبير وبالتالي تقل فرص الانعكاسات الداخلية.
كيفية عمل هوائي البوق:
إنّ هوائي البوق هو دليل موجي معدل يستخدم لنقل الإشارة، كما أنّ أحد طرفي الدليل يكون متحمساً ثم يتم إنشاء الحقل، وبشكل عام تنتشر الحقول في الدليل الموجي، وكذلك في الفضاء الحر بطريقة مماثلة، ومع ذلك في حالة الانتشار من خلال الدليل الموجي، يكون مجال الانتشار مقيداً بجدران الدليل الموجي، وبالتالي يفشل الحقل في الانتشار كروياً، بينما لا يكون هذا هو الحال مع الانتشار في الفضاء الحر.
عندما يصل المجال العابر إلى نهاية الدليل الموجي، فإنّه ينتشر أيضاً بنفس الطريقة، ومع ذلك نظراً لمبدأ “Huygens”، تبدأ الموجات الآن في الانتشار بشكل جانبي، وهكذا في نهاية الهيكل تتحقق الجبهات الموجية الكروية، حيث في الأساس تكون المنطقة هي المنطقة الانتقالية، كما يتغير الانتشار الموجه إلى انتشار الفضاء الحر.
وكما أنّ ممانعة الفضاء الحر تختلف عن ممانعة الدليل الموجي، وبالتالي فإنّ تنشيط الدليل الموجي يتم لتقليل الانعكاسات، كما لا يوفر التنشيط مطابقة للمقاومة فحسب، بل ينتج عنه أيضاً اتجاهية أعلى وعرض حزمة ضيق، وبالتالي يتم الحصول على مخطط الإشعاع المطلوب.
معادلة تصميم هوائي البوق:
إذا كان هناك بوقاً قطاعياً للمستوى “E” بمصدر يشع إشعاعات أسطوانية كما هو موضح أدناه:
يؤدي البوق الكهرومغناطيسي إلى ظهور جبهة طور موحدة لها فتحة أكبر مقارنة بالدليل الموجي، ممّا أدى إلى ارتفاع الاتجاهية، وجبهات الموجة المنتظمة التي تنتشر في الاتجاه الخارجي أسطوانية، كما أنّه بينما تنتشر الموجة في اتجاه مختلف من قمة إلى فتحة، فإنّه يوجد اختلاف في الطور عند الأصل والفتحة، وكذلك اختلاف المسار ليكون “δ”.
Cos θ = L /L + δ
tan θ = (h/2) / L
θ = tan – 1 ( h / 2*L ) = cos – 1 ( L / L+δ )
بالنظر إلى مثلث الزاوية القائمة “OYX” وتطبيق نظرية فيثاغورس، فإنّ:
² (L+δ) = L ² + (h/2) ²
L ² +2 L δ + δ ² = L ² +(h/2) ²
بما أنّ “δ” صغيرة، فيمكن إهمال “δ ²”، لذلك فإنّ:
2L δ = h ² / 4
L = h ² / 8 δ
لذلك فإنّ المعادلتين 1 و2 هما معادلات تصميم هوائي البوق.
مزايا هوائي البوق:
- توفر هذه الهوائيات سهولة في البناء، حيث يمكن تكوينها بسهولة باستخدام الدليل الموجي.
- يسمح غياب عنصر الرنين في الهيكل بالعمل على نطاق ترددي عريض.
- يوفر مطابقة مقاومة جيدة.
- هوائي البوق ذو طبيعة اتجاهية عالية، وبالتالي يوفر اتجاهية أعلى.
- يقدم انعكاسات أقل.
عيوب هوائي البوق:
- اتجاهية الهوائي تعتمد على زاوية التوهج.
- يجب أن تكون أبعاد التوهج كبيرة بدرجة كافية، وهذا يجعل الهوائي في بعض الأحيان ضخماً.
تطبيقات هوائي البوق:
عمليات تردد الميكروويف التي تتطلب كسباً معتدلاً تستخدم هوائي بوق، كما أنّه لتحقيق مكاسب أعلى يجب أن تكون أبعاد البوق أكبر، وبالتالي فهو مفضل لعمليات الربح المعتدلة، أمّا بالنسبة لعمليات كسب الطاقة العالية، فإنّ مثل هذه التطبيقات تستخدم الهوائي العدسي أو المكافئ بدلاً من هوائي البوق.
كما أنّ العاكسات المكافئة تتطلب عنصر تغذية لإثارة نشاطهم، وبالتالي فإنّ الاتجاهية الأعلى التي يوفرها هوائي البوق تسمح له بإضاءة العاكس، إلى جانب ذلك تُستخدم هذه الهوائيات أيضاً في كاميرات مراقبة السرعة، وذلك لتجنب الانعكاسات التي تعيق الاستجابة المطلوبة.
