تأثير تقنيات الأنتينا الأرضية على الاستقرار والسلامة

دور الهوائي في النزاهة

ويؤثر تطهير الهوائيات تأثيرا مباشرا على استقرار الإشارات بتوفير مسار منخفض التبسيط للتيارات الكهربائية غير المرغوب فيها، وبدون الأرض المناسبة، يصبح نظام الهوائي عرضة للتدخل في الترددات المشعة والتصريف الكهروستاني، وكلتاهما يضعف وضوح الإشارات، ويتسبب في تضاؤل هذه الاضطرابات بصورة فعالة بعيدا عن واجهة جهاز الاستقبال، مما يسمح بتدمير الإشارة الكهربائية العالية التلوث في المناطق الحضرية.

A well-designed ground system also reduces common-mode currents on the feedline, which can cause the coax cable to radiate or pick up interference. By establishing a solid reference point, grounding ensures that the antenna operates as a balanced, predictable radiator. The result is a more stable signal with fewer dropouts, lower bit error rates in digital communications, and improved signal-to-noise component: [FL]

تخفيض التواتر الإشعاعي

وكثيرا ما تدخل المؤسسة نظاما لتلقي المعلومات عن طريق درع الهوائي أو خط النقل، وتوفر الهوائيات الأرضية مسارا لهذه التواريخ المتقطعة للتدفق إلى الأرض بدلا من أن تتحول إلى الإلكترونيات الحساسة للمستقبل أو جهاز الإرسال، ويمكن أن تؤدي تقنيات مثل استخدام دودة أرضية توضع في قاعدة قمائن الهوائي، إلى جانب تطبيقات ذات أثر منخفض إلى نقطة البث الإذاعي، إلى تخفيض عدد المنشآت الصوتية " RFI " .

التقليل إلى أدنى حد من التشريد التدريجي

إن تراكم الشحنات الثابتة على الهوائيات، ولا سيما في الظروف الجافة أو الريحية، يمكن أن يسبب انفجارات مفاجئة من الضوضاء المعروفة باسم التهطال، وعندما تصل الشحنة إلى عتبة، فإنها تدور عبر الثغرات في نظام التغذية، وتخلق تدخلا واسع النطاق، وتوفر التصريف المتحكم به بحيث تنزف باستمرار قبل أن تتراكم، وتستخدم أجهزة مقاومة شديدة للارتباط، مثل تصريف الغازات.

السلامة من خلال الإنشاءات الحسنة

إن السلامة هي أهم أسباب قصف أي نظام هوائي، فبدون مسار مباشر أو منخفض إلى الأرض، يمكن أن يؤدي الإضراب أو الاتصال بخط السلطة إلى إلحاق أضرار بالمعدات الكارثية أو الحريق أو الإصطدام بالكهرباء، ولا يحول التجويف دون الإصرار، ولكنه يوفر وسيلة خاضعة للرقابة للتيارات الضخمة التي تتبع، ويقلل إلى أدنى حد من خطر ظهور جانبي وإمكانات خطوة تعرض الناس والممتلكات للخطر.

نظم حماية البرق

A complete lightning protection scheme for antenna systems includes a properly rated lightning arrestor on the coaxial cable, a single-point ground bus, and multiple ground rods bonded together. The National Electrical Code (NEC) Article 810 provides detailed requirements for antenna grounding grounding, including maximum conductor lengths and minimum conductor sizes. The IEEE Standard for Lightning Protection (IEE 998-2012 conduct guidance

الحماية الكهربائية

وفي حالة وجود دائرة قصيرة أو نسيج لخط الطاقة يلمس الهوائي، يوفر الهبوط مسارا منخفضا للخطأ في التيار للعودة إلى محول المرافق، مما يتسبب في فتح الجهاز المفرط (الاستعمال أو الكسر) بسرعة، ويحمي كلا من المعدات والمستعمل، كما أن اللافقاريات الأرضية المسببة للتوقف عن صنع أجهزة اتصال خطرة.

أنواع نظم تحديد المواقع

ويتطلب اختلاف التطبيقات وظروف الموقع وجود هياكل أرضية مختلفة، ويؤثر الاختيار بين نقطة واحدة، ومتعدد النقاط، والهبوط الهجين على أداء الإشارات وعلى السلامة على السواء.

أحادي القوام

وفي نظام أرضي واحد، يتم نقل جميع الاتصالات البرية - عجلات الأنتينا، والدرع الكابل، وإمدادات الطاقة، والسكن بالمعدات - إلى نقطة مرجعية مشتركة، وهي عادة حافلة أرضية قريبة من المعدات، وتستخدم هذه التشكيلة على نطاق واسع في عمليات منخفضة التردد لأنها تمنع الحلقات الأرضية التي يمكن أن تستحدث تواضعا وتدخلا، ويؤثر القصف من نقطة واحدة على الحد من الضجيج الخفيف، ولكن يمكن أن يصبح أقل فعالية في المسافات العالية جدا.

