الباب الأول
[CENTER]المقدمــــــــة
Introduction[/center]
(1 – 1) مقدمـــة:
الهوائي عبارة عن جهاز يستخدم من أجل إرسال أو استقبال الموجات الكهرومغناطيسية كما يعرف بأنَّـه الوسط الانتقالي بين الفضاء الحر والأجهزة الموجِّـهة Guiding Devices. وذلك كما موضح في الشكل (1 - 1).
الأجهزة الموجَّـهة يمكن أن تكون خطوط نقل في صورة خط كيبل محوري Coaxial Line ، أو في صورة موجِّـه موجة … Wave Guide والجهاز الموجِّه يستخدم لتحويل الطاقة الكهرومغناطيسية من مصدر الإرسال إلى الهوائي.أي يقوم بتحويل الجهود والتيارات في المرسل إلى موجات كهرومغناطيسية، ثمَّ يقوم الهوائي بإرسالها … كما يقوم بالعملية العكسية ؛ أي تحويل الطاقة الكهرومغناطيسية من الهوائي إلى المستقبل … حيث يقوم بتحويل الموجات الكهرومغناطيسية الساقطة عليه إلى جهود وتيارات عند المستقبل… في الحالة الأولى يسمى الهوائي بالهوائي المرسل ، وفي الحالة الثانية يسمى الهوائي بالهوائي المستقبل …
الشكل ( 1 - 1) : شكل يوضح الهوائي المرسل
الشكل( 2 - 1) : شكل يوضح الهوائي المستقبل .
تُشكل الهوائيات عنصراً حاسماً في كفاءة النظام اللاسلكي … كما تستخدم الهوائيات في الطائرات وفي السفن ، وفي الهواتف الخليوية ، وفي الإرسال الإذاعي والتلفزيوني ، وفي كل أنظمة الاتصالات اللاسلكية … والهوائي يجب أن يكون على مستوى عالي من الجودة ، والكفاءة حتى يتسنى له تغطية المساحة الجغرافية المطلوبة . وقد يكون الهوائي أفقياً أو عمودياً ، شبكي أو طبقي ، موجه أو غير موجه ، وقد يكون متعدد الأقسام أو وحيداً خطياً وقد يكون مجرد سلك غير معزولومتدلي ما بين نقطتين …
(2 – 1) فذلكة تاريخية
يرجع تأريخ الهوائيات إلى جيمس كلارك ماكسويل G. K. Maxwellالذي وضع نظريات المغناطيسية من خلال معادلاته وذلك عام 1873 … تم تصميم أول هوائي راديوي بواسطة هينريتش هيرتزHeinrich Hertz عام 1886 في ألمانيا … وقد صمم نظام كامل للإرسال والاستقبال وكان الهوائي المرسل هوائي ثنائي القطب dipole والمستقبل هوائي حلقي مربع Square Loop Antenna …
كان إكتشاف هيرتز داخل معمله ولم يخرجه للبشرية لمدة عشرين عاماً حتى جاء ماركونيMarconi من إيطاليا وأضاف دوائر رنين Resonance Circuits ساعدت في إرسال الإشارات خلال مسافات بعيدة وذلك في منتصف ديسمبر عام 1901 … وبعد ماركوني وحتى عام 1940 تعلقت تكنولوجيا الهوائيات بعناصر إشعاع لا سلكية بترددات تصل إلى UHF … وخلال الحرب العالمية الثانية ظهرت أشكال جديدة من الهوائيات مثل هوائيات البوق Hornوالعواكس Reflector وموجهات الموجةWave Guides …
تبعاً للتطورات التي حدثت في مجال الكمبيوتر ، تطورت هندسة الهوائيات وذلك في الفترة من1960 إلى عام… 1990 شملت هذه التطورات تقديم طرق وتقنيات عددي ساعدت في حل معضلات الهوائيات … شهد القرن الحالي ظهور هوائيات الاتصالات المتنقلة ووصل التطور إلى استخدام الهوائيات الذكية…
( 3 – 1) أنواع الهوائيات Types Of Antennae
هنالك أنواع عديدة من الهوائيات المستخدمة في التطبيقات العملية من أجل إرسال واستقبال الموجات الكهرومغناطيسية… تختلف هذه الهوائيات من ناحية أشكالها وتطبيقاتها واستخداماتها في الحياة اليومية. والأنواع العامة للهوائيات هي :-
(1 - 3 – 1) الهوائيات الخطية Linear Wire Antennae
هذه الهوائيات تستخدم في السفن والمباني والطائرات والمركبات … ولها عدة أنواع مثل ثنائيات الأقطابDipoles ) ) ، والهوائيات الحلقية المربعة ( Square Loop) ، والهوائيات الحلقية الدائرية (Circular Loop ) ، والهوائيات الحلزونية ( Helix ) … يمتاز هدا النوع من الهوائيات بسهولة الصنع وسهولة الاستخدام ، والانتشار الواسع ، ورخص الثمن …
(2 - 3 – 1) هوائيات البوقHorn Antennae
هذه الهوائيات ملائمة للاستخدام في الطائرات والرادار والمحطات الأرضية للأقمار الاصطناعية , وصممت هذه الهوائيات من أجل الاستخدام في الترددات العالية…
(3 - 3 – 1) الهوائيات الشريطية Microstrip Antennae
ظهرت في السبعينات وتستخدم في التطبيقات المدنية , ولأجل صناعتها نستخدم تقنيات الدوائر الكهربية الحديثة المثقبة ( Modern Printed Circuit Technology ) .
(4 - 3 – 1) هوائيات المصفوفاتArray Antennae
تستخدم هده الهوائيات لو كان التطبيق يتطلب خواص إشعاع لا يوفـرها هوائي لوحده … يعطي هذا الهوائي إشعاع في حالته القصوى maximum في اتجاه معين ، وفي الاتجاهات الأخرى يكون الإشعاع في حالته الدنيا minimum.
(5 - 3 – 1) الهوائيات العاكسةReflective Antennae
تستخدم من أجل إرسال واستقبال الإشارات التي تعبر ملايين الأميال، والنوع الشائع هاهنا هو هوائي القطع المكافئ ( Parabolic Antenna ) .
(4 – 1) المعاملات الأساسية للهوائيات
تستخدم هذه المعاملات من أجل وصف أداء الهوائي .
( 1 - 4 – 1) نمط الإشعاع Radiation Pattern
عبارة عن دالة رياضية ، أو تمثيل بياني لخواص إشعاع الهوائي … وغالباً ما يكون نمط الإشعاع دالة في المحاور الفراغية …
( 2 - 4 – 1) كثافة قدرة الإشعاعRadiation Power Density
عبارة عن مقياس لوصف القدرة الناتجة بواسطة الموجات الكهرومغناطيسية, وتقاس بالواط لكل متر مربع ( ) ويكون رمزها هو ( ).
( 3 - 4 – 1) شدة الإشعاع Radiation Intensity
هي القدرة المشعة من الهوائي لكل وحدة زاوية حجميه ، وتقاس بـ ( ) ورمزها هو ( ) .
الزاوية الحجمية وتقاس بالإستراديان أو الزاوية الصلبة .
( 4 - 4 – 1) الاتجاهية Directivity
الاتجاهية هي نسبة شدة الإشعاع (Radiation Intensity ) في اتجاه معين من الهوائي إلي شدة الإشعاع المتوسطة الكلية في كل الاتجاهات…
ورياضيـَّـاً يمكن التعبير عن الاتجاهية كالآتي :
حيث أنَّ :-
D0 ≡ الاتجاهية العظمى ( Maximum Directivity)
U ≡ شدة الإشعاع ( Radiation Intensity )
Umax≡ شدة الإشعاع الأقصى ( Maximum Radiation Intensity)
U0 ≡ شدة الإشعاع لمصدر ذو إشعاع متساوي في كل الاتجاهات.
(Radiation Intensity of Isotropic Source)
Prad ≡ القدرة المشعة الكلية (Total Radiated Power)
( 5 - 4 – 1) الكسب Gain
هذا المقياس يضع في الإعتبار كفاءة الهوائي ومقدرته التوجيهية … وهو عبارة عن النسبة بين شدة الإشعاع في اتجاه معين للهوائي وشدة الإشعاع الناتجة من إشعاع الهوائي في كل الاتجاهات …
= Gain
الكسب دائماً أقلَّ من الاتجاهية … وللهوائي عديم الفقد يكون الكسب مساوياً للاتجاهية …
( 6 - 4 – 1) عرض حزمة نصف القدرة Half Power Beam-Width
هي الزاوية المقاسة - عندما يكون نمط الإشعاع في حالته القصوى - بين اتجاهين تكون فيهما شد ة الإشعاع نصف القيمة القصوى للإشعاع …
( 7 - 4 – 1) مقاومة الإشعاع Radiation Resistance
هي المقاومة المكافئة للمقاومة التي تستهللك نفس القدرة التي يشعها الهوائي عندما يكون التيار في تلك المقاومة هو نفس التيار في مداخل الهوائي …
( 8 - 4 – 1) مقاومة الدخلInput Resistance
هي مقاومة الهوائي عند مداخله… وتعرف بأنها نسبة الجهد إلى التيار عند نهايتي الهوائي …
كما أنَّـها نسبة مركبتي المجال الكهربائي إلى المجال المغناطيسي عند دخل الهوائي…
