أثر التكافل المتبادل على أداء الاتفاق

إن صفائح الهوائيات أساسية في الاتصالات اللاسلكية الحديثة، مما يتيح التنافر، والتنوع المكاني، وبث إشارات عالية الدخل، وفي التطبيقات التي يقيد فيها الفضاء، مثل الهواتف الذكية، والأجهزة المتطاولة، والصفائف الهوائيات الساتلية المجهزة، هي أمور أساسية، غير أن تقلص المباعدة بين عناصر الهوائيات يستحدث تفاعلاً كهرومغناطيسياً حرجاً يعرف بالانقلاب الإشعاعي المتبادل.

أساسيات أرايس الأنتينا والترابط المتبادل

نظرية الأشعة الأساسية

ويتكون صفيفة الهوائي من عناصر متعددة مشعة مصممة لإنتاج نمط إشعاعي مرغوب فيه، وبتحكمها في حجم ومرحلة كل عنصر من عمليات إبادة الأجناس، يمكن للصفيفة أن تبث الشعاعات إلكترونياً، وتزيد التوجيه، وتكبت التدخل، ويحسب عامل الصفائف المثالي على افتراض أن كل عنصر يشع بصورة مستقلة ويكسر عندما تُسدَّد العناصر في صفائف مدمجة، ويُعدِّل العناصر المغناطيسية في المجال الحالي.

آلية التكافل المتبادل

وينشأ التقارب بين الهوائيات في الميدان القريب، وعندما يكون العنصر محركا، فإنه يولد حقول كهربائية ومغناطيسية تؤثر على العناصر المجاورة، وتحفز الفولط والتيارات، وتعيد هذه المصادر الثانوية تشعيعها وتثير الاضطرابات في التوزيع الميداني الأصلي، وتتوقف قوة الخلط بين العناصر المتصلة بالانقلابات الموجية، وتوجهات التفاعل بين المتينا، ومصفوفات التصاميم الفرعية.

الآثار التفصيلية على الأداء الشعاعي

درجة التشتت

ويشوه التقارب بين قوسين حجم والمرحلة من أنماط العناصر، وفي صفيفة مثالية، فإن النمط الكلي هو نتاج نمط العناصر وعامل الصفوف، ويدخل الخلط بين النمطين على حالة إبادة جميع العناصر، مما يؤدي إلى ارتفاع مستويات الحزمة، وإلغاء التعبئة، وقد يؤدي هذا التردد، بالنسبة للصفائف المرحلية، إلى التحول من الاتجاه المقصود، مما يؤدي إلى إحداث تغيير شديد في التطبيقات مثل التتبع.

إعاقة المدخلات ومواءمة

ويتغير الازدحام في كل عنصر من عناصر الهوائيات نتيجة لوجود الجيران، وفي صفيفة مزدوجة، فإن التغييرات في التبسيط الذاتي، مثل الازدحام الذي شوهد في الميناء، تشمل مساهمات من الملامح المتبادلة، ويقلل هذا الخطأ من نقل الطاقة من شبكة التغذية، ويمكن أن يسبب انعكاسات هامة، لا سيما في صفائف ذات سرعة ضيقة، ويختلف الازدحام النشط عند ظهور جميع العناصر التفاعلية.

الكفاءة والحد من المكاسب

ولا تشع الطاقة المفقودة إلى عناصر مقترنة في الاتجاه المقصود، بل إن بعض الطاقة تُفرَق في حمولات الجيران أو تُعاد إشعالها بمراحل عشوائية، مما يقلل من الكفاءة العامة للأشعة في المصفوفة، بالإضافة إلى أن عدم التوافق في الاتجاه يزيد من الخسائر، ويحدث الأثر المشترك في حدوث انخفاض في المكاسب المحققة، وكثيرا ما يحدث ذلك في عدة علامات على صفائف شديدة الارتباط، مما يؤدي إلى انخفاض في نسبة البيانات إلى التأثير المباشر.

التضليل والتوجيه

ويتوقف تقدير الخوارزميات المتحركة وتكييفها على معرفة دقيقة بأخطاء المضاعفات المتحركة لجميع الزوايا، ويدخل التقارب بين العناصر غير المعروفة، ويحدث أخطاء في المقاييس، مما يؤدي إلى تلفيق الزوايا المتحيزة، وإلى تعطل الانقلابات الهيكلية، ويمكن أن تصحح جزئياً هذه الأخطاء في درجات الحرارة، ولكن في الوقت المناسب.

الأثر على النظم الحديثة اللاسلكية

MIMO and 5G/6G Communications

وتستغل نظم متعددة النواتج متعددة المدخلات متعددة الأماكن لزيادة القدرة، وتعتمد صفائف الاتفاق MIMO في أجهزة المستعملين على تدني الارتباط بين قنوات الهوائيات، وتستحدث التقاربات المتبادلة الترابط، وتخفض العدد الفعلي للمجارير المكانية المستقلة، وفي 5 G، مع وجود ميغاواط ضخمة، تُحزم مئات العناصر في منطقة صغيرة؛ ويمكن أن تؤدي التقريبات إلى تآكل الدقة في استخدام 6 أنواع من أنواع الطاقة.