نقاط متعددة

وبالنسبة للتطبيقات ذات التردد العالي (فوق 30 ميغاهيرتز)، كثيرا ما يُفضَّل استخدام عدة نقاط في الأرض، وفي هذا النهج، يُرسَل كل قطعة من المعدات مباشرة إلى طائرة أرضية قريبة، وغالبا ما تكون الضيافة المعدنية أو الرف، التي تُربط في الأرض، وتُقلل إلى أدنى حد من طولها وتُبقي التخلف الأرضي منخفضا عند الترددات اللاسلكية، غير أن الحيز المتعدد يتطلب تصميما دقيقا لتجنب إحداث حلقات البث.

النُهج الهجينة

وتستخدم العديد من المنشآت الحديثة نهجا هجينا يجمع بين أفضل جوانب التطهير من نقطة واحدة ومتعدد النقاط، فعلى سبيل المثال، يتم جلب جميع الأراضي التي توجد فيها العاصمة والأرض المنخفضة التردد إلى حافلة واحدة، بينما يتم مباشرة الوصول إلى هذه الأراضي بصورة مباشرة إلى الفوضوية أو الفستق، وهذا النهج يوصي به صناعيون مثل بوليباسر، وهو مفصّل في العديد من أدلة أفضل الممارسات في مجال الصناعة.

تقنيات مشتركة بشأن الأرض

ويمتد التنفيذ المادي للمسدسات الأرضية من قضبان أرضية بسيطة إلى شبكات مضادة معقدة، ويعتمد الاختيار على مقاومة التربة، والمنطقة المتاحة، وتواتر التشغيل.

رودس الأرضية

ولا يمكن أن تؤدي عمليات الربط بالقضبان إلى طولها 8 إلى 10 أقدام، كما أن الفولاذ المكعب النحاس أو النحاس الصلب، التي تتجه رأساً إلى الأرض، ولا بد من أن تكون متصلات بالقضبان مزودة بتركيبات ضغط لا رجعة فيها أو بحام أزوائي، حيث يمكن أن تتآكل الصخور الآلية بمرور الوقت، وبالنسبة للوصلات الأرضية المنخفضة التردد، فإن السلوك المتعدد الدوارات يتسع بعضها على الأقل.

بلاستيكيات أرضية

وفي الحالات التي تمنع فيها الصخور أو الفطر من قيادة القضبان، توفر لوحات الهبوط بديلاً، حيث يُدفن في أفقياً في خندق ضحل طوله 2 قدماً، بينما توفر اللوحات أقل اتصالاً بالمنطقة السطحية بالأرض مقارنة بالقضبان، فإنها يمكن أن تكون فعالة في التربة ذات المقاومة العالية إذا دُفنت على عمق كاف (على الأقل 30 بوصة) وتُبقي البلاستيكيات.

هيكل المباني

ويمكن أن تكون نقطة أرضية هوائية، شريطة أن تستوفي الرابطة شروط الشفرة، ويجب أن يربط النافذ بنظام الكهروود الرئيسي للمبنى، وهذا النهج هو أسهل في البيئات الحضرية، ولكن يجب توخي الحذر لتجنب حرق الكابلات الإلكترونية الحساسة.

نظم مكافحة

أما بالنسبة للمنشآت المحمولة أو التي تتحول إلى تركيبات غير عملية، فإن شبكة من الأسلاك المضادة التي تشع من نقطة التغذية يمكن أن تكون أرضا مصطنعة، والأسلاك المضادة عادة ما تكون ربع طول الموجة عند تردد التشغيل، وتوضع على الأرض أو فوقها مباشرة، وفي حين أن جهاز مضاد لا يوفر حماية خفيفة، فإنه يمكن أن يحسن استقرار الإشارات بتوفير وسيلة العودة المنخفضة السرعة.

ممارسات المواد والتركيب

ويتوقف طول أداء نظام الأساس على المواد المستخدمة ونوعية التركيب، والكوروزون، والروابط غير المستقرة، وعدم كفاية الموصلات، على أكثر نقاط الفشل شيوعا.

أجهزة السلوك والمصابيح

ويجب إدراج موصلات الوصلات الأرضية في الطلب، ويفضل النحاس أو النحاس المزود بالأجهزة القصديرية على عمليات الدفن المباشر، بينما تستخدم الأسلاك المزروعة في وصلات فوق الأرض لمنع الاتصال العرضي، ويُستخدم الحد الأدنى من حجