هوائي عاكس الزاوية للموجات Corner Reflector Antennas

يتشكل عاكس الزاوية “A dihedral” عندما يتم توصيل لوحين موصلين بشكل عمودي، وهذا يستخدم بشكل رئيسي في الهوائيات، وفي حين أنّ النوع ثلاثي السطوح هو النوع الذي يتكون من وصل ثلاث صفائح موصلة في اتجاه عمودي، وتستخدم هذه بشكل عام في أنظمة الرادار.

ما هو هوائي عاكس الزاوية للموجات Corner Reflector Antennas؟

هوائي عاكس الزاوية للموجات “Corner Reflector Antennas”: هو نوع العاكس الذي يتكون من صفحتين أو ثلاث صفائح مسطحة موصلة بطبيعتها، وتتقاطع عند “90 درجة” لتشكل ركناً، ممّا يسمح بانعكاس الموجات الواردة، كما يوفر نوع الألواح العاكسة التي تشكل كسباً توجيهياً عالياً، وبالتالي يسهل استخدامه في أنظمة الهوائي.

إن العواكس تُستخدم لجمع وإعادة إشعاع الطاقة الكهرومغناطيسية المستقبلة في الاتجاه المطلوب، حيث يؤدي هذا إلى تحسين الكسب التوجيهي الذي يوفره الهوائي، فمثلاً يكون شكل العاكس المكافئ يتوافق مع مكافئ ويعرض خصائص القطع المكافئ، كما أنّ القطع المكافئ عبارة عن هيكل ثنائي الأبعاد ويتم تدويره حول محوره للحصول على عاكس مكافئ، وهو هيكل ثلاثي الأبعاد.

هذا النوع من العاكس ليس سوى شكل معدل للعاكس المسطح، والسبب وراء قول ذلك هو أنّه يستخدم صفائح مسطحة أو صفائح موصلة لتشكيل عاكسات زوايا، كما يتم ربط الألواح بزاوية معينة، وتُعرف الزاوية التي تشكل الزاوية مع لوحين متجاورتين بالزاوية المضمّنة ويُشار إليها بالرمز “α”، وأفضل قيمة لـ “α” لتشكيل عاكس الزاوية هي” 90 درجة”.

أسباب استخدام هوائي عاكس الزاوية:

يُعد هوائي عاكس الزاوية بإنّه هيكل يستخدم كهدف رادار، وغالباً في معايرة معدات الاختبار، مثل غرفة كاتمة للصدى، حيث تُستخدم عاكسات الزاوية لأسباب عديدة:

• لها مقطع عرضي رادار عالي جداً “RSC” لحجم صغير، ويتم الحفاظ على “RCS” المرتفع بزاوية سقوط واسعة، ويُعرف الحل الدقيق لنظام التحكم عن بعد الخاص بها.

• من السهل صنع عواكس الزاوية من الصفائح المعدنية مثل الألومنيوم، ولكن يجب توخي الحذر للتأكد من أنّ الأسطح تلتصق عند “90 درجة” بالضبط.

• كما أنها قوية بما يكفي للحفاظ على تسطيح جيد بعد عودة “جزء من المدى” الخاص ويسقطها على أرضية صلبة عدة مرات.

ملاحظة:“RSC” هي اختصار لـ “Radar cross section”.

أنواع عاكسات الزاوية:

يتضمن الهوائي عاكس الزاوية على ثنائي السطوح وثلاثي السطوح، حيث يحتوي ثنائي السطوح على سطحين على مستويات متعمدة، بينما يحتوي ثلاثي السطوح على ثلاثة، ويتم عرض الرسومات التخطيطية للاثنين، جنباً إلى جنب مع أنظمة الإحداثيات المستخدمة بشكل عام، كما تستخدم مصطلحات كاستخدام “phi” للارتفاع وثيتا “θ” لزاوية السمت.

مبدأ تشغيل عاكس الزاوية:

يستخدم قانون البصريات الذي يشير إلى أنّ الإشارة بعد الانعكاس تنتقل في نفس الاتجاه الذي تم استقبالها منه، وبشكل أكثر تحديداً، فإنّ مبدأ عملها هو أنّه عندما تضرب الموجة الكهرومغناطيسية عاكس الزاوية، ينعكس الشعاع الوارد من كل سطح موصل كهربائياً مرة واحدة، كما أنّه بالنسبة للهيكل ثنائي السطوح تنعكس الموجة مرتين، بينما في حالة الهيكل ثلاثي السطوح تنعكس الموجة ثلاث مرات.

وهكذا ينعكس اتجاه انتشار الموجات، حيث إنّه يعكس الموجة في الاتجاه الذي نشأت منه ويعتبر جهازاً سلبياً، كما أنّ الهدف الرئيسي من وضع عاكس في ترتيب الهوائي هو تحسين اتجاهه وتسهل عاكسات الزاوية على شكل حصر الطاقة المشعة داخل الصفيحة المعدنية، حيث يوفر هذا تحسيناً في الاتجاهية من خلال عكس الطاقة المستقبلة في الاتجاه المطلوب.

يُعد العاكس بأنّه مجرد عنصر واحد يستخدم لإعادة توجيه الطاقة المستقبلة في اتجاه معين، وبالتالي لا يمكن اعتباره عنصراً مصدراً، ومع ذلك وبدون وجود عنصر يوفر موجة كهرومغناطيسية لسطح العاكس، لا يمكن أبداً تحويل عاكس الزاوية إلى هوائي عاكس الزاوية، وبشكل أكثر تحديداً  بدون وجود عنصر مدفوع فإنّ ترتيب الهوائي غير مكتمل، وبالتالي يُعرف الترتيب الذي يتكون من عنصر مدفوع إلى جانب عاكس الزاوية بهوائي عاكس الزاوية.

تم اقتراح ذلك بواسطة “John D Kraus” في عام 1938م، ويستخدم في نطاقات تردد عالية جداً، ويمثل الشكل أدناه هوائي عاكس الزاوية العمودي:

يكون العنصر المتحرك في هوائيات عاكس الزاوية إمّا ثنائي القطب نصف موجي أو ثنائي أقطاب متداخلة ويتواجد في اتجاه متوازي على مسافة معينة من قمة عاكس الزاوية، ومع ذلك يفضل استخدام ثنائيات أقطاب أسطوانية أو ثنائية الأقطاب، على الرغم من استخدام الأسلاك الرفيعة، وللحصول على كسب أعلى بقيمة صغيرة لـ “α”، تم تصميم العاكس بأطوال جانبية متزايدة، ومن أجل الحصول على كفاءة أعلى بقيمة أصغر لـ “α” يتم زيادة التباعد بين الرأس وعنصر التغذية.

نمط الإشعاع في الهوائي عاكس الزاوية:

يمثل الشكل أدناه مخطط إشعاع عاكس زاوية رأسي على طول المحور الرئيسي :

مزايا الهوائي عاكس الزاوية:

• يوفر سهولة البناء.

• يمتلك اتجاهية عالية من خلال عكس الموجة الكهرومغناطيسية في اتجاه مصدرها.

عيوب الهوائي عاكس الزاوية:

• وجودها يجعل ترتيب الهوائي ضخماً جداً.

• يزيد استخدام هذا العاكس من تكلفة هوائي عاكس الزاوية.

تطبيقات استخدام الهوائي عاكس الزاوية:

تجد هذه التطبيقات بشكل رئيسي في أنظمة الرادار، وذلك لإخفاء وجود مركبات الدفاع عن رادار العدو وهذا يعني أنّه يتم استخدامه للاختباء بسبب ميزته الخاصة لعكس الإشارة بالضبط في نفس الاتجاه الذي تأتي منه عندما تكون “α” تساوي “90 درجة”، ويتم إنشاء هذه المركبات بزوايا أقل حدة، كما تستخدم أيضاً في استقبال إشارة التلفاز وبالتالي تجد تطبيقات في الهوائيات المنزلية، وإلى جانب ذلك يتم استخدامه أيضاً بشكل رئيسي في تطبيقات الاتصالات الضوئية.

تُستخدم عاكسات الزاوية لتوليد صدى رادار قوي بشكل خاص من الأشياء التي بدونها سيكون لها مقطع عرضي منخفض للغاية للرادار “RCS”، وعاكس زاوية يتكون من سطحين أو ثلاثة أسطح موصلة للكهرباء مثبتة بالعرض بزاوية “90 درجة” بالضبط، كما تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية الواردة من خلال انعكاس متعدد بدقة في الاتجاه الذي تأتي منه، وبالتالي حتى الأجسام الصغيرة ذات “RCS” الصغيرة تنتج صدى قوياً بدرجة كافية.

يجب أن تكون المساحات المحددة لعاكس الزاوية كبيرة مقارنة بطول موجة الرادار، حيث كلما كان عاكس الزاوية أكبر تنعكس المزيد من الطاقة، كما يمكن بناؤه بالرنين مع الطول الموجي للرادار، حيث سيؤدي ذلك إلى زيادة إشارات الصدى مرة أخرى، ولتقليل الخسائر الناجمة عن انحناء الأرض يتم تثبيت عاكسات الزاوية على أعلى مستوى ممكن في أعلى الصاري، وفي حالة حدوث اضطراب شديد في حمل الرياح يتم استخدام إصدارات مقنعة كروية أو أسطوانية.

إذا كان يجب أن يكون مبعثراً في اتجاهات ثلاثية الأبعاد، فيجب بناء عاكس الزاوية من ثلاثة أسطح عاكسة، وإذا كان يجب أن يكون مبعثراً في اتجاهات موزعة ثلاثية الأبعاد، فيجب أن يتكون عاكس الزاوية من ثلاث مناطق عاكسة، ثم يطلق عليه عاكس الزاوية ثلاثي السطوح، وستحدث ثلاث انعكاسات ثم قبل أن تنعكس الحزمة في الاتجاه الأصلي.

تعتمد مواصفات المنطقة على المقارنة مع مشعاع متناحٍ، حيث  أنّ الموصل الكروي المثالي هو العاكس المرجعي الذي تبلغ مساحة إسقاطه الرسومي على مستوى عمودي على اتجاه الأشعة الواردة متراً مربعاً واحداً، كما يبلغ قطر هذه المنطقة الدائرية حوالي “1.33 م”، ومن هذا العاكس المرجعي تكون مساحة صغيرة جداً فقط فعالة، حيث يعمل العاكس على مساحة صغيرة بضعة سنتيمترات فقط في منتصف الكرة، والتي تعكس الطاقة الواردة في اتجاه الرادار بالضبط.

توزع جميع المناطق الفرعية الأخرى الطاقة الواردة بالتساوي في جميع أنحاء الغرفة، ويترتب على ذلك أنّ عاكساً صغيراً للزاوية مع بضعة سنتيمترات فقط من الانتشار الهندسي يمكن أن يكون له مقطع عرضي رادار فعال يبلغ عدة أمتار مربعة.