يُشكل الهوائي المزدوج هوائياً متعدد النطاقات مناسباً للغاية وغالباً ما يستخدم في (HF) حيث يلزم تغطية عدد من نطاقات (HF) المختلفة وهو شائع نسبياً بين هواة الراديو حيث يتيح استخدام نطاقات متعددة مع هوائي واحد.

 

ما هو الهوائي المزدوج – Doublet Antenna؟

 

الهوائي المزدوج (Doublet Antenna): هو شكل من أشكال ثنائي القطب يتم تشغيله باستخدام وحدة تغذية متوازنة وعادةً ما يتم فتح وحدة تغذية الأسلاك ويستخدم مع وحدة ضبط لتوفير عملية متعددة النطاقات، ولأنّ وحدة تغذية الأسلاك المفتوحة قادرة على العمل بمستويات من الموجات الواقفة وتصبح بشكل فعال جزءاً من الهوائي فهي قادرة على العمل عبر نطاق واسع من الترددات

أساسيات الهوائي المزدوج:

 

الهوائي المزدوج: هو في الأساس نظام متوازنٍ ويجب أن يكون كل نصف من الجزء العلوي بالإضافة إلى كل سلك في خط التغذية متساوياً في الطول حيث لا يتم قطع الجزء العلوي من الهوائي ليتردد صداها عند أي تردد معين على عكس ثنائي القطب نصف الموجي، ويمكن اختيار أي طول ليناسب موقعاً فردياً.

 

مفتاح الهوائي المزدوج هو شكل وحدة التغذية المستخدمة، والسلك المفتوح أو المغذيات المتوازنة قادرة على العمل كجزء من الهوائي الفعلي نفسه وليس مجرد تغذية الطاقة من مصدر غير متوازن، حيث أنّ المغذي المتوازن أو مغذي السلك المفتوح قادر على العمل مع موجات واقفة على طوله.

 

تُعد الموجات الواقفة هي سمة من سمات الأسلاك المشعة، ولكن في حالة وحدة تغذية الأسلاك المفتوحة فهي تتكون من سلكين متساويين الطول ومتقاربين، وبما أنّ هذه تحمل تيارات متساوية ومتقابلة فإنّه يلغي إشعاعها، ومع ذلك لا يزال المغذي جزءاً من الهوائي الكلي نفسه، أمّا بالنسبة للثنائي يكون القسم العلوي عادةً بحد أدنى 4 لكل قسم والطول (L1) أي الطول الإجمالي عبر الجزء العلوي من (λ / 2).

 

ومع ذلك فقد وجد أنّ القسم العلوي أي (2 × L1) يمكن تقليصه إلى حوالي (3/8) دون أي انخفاض كبير في الأداء، فهو يحتوي على حوالي (98%) من كفاءة ثنائي القطب نصف الموجي لذلك لن يتم ملاحظة الفرق ، كما يمكن أن يعمل الهوائي المزدوج على نطاق واسع من الترددات ونتيجةً لذلك سيتغير مخطط الإشعاع وفقاً لطوله الكهربائي فيما يتعلق بعدد الأطوال الموجية أو جزء منها.

 

أمّا مع زيادة الطول الكهربائي أي مع زيادة التردد، يزداد الهوائي في عدد الأطوال الموجية التي يمثلها على الرغم من أنّ الطول المادي يبقى كما هو، ومع زيادة الطول الكهربائي فإنّ التدوير الطوري للمجالات حول العنصر المشع يعني أنّ الإشعاع يتغير من شكل ثمانية لعنصر يشع أعلى نصف موجة إلى نمط به أقسام تتحرك بشكل متزايد نحو محور الهوائي المزدوج .

 

وحدة التغذية المزدوجة والتشغيل في الهوائي المزدوج:

 

يمكن أن يكون المغذي إمّا سلكاً مفتوحاً أو ما يسمى بخط السلم حيث يمكن أن يكون هذا إمّا (300 درجة) أو (450 درجة)، كما يمكن قطع طول وحدة التغذية لتلبية متطلبات التركيب، وعند تغذية هوائي من هذا النوع وجد أنّه يمكن أن يقدم مقاومة على نطاق واسع، ووفقاً لذلك من الضروري استخدام وحدة ضبط الهوائي للتأكد من أنّ جهاز الإرسال نفسه مزود بالمقاومة المطلوبة، كما يمكن قياس ذلك باستخدام مقياس (SWR).

 

يجب أن تكون وحدة ضبط الهوائي المستخدمة قادرة على مطابقة الممانعات على نطاق واسع، كما يجب أن يكون لها اتصال ناتج متوازن، وإذا لم يحدث ذلك فسيكون من الضروري وجود (balloon) خارجي بحيث يكون الانتقال غير المتوازن إلى المتوازن موجوداً حيث يمكن شراء أو صنع (Balloon) بشكل أساسي فهي بسيطة في بنائها بشرط توفر المكونات والأدوات المناسبة.

 

المفتاح بشكل خاص هو السابق الذي يتم فيه قطع البالون، وعادةً ما يكون حلقي ويجب أن يكون لديه خصائص التردد اللاسلكي المطلوبة والقدرة على معالجة طاقة التردد اللاسلكي، وفي كثير من الأحيان يمكن أن يكون الهوائي للهوائي المزدوج بنسبة (4: 1) ممّا يوفر ناتج (300 درجة) للهوائي لمدخل (75 درجة)، كما يوفر هذا تطابقاً مناسباً للعديد من وحدات (ATU) مع اتصالات الانتاج غير المتوازنة فقط.

 

وعلى الرغم من أنّه من الأفضل دائماً استخدام وحدة ضبط الهوائي بهوائي مزدوج، إلّا أنّه من الممكن ترتيب الهوائي بحيث لا تكون هناك حاجة دائماً إلى ذلك، وعلى الرغم من أنّه يمكن استخدام أي طول لوحدة التغذية المتوازنة مع المضاعفة، فإنّ مطابقة الممانعة تكون أفضل إذا كان الطول الإجمالي لساق واحدة من الهوائي والمغذي أي (L1 + L2) يساوي مضاعفاً فردياً لأطوال موجات ربع كهربائية للتردد المراد استخدامه، وباستخدام هذا النهج فإنّ المعاوقة حوالي (50 درجة مئوية) منخفضة ومقاومة بشكل أساسي.

 

من الممارسات الجيدة دائماً دمج وحدة ضبط الهوائي لضمان تقديم المعاوقة الصحيحة للمرسل حتى لو كان من المتوقع أن يوفر توافقاً جيداً.

 

تصميمات الهوائي المزدوج:

 

هوائي G5RV:

 

هوائي G5RV: هو هوائي مزدوج بأطوال محددة تجعله مناسباً للتشغيل على مجموعة متنوعة من نطاقات راديو الهواة مع الحفاظ على توافق جيد، حيث تم نشر تصميم الهوائي المزدوج (G5RV) في الأصل في عام 1958م وكان يهدف إلى توفير هوائي جيد لنطاقات اليوم مع الحد الأدنى من متطلبات المطابقة.

 

لا يزال من الممكن استخدامه اليوم على مجموعة متنوعة من نطاقات الهواة، وعلى الرغم من تشغيله على بعض النطاقات الأحدث وأيضاً مع أجهزة إرسال الحالة الصلبة، فإنّه يتطلب استخدام وحدة مطابقة لضبط الهوائي، وهناك نوعان من تطبيقات هوائي (G5RV) حيث يستخدم (34 قدماً أي 10.36 متراً) من مغذي الأسلاك المفتوحة، بينما يستخدم الثاني أي طول مناسب لوحدة تغذية الأسلاك المفتوحة المتصلة مباشرة بوحدة ضبط مطابقة الهوائي.

 

من المحتمل أن يكون هوائي (G5RV) الذي ينتقل مباشرة إلى كبل مزدوج (75 أوم) أو (coax) هو الأكثر شيوعاً، ويحتاج المرسل إلى قدرة ضبط مناسبة أو وحدة ضبط خارجية بواسطة جهاز الإرسال للتأكد من أنّه يمكن أن يتطابق مع الهوائي، وعلى الرغم من أنّه يُقصد به تقديم حمولة معقولة فإنّ الحمل الفعلي على معظم الترددات يقع خارج النطاق الذي يمكن أن تتحمله أجهزة إرسال الاتصالات اللاسلكية الحديثة دون أن تقلل دوائر حماية (PA) من مستويات الطاقة.

 

هوائي G5RV وVSWR:

 

في عام 1946م، لم يكن لدى لويس فارني إمكانية الوصول إلى أي نمذجة حاسوبية لهوائي (G5RV) الخاص به حيث في السنوات الأخيرة أظهرت محاكاة الكمبيوتر للهوائي أنّه يوفر مستوى عالٍ من (VSWR) في معظم النطاقات حيث كانت الأرقام النموذجية: (6.5: 1 على 3.7 ميجاهرتز) و(5.5: 1 على 7.1 ميجاهرتز) و(2.4: 1 على 14.2 ميجاهرتز) و(4.6: 1 على 21.2 ميجاهرتز) وما فوق (10: 1 على 28 ميجاهرتز) ونطاقات راديو الهواة الأخرى عالية التردد.

 

إنّه مع أجهزة الإرسال الحديثة المزودة بمضخمات قدرة أشباه الموصلات فمن الضروري استخدام وحدة ضبط الهوائ، ويشهد مضخم الطاقة مستوى مرتفعاً بشكل غير مقبول من (VSWR) ويمكن إمّا تدميره إذا لم يتم دمج حماية (VSWR) في الدائرة أو ستعمل دائرة الحماية على تقليل الانتاج إلى مستوى، حيث ينتج عن مستويات التيار والجهد من (SWR) عالية يمكن تحملها.

 

حتى عند استخدام (ATU) مع هوائي (G5RV) يمكن أن يؤدي مستوى القدرة المنعكسة إلى مستويات عالية من الخسارة إذا لم يكن للمغذي المحوري خسارة منخفضة بدرجة كافية، وإذا كان فقدان وحدة التغذية المحورية مرتفعاً فلن يبدو (VSWR) سيئاً لأنّ الأمام يكون موهناً ويتم تخفيف القدرة المنعكسة مرة أخرى وممّا أنّ القدرة المنعكسة عند المرسل أقل بكثير ممّا يجعل أي قياس يعتقد أنّ (VSWR) ليس سيئاً تقريباً.

 

مزايا هوائي مزدوج:

  • نطاق ترددي واسع.

 

  • سهل التركيب.

 

عيوب الهوائي المزدوج:

  • يتطلب وحدة ضبط الهوائي.

 

  • المغذي المتوازن لا يفضل تركيبه وإمداده عبر المباني.

 

ما هو الفرق بين Doublet Antenna وDipole Antenna؟

 

يشير مصطلح ثنائي القطب غالباً إلى أي هوائي يبدو وكأنّه ثنائي القطب أي هوائي سلكي يتم تغذيته من المنتصف مع خط تغذية يذهب إلى الكوخ، وفي هذا السياق نميل أيضاً إلى استدعاء أي هوائي يتم تغذيته نهائياً بـ (Zepp) وعلى الرغم من وجود (Zepp) مزدوج ممتد من المركز والإشارة إلى أي هوائي يعمل خارج المركز باسم (Windom) على الرغم من أنّ (Windom) الأصلي كان لديه سلك تغذية واحد.

 

ثنائي القطب الذي يتم تغذيته بالمحور والذي نقوم بإعداده للاستخدام أحادي النطاق هو هوائي أكثر تعقيداً ممّا يوحي به مظهره حيث إنّه في الواقع ثنائي أقطاب رنان يتغذى من المركز، ونقطة التغذية المركزية واضحة من موضع خط التغذية، كما إنّه طنين لأنّ مقاومة نقطة التغذية مقاومة بحتة مع مفاعلة قليلة أو معدومة، أمّا الطول كهربائي (½) الطول الموجي والذي يتضح أنّه بالنسبة لأي سلك حقيقي أو عنصر أنبوبي أقصر من نصف الطول الموجي المادي.

 

عندما نستخدم الهوائي في العديد من النطاقات، فإنّه يصبح أطول كهربائياً لأنّ طول الموجة ينمو مع زيادة التردد ومن ثم فإنّ أنماط الشحن والتيار لا تفي بشروط ثنائي القطب فوق النطاق الأدنى أو اثنين، أمّا المصطلح المضاعف أكثر عمومية وأقل وصفاً، كما إنّ لها تاريخ ففي الثلاثينيات من القرن الماضي كان بمثابة ملصق لسلك تغذية مركزي بنظام تغذية خاص، وفي وقت لاحق تمت إعادة تسمية الهوائي بتغذية دلتا وأصبح المصطلح مزدوج مصطلحاً عاماً لهوائيات التغذية المركزية من أي طول ثم فإنّ الهوائي الخاص بنا عبارة عن مزدوج متعدد النطاقات.

 

يشكل السلك الأفقي الذي يتم تغذيته من المركز الهوائي المناسب والذي يمثل إشعاع الطاقة المرسلة واستقبال الطاقة الواردة حيث ينقل خط النقل المتوازي الطاقة من الهوائي إلى موالف الهوائي أو وحدة ضبط الهوائي (ATU) أو العكس، حيث نقوم بإدخال الموالف لأنّ الممانعة التي تظهر عند أطرافها ستختلف بشكل كبير من نطاق إلى آخر، لذلك تكون الحاجة إلى طريقة لمطابقة المعاوقة في أطراف الموالف مع المعاوقة القياسية للإدخال والانتاج (50 أوم) لجهاز الإرسال والاستقبال.