تعريف الهوائي

هو عبارةٌ عن هيكلٍ معدنيٍّ مصمم لإرسال واستقبال الموجات الكهرومغناطيسية وموجات الراديو، بحيث يقوم بتحويل الطاقة الكهربائية إلى موجاتٍ كهرومغناطيسيةٍ وذلك عند اللإرسال، ويحدث العكس عند حالة الاستقبال. تأتي انواع الهوائيات الكثيرة في مختلف الأشكال والأحجام، بدءًا بالأشكال التي توجد على أسطح المنازل التي تستخدم في استقبال البث التليفزيوني حتى الأشكال التي تلتقط الإشارات من الأقمار الصناعية التي تبعد ملايين الأميال.

يتكون أي هوائيٍّ من مصدر تغذيةٍ وخط نقلٍ ومجالٍ يحدد نموذج الإشعاع الذي يرسمه هذا الهوائي كما هو موضحٌ بالصورة التالية.1

صورة توضيحية لشكل العام لنموذج الهوائي

تتعدد انواع الهوائيات وأشكالها، فمنها من له استقطاب خطي، ومنها هوائيات الاستقطاب الدائري، وإليكم أشهر أنواع الهوائيات استخدامًا.

انواع الهوائيات

الهوائيات السلكية (Wire Antennas)

  • الهوائي الثنائي الخطي (Dipole Antenna)
الهوائي الثنائي الخطي (Dipole Antenna)

يمكن تصميم هذا الهوائي من سلكين معدنين من مادة الألومينيوم أو النحاس أو أيٍّ من المعادن التي لها الناقلية الجيدة، وتتم تغذية السلكين بكبلٍ مزدوجٍ بحيث تختلف القطبية، وبشرط أن يكون طول السلكين مساويًّا لنصف طول الموجي، وذلك للحصول على أمثل حالةٍ للإرسال واستقبال الإشارة.

يعتبر هذا الهوائي سهلَ البناء، ويستخدم في صناعة عددٍ من انواع الهوائيات الأخرى الأكثر تعقيدًا منه، ويملك مجالًا تردديًّا بين 30-300 ميغا هرتز MHz، وإليكم صورة توضح نموذج إشعاع الهوائي الثنائي.2

Dipole Antenna Radiation Pattern
  • الهوائي الأحادي الخطي (Monopole Antenna)

هو عبارةٌ عن هوائي ثنائي خطي بسلكٍ واحدٍ، باستقطابٍ دائريٍّ وطولٍ يساوي ربع طول الموجة، قليل التكلفة وسهل الإنشاء، يكثر استخدامه في تطبيقات الاتصالات اللاسلكية وذلك لأنه يشع من كافة الاتجاهات مما يؤدي إلى تغطية المسافة المطلوبة، ويستخدم في السيارات عمومًا ويخص في ذلك سيارات الإسعاف والشرطة.

كما أنه يتراوح المجال الترددي للهوائي الأحادي الخطي من 535-1605 كيلو هرتز KHz.3

  • هوائي ياغي أودا (Yagi-Udda Antenna)
Yagi-Udda Antenna

تم اختراع انواع الهوائيات هذه من قبل العالم الياباني Udda، وتم تطويره من قبل العالم الياباني Yagi، يتميز هذا الهوائي بكونه هوائي موجه يعطي ربحًا عاليًّا في الاستطاعة.

يتراوح المجال الترددي لهذا الهوائي من 30 ميغا هرتز MHz وحتى 3 غيغا هرتز GHz، والتي تنتمي إلى نطاقي الترددات العالية جدًا VHF (Very High frequency) وUHF (Ultra High Frequency).

وإليكم صورة توضح نموذج إشعاع هذا الهوائي.4

 Yagi-Udda Antenna Radiation Pattern
  • الهوائي الحلقي (Loop Antenna)
Loop Antenna

هو عبارةٌ عن سلكٍ يشكل حلقةً، بحيث يكون محيط الهوائي أقل كثيرًا من طول الموجة المراد استقبالها، يوجد في عدة أشكالٍ مثل الدائري، البيضوي، وحتى المستطيل، ويشترك مع الهوائيات الخطية أحادية وثنائية في كونه قليل التكلفة وسهل البناء، وهو يصنف من الهوائيات المغناطيسية.

يمكن استخدام انواع الهوائيات تلك على نطاقٍ واسعٍ من الترددات يصل من 30 ميغا هرتز MHz حتى 3 غيغا هرتز GHz، ولكن يفضل في الاستقبال لتجنب الخسائر والضياعات في الإشارة، بالإضافة إلى استخداماته في تطبيقات الأمواج الميكروية.

إليكم صورة عن أحد أشكال الهوائي الحلقي.5

 Loop Antenna Radiation Pattern

الهوائيات الموجة المسافرة (Traveling Wave Antennas)

  • الهوائي الحلزوني (Helical)
Helical Antenna

يمكن وصف انواع الهوائيات الحلزونية على أنها سلكٌ من معدنٍ ناقلٍ ملفوف على حاملٍ أسطوانيٍّ عازل بشكلٍ حلزونيٍّ بحيث تنتشر الأشعة الصادرة عن الهوائي بشكلٍ دائريٍّ مما يجعل من استقطابه دائريًّا، يتميز الهوائي بوجود وضعين له، الوضع العاديNormal Mode والمحوري Axial Mode، بحيث عندما يكون الهوائي في الوضع العادي يكون قطر لفة السلك أصغر بكثيرٍ من طول الموجة، وبالتالي يعامل مثل الهوائيات الأحادية أو ثنائية القطب وينتج عنه نموذج إشعاعٍ مشابه لهوائيات Dipole، أما عندما يكون في الوضع المحوري فيكون قطر لفة السلك مساويةً لطول الموجة مما يجعله هوائي اتجاهي محققًا الهدف من الهوائي المحوري.

يستخدم هذا الهوائي عندما لا نعلم ماهية نوع الاستقطاب في الارسال كونه يملك استقطابًا دائريًّا، بالإضافة إلى كونه من هوائيات الموجة المسافرة، وإليكم صورة توضح شكل الهوائي الحلزوني ويتراوح المجال الترددي لهذا الهوائي بين 30 ميغا هرتز MHz حتى 30 غيغا هرتز GHz، وإليكم صورًا توضح نموذجي إشعاع هذا الهوائي في الوضع العادي والوضع المحوري.6

Helical Antenna Normal Mode Radiation Pattern
 Helical Antenna Axial Mode Radiation Pattern

هوائيات الجبهة (Aperture Antennas)

  • الهوائي البوق (Horn Antenna)
الهوائي البوق (Horn Antenna)

هو عبارةٌ عن دليل موجة بجزئين بحيث يتحول هذا الدليل إما إلى مستطيلٍ أو شكلٍ دائريٍّ، يتراوح المجال الترددي لهذا الهوائي بين 300 ميغا هرتز MHzوحتى 30 غيغا هرتز GHz. استقطابه دائري أو خطي بحسب الشكل الهوائي ويوضح الشكل التالي نموذج إشعاع الهوائي البوق.7

 Horn Antenna Axial Mode Radiation Pattern

تُستخدم انواع الهوائيات هذه في تحسين الاتجاهية وكفاءة إشعاع الحزمة، بالإضافة إلى استخداماتها في التطبيقات الأمواج الميكروية كونها تدعم الترددات العالية، ونظرًا لأن بنية الهوائي غير معقدةٍ والمجال الترددي الذي يدعمه واسعٌ جدًا، فإن هذا الهوائي يستخدم في تطبيقات الأمواج الميكروية.

كما أنه توجد أنواعٌ أخرى للهوائيات ومنها هوائيات الموجة الميكروية والهوائيات العاكسة والتي سيتم التحدث عنها في مقالٍ آخر.8

المراجع