ما هي معايير الأداء الكهربائي لهوائيات الاتصالات؟

تُعدّ معايير الأداء الكهربائي لهوائيات الاتصالات مؤشرات رئيسية تُستخدم لتقييم قدرة نقل الإشارة، وكفاءة الإشعاع، وأداء مطابقة المعاوقة. ويمكن تصنيفها عمومًا على النحو التالي:

1. تردد التشغيل وعرض نطاق التشغيل

يشير عرض نطاق الهوائي إلى نطاق التردد الذي تُلبى فيه جميع متطلبات أداء الهوائي المحددة. أما تردد التشغيل فيشير إلى جميع الترددات ضمن عرض نطاق الهوائي.

بما أن نطاق التردد التشغيلي مقيد بمعايير أداء متعددة، فيُعتبر أضيق نطاق ترددي بينها هو النطاق الترددي الفعال. بالنسبة للهوائيات المدمجة، عادةً ما تكون نطاقات التردد المحدودة بعوامل مثل نطاق تردد نمط الإشعاع ونطاق تردد الاستقطاب أوسع من نطاق تردد المعاوقة. ومن المعايير التقريبية الشائعة الاستخدام نطاق التردد الذي تبقى فيه نسبة الموجة الموقوفة للجهد (VSWR) أقل من حد معين.

2. نسبة الموجة الموقوفة للجهد (VSWR)

عندما لا تتطابق معاوقة دخل الهوائي مع المعاوقة المميزة لخط النقل (أي يحدث عدم تطابق)، ينعكس جزء من طاقة الدخل. وتُعد نسبة الموجة الموقوفة للجهد (VSWR) معيارًا مهمًا يعكس العلاقة بين الطاقة الساقطة والطاقة المنعكسة.

ترتبط نسبة الموجة الموقوفة (VSWR) بمقاومة دخل الهوائي. في بعض الحالات، يُستخدم فقدان العودة (RL) أو معامل الانعكاس (Γ) بدلاً من ذلك؛ إذ تصف جميعها نفس الخاصية. وفيما يلي العلاقات بينها:

أين:

(P^-) هي القدرة المنعكسة

(P^+) هي القدرة الساقطة

(Z_L) هي مقاومة دخل الهوائي

(Z_0) هي المعاوقة المميزة لخط النقل

(U^+) هو الجهد الساقط

(U^-) هو الجهد المنعكس

3. علاقات التحويل اللوغاريتمي بين فقدان العودة، ونسبة الموجة الموقوفة، ومعامل الانعكاس

إن فقدان العودة، ونسبة الموجة الموقوفة، ومعامل الانعكاس هي تمثيلات مختلفة لأداء مطابقة المعاوقة ويمكن تحويلها لوغاريتميًا باستخدام الصيغ المذكورة أعلاه.

4. مقاومة الدخل

المعاوقة المدخلة هي المعاوقة الموجودة عند أطراف إدخال الهوائي. يجب أن تتطابق المعاوقة المدخلة للهوائي مع المعاوقة المميزة لخط النقل والموصلات. بالنسبة لهوائيات محطات الاتصالات المتنقلة، تبلغ المعاوقة المدخلة الاسمية عادةً 50 أوم، مما يعني أن المعاوقة المميزة لخط النقل والموصلات يجب أن تكون أيضًا 50 أوم.

5. ربح

يمثل كسب الهوائي التأثير المشترك لتوجيه الإشعاع وكفاءة تحويل الطاقة. ويتحدد بعاملين رئيسيين: توجيه الإشعاع وكفاءة الإشعاع.

يُعبّر عن الكسب عادةً بالديسيبل (dB). الديسيبل هو تمثيل لوغاريتمي للنسبة:

فمثلا:

تمثل وحدة dBi الكسب بالنسبة إلى مشع مثالي متساوي الخواص. في بعض الحالات، تُستخدم وحدة dBd، التي تمثل الكسب بالنسبة إلى ثنائي قطب نصف موجة. علاقة التحويل هي:

فمثلا:

6. نمط الإشعاع

نمط الإشعاع هو تمثيل بياني لكيفية تغير كثافة الطاقة المشعة أو شدة المجال مع الاتجاه المكاني. تشمل أنماط الإشعاع أنماط المستوى الأفقي وأنماط المستوى الرأسي.

يمكن ملاحظة العديد من خصائص الهوائي من خلال نمط الإشعاع، مثل ما إذا كان الهوائي متعدد الاتجاهات أو موجهًا، وعرض الحزمة، وزاوية الميل، وملء الفراغات، وكبح الفصوص الجانبية. ولتحسين أداء الإشعاع، يُعد تحسين نمط الإشعاع جزءًا مهمًا من تصميم الهوائي.

يوضح نمط الإشعاع ثلاثي الأبعاد التوزيع الكلي للإشارة في الفضاء ويسمح بملاحظة قوة الإشارة في جميع الاتجاهات.

يتم الحصول على نمط الإشعاع ثنائي الأبعاد عادةً عن طريق تقطيع النمط ثلاثي الأبعاد على طول المستويات XY و YZ و XZ، مما يوفر تقييمًا كميًا لتوزيع قوة الإشارة في هذه المستويات.