تطبيقات الرادار والاستشعار

(ب) الرادار الآلي والرادار ذي الفتحة التركيبية والرادار المتحرك على مراحل يعتمد على توجيه دقيق للأشعة وعلى الرادار المنخفض، ويتسبب التقارب في صفائف رادارية مدمجة في أخطاء تقدير الزوايا وغايات مزورة، وفي الرادار الآلي الذي يعمل في 77 جيهرتز، لا يزال التباعد الصغير ضرورياً لإدماجه في المصابيح والسيارات؛ ويحد من القرار الرقمي([FLT).

Mitigation Techniques Expanded

التفريق المادي والهندسة الفرعية

إن أكثر النهج المباشر لخفض الانقلابات هو زيادة سرعة العناصر، ولكن هذا مستحيل في كثير من الأحيان بسبب القيود المفروضة على الحجم، بل يستخدم المهندسون بدلا من ذلك مضارب فرعية عالية السرعة لتقليص المسافة الكهربائية الفعالة، ولكن هذا يمكن أن يطفح الأمواج السطحية التي تزيد من الانقلاب، كما أن أجهزة الصمامات الديليكترية والمكونات الهندسية ذات الهياكل الدورية يمكن أن تؤدي إلى قمع موجات السطحية.

شبكات التفريق والربط

شبكات الركن المقطعي يمكن أن تُدخل بين موانئ الهوائي لإلغاء الإغراء المتبادل، وهذه الشبكات، التي غالباً ما تستند إلى طب الطبوي أو المحولات، وفقدان الإضافات، وشغل حيزاً في اللوحات، وتظهر تقنيات التشفير النشطة باستخدام المحولات السلبية الوعد في المحاكاة، ولكنها تعاني من قضايا الاستقرار.

Electromagnetic Bandgap (EBG) and Metamaterial Structures

EBG structures are periodic patterns that create a stopband for surface waves, preventing energy from propagating between antennas. By placing EBG cells between array elements, isolation can be improved by 10 - 20 dB without affecting radiation patterns significantly. Metamaterial-inspired decouplers, such as split-ring resonators or complementary frequency-ring resonators, provide subwavelength isolation.

التحلل المتقدم باستخدام العناصر الموازية

ويمكن أن تكون الهوائيات الموازية التي توضع بين العناصر المدفوع بها بمثابة خطوط تحييد، وقطع الطاقة من مرحلة إلغاء التقارب المتبادل، وهذه التقنية شائعة في عزلة الهوائيات، ويجب تصميم العناصر الطفيلية بعناية لعرض التخلف الصحيح على الترددات المزدوجة، وقد استخدم مؤخراً الاستخدام الأمثل للتعلم الماكين من أجل التشغيل الآلي لتصميم هذه الهياكل للصفائف المتعددة النطاقات.

قياس وتصنيع التكافل المتبادل

قياسات البارامترات

(د) إن التقريب بين العناصر مُحدَّد كمياً بواسطة البارامترات المُتفرقة للصفيفة، ويُقدَّم معامل التقارب بين عنصرين بواسطة S₍₂₁₎ ] ، مع قياس مقياس شبكة ناقلات (VNA)، في صفيفة من قواعد التنفيذ (N.21)،

المعامل المتبادلة ومعاملات الأشعة

وفيما عدا المواصفات S-parameters، فإن مصفوفة التقارب المتبادل مستخرجة من فولتات الإشارة المقيسة تحت حقول الحوادث المعروفة، وتستخدم هذه المصفوفة في معايرة الخوارزميات المزينة، وتُستخدم تقنيات مثل أسلوب التطاير المفتوح أو النهج الأقصى المحتمل في توفير تقديرات دقيقة، ويمكن لنظم الانقلاب الآلية القريبة من الحقول أن تُحدِّد الانقسامات المتبادلة في إطار تكييف النماذج المتوافقة والمساعدة.

خاتمة

إن التقارب بين الشبكات هو ظاهرة لا يمكن التغلب عليها في صفائف الهوائيات المدمجة، وهي تؤثر مباشرة على أنماط الإشعاع، وعلى المضاهاة والكفاءة، وعلى مستوى المنظومة في الاتصالات اللاسلكية، والرادار، والاستشعار، وبما أن اتجاهات التكنولوجيا تتجه نحو ارتفاع الترددات، وعوامل الشكل الأصغر، والتشكيلات الضخمة التي تقوم بها البعثة، فإن التحديات التي تطرحها عمليات التبادل تصبح أكثر حدة، ويجب على القائمين على الجمع بين هياكل البحث والتطوير الرقمية،