هوائي ذو فتحة

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة
هوائي رادار بحري ذو موجّه موجي مشقوق من النطاق X على متن سفينة، بتردد 8-12  جيجاهرتز. يشع الهوائي حزمة ضيقة عمودية على شكل مروحة من الموجات الدقيقة، ويقوم بمسح سطح الماء بالكامل بزاوية 360 درجة حول السفينة مع كل دورة.
مقطع عرضي لهوائي رادار بحري مماثل مع إزالة جزء من غطاء الرادار البلاستيكي ، يظهر الفتحات الموجودة في الدليل الموجي.
باحث عن صاروخ Kh-35E المضاد للسفن المزود بهوائي مشقوق.

يتكون هوائي الشق من سطح معدني ، عادةً ما يكون صفيحة مسطحة، بها ثقب واحد أو أكثر أو شقوق. [ 1 ] عند تشغيل الصفيحة كهوائي بواسطة تيار تردد لاسلكي ، يشع الشق موجات كهرومغناطيسية بطريقة مشابهة لهوائي ثنائي القطب . يحدد شكل وحجم الشق، بالإضافة إلى تردد التشغيل، نمط الإشعاع . تُستخدم هوائيات الشق عادةً عند ترددات UHF والميكروويف حيث تكون الأطوال الموجية صغيرة بما يكفي لتصغير حجم الصفيحة والشق. عند هذه الترددات، غالبًا ما تُنقل الموجات الراديوية بواسطة دليل موجي ، ويتكون الهوائي من شقوق في الدليل الموجي؛ وهذا ما يُسمى هوائي الدليل الموجي المشقوق . تعمل الشقوق المتعددة كهوائي مصفوفة توجيهية ويمكنها بث حزمة ضيقة على شكل مروحة من الموجات الميكروية. تُستخدم هذه الهوائيات في مصادر الميكروويف المختبرية القياسية المستخدمة في الأبحاث، وهوائيات إرسال التلفزيون UHF، وهوائيات الصواريخ والطائرات، وهوائيات القطاع لمحطات البث الخلوية ، وخاصة هوائيات الرادار البحري . تتمثل المزايا الرئيسية لهوائي الفتحة في حجمه، وبساطة تصميمه، وسهولة تكييفه للإنتاج الضخم باستخدام تقنية الموجات الدليلية أو تقنية لوحة الدوائر المطبوعة.

بناء

هوائي بث تلفزيوني UHF ذو مصفوفة مشقوقة

كما أوضح إتش جي بوكر عام ١٩٤٦، استنادًا إلى مبدأ بابينيه في علم البصريات، فإن فتحة في صفيحة معدنية أو دليل موجي لها نفس نمط الإشعاع الذي يُصدره هوائي قضيب مُحرك، يكون قضيبه بنفس شكل الفتحة، باستثناء أن اتجاهي المجالين الكهربائي والمغناطيسي معكوسان؛ فالهوائي ثنائي قطب مغناطيسي بدلًا من ثنائي قطب كهربائي؛ ويكون المجال المغناطيسي موازيًا للمحور الطولي للفتحة، بينما يكون المجال الكهربائي عموديًا عليه. وبالتالي، يمكن حساب نمط إشعاع الفتحة باستخدام نفس المعادلات المعروفة المستخدمة لهوائيات العناصر القضيبية، مثل ثنائي القطب . وتكون الموجات مستقطبة خطيًا عموديًا على محور الفتحة. أما الفتحات التي يصل طولها إلى طول موجة معينة، فلها فص رئيسي واحد بإشعاع أقصى عمودي على السطح.

تُستخدم الهوائيات المكونة من عدة فتحات متوازية في دليل موجي على نطاق واسع في مصفوفات الهوائيات . ولها نمط إشعاع مشابه لمصفوفة خطية مماثلة من هوائيات ثنائية القطب، باستثناء أن الفتحة لا تُشع إلا في الفراغ الموجود على جانب واحد من سطح الدليل الموجي، بزاوية 180 درجة من الفراغ المحيط. وهناك نوعان شائعان الاستخدام:

هوائي موجي مشقوق طوليًا
محور الفتحات موازٍ لمحور الدليل الموجي. يتميز هذا النوع من الهوائيات بنمط إشعاع مشابه لهوائي ثنائي القطب الخطي ، وعادةً ما يُركّب عموديًا. يكون نمط الإشعاع شبه شامل في المستوى الأفقي العمودي على الهوائي ضمن زاوية 180 درجة أمام الفتحة، ولكنه ضيق في المستوى الرأسي، حيث يزداد الكسب الرأسي بمقدار 3  ديسيبل تقريبًا مع كل مضاعفة لعدد الفتحات. الإشعاع مستقطب أفقيًا. يُستخدم هذا النوع من الهوائيات في هوائيات الإرسال الرأسية شاملة الاتجاهات لمحطات التلفزيون UHF. أما في البث الإذاعي، فيُستخدم أحيانًا دليل موجي أسطواني أو نصف دائري مع عدة أعمدة من الفتحات المقطوعة في جوانب مختلفة لتوفير نمط إشعاع شامل بزاوية 360 درجة.
هوائي موجي ذو شق عرضي
تكون الفتحات عمودية تقريبًا على محور الدليل الموجي، لكنها مائلة بزاوية صغيرة، مع وجود فتحات متبادلة مائلة بزوايا معاكسة. ينتج عن ذلك إشعاع ثنائي القطب في المستوى العمودي على الهوائي، وشعاع حاد جدًا في مستوى الهوائي. يُستخدم هذا النوع من الهوائيات بشكل أساسي في هوائيات الرادار البحري للموجات الميكروية . يُثبّت الهوائي أفقيًا على محرك ميكانيكي يُديره حول محور رأسي، ماسحًا شعاعه الرأسي المروحي الشكل بزاوية 360 درجة حول سطح الماء المحيط بالسفينة وصولًا إلى الأفق مع كل دورة. يضمن الانتشار الرأسي الواسع للشعاع أنه حتى في الأحوال الجوية السيئة، عندما تتأرجح السفينة ومحور الهوائي بزاوية واسعة بفعل الأمواج، لن يخطئ شعاع الرادار سطح الماء.

هوائي الفتحة الخطية الشعاعية عبارة عن مصفوفة مستوية من الموجهات الموجية المشقوقة، حيث تُغذى الفتحات بواسطة موجه موجي شعاعي. وقد اخترعه ناوهيسا غوتو، الأستاذ الفخري في معهد طوكيو للتكنولوجيا ، واستُخدم كهوائي مستوٍ عالي الكفاءة لاستقبال البث الفضائي؛ كما تم الإبلاغ عن نسخة خفيفة الوزن ذات بنية قرص العسل للاستخدام الفضائي، واستُخدمت أيضًا كهوائي عالي الكسب على متن مركبة هايابوسا 2. [ 2 ] [ 3 ]

تاريخ

اخترع آلان بلوملين هوائي الفتحة عام 1938 أثناء عمله لدى شركة EMI . وقد اخترعه بهدف إنتاج نوع عملي من الهوائيات لبث التلفزيون على نطاق VHF، يتميز باستقطاب أفقي، ونمط إشعاع أفقي شامل الاتجاهات، ونمط إشعاع رأسي ضيق. [ 4 ] [ 5 ]

قبل استخدامها في رادارات البحث السطحي، كانت هذه الأنظمة تستخدم عاكسًا مجزأً مكافئًا ، أو ما يُعرف بـ" هوائي الجبن ". وكان هوائي الموجة الدليلية المشقوقة ثمرة بحث راداري مشترك أجرته جامعة ماكجيل والمجلس الوطني للبحوث في كندا خلال الحرب العالمية الثانية . [ 6 ] وحصل المخترعان المشاركان، دبليو إتش واتسون وإي دبليو غوبتيل من جامعة ماكجيل، على براءة اختراع أمريكية للجهاز، الذي وُصف بأنه "هوائي توجيهي للموجات الدقيقة"، في عام 1951. [ 7 ]

هوائي موجي مشقوق بتردد 2.4 جيجاهرتز.

استخدامات أخرى

في تطبيق ذي صلة، تُستخدم ما يُسمى بالموجهات الموجية المتسربة لتحديد مواقع عربات القطارات في بعض أنظمة النقل السريع. وتُستخدم هذه الموجهات بشكل أساسي لتحديد الموقع الدقيق للقطار عند توقفه في المحطة، بحيث تتوافق مواقع الأبواب بشكل صحيح مع نقاط الانتظار على الرصيف أو مع مجموعة ثانية من أبواب الأمان، إن وُجدت.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ تشودري، س.؛ كشيتريمايوم، ر.س.؛ سونكار، ر.ك.؛ ميشرا، م. (2019). "مصفوفة هوائيات ذات موجة متحركة ثنائية الاستقطاب الدائري" . رسائل الإلكترونيات . 55 (20): 1071-1073 . Bibcode : 2019ElL....55.1071C . doi : 10.1049/el.2019.1972 . S2CID 201254746 . 
  2. ↑ أويدا، هـ.؛ هيروكاوا، ج.؛ أندو، م.؛ أمانو، أ.؛ كاماتا، ي. (1 مارس 2008). "هوائي خفيف الوزن ذو فتحة خطية شعاعية وهيكل قرص العسل للاستخدام الفضائي". مجلة IEICE للمعاملات في الاتصالات . E91-B (3): 871-877 . doi : 10.1093/ietcom/e91-b.3.871 .
  3. ↑ «تركيب هوائيات مستوية عالية الكسب ذات بنية قرص العسل لتوفير الوزن على متن هايابوسا 2» . وكالة استكشاف الفضاء اليابانية (ISAS) . 18 ديسمبر 2014. تاريخ الاطلاع: 19 أبريل 2026 .
  4. ↑ بلوملين، آلان (7 مارس 1938)، "تحسينات في أو ما يتعلق بالموصلات أو المشعات الكهربائية عالية التردد"، براءة اختراع بريطانية رقم 515684
  5. ↑ بيرنز، راسل (2000). حياة وعصر إيه دي بلوملين . معهد الهندسة والتكنولوجيا . ISBN 0-85296-773-X.
  6. ↑ كوفينغتون، آرثر إي. (1991). "بعض ذكريات قسم هندسة الراديو والكهرباء في المجلس الوطني للبحوث في كندا، 1946-1977" . ساينتيا كانادينسيس: المجلة الكندية لتاريخ العلوم والتكنولوجيا والطب . 15 (2): 155-175 . doi : 10.7202/800334ar .
  7. ↑ واتسون، ويليام هيريوت؛ غوبتيل، إرنست ويلموت (6 نوفمبر 1951)، هوائي توجيهي للميكروويف ، تم الاطلاع عليه في 20 ديسمبر 2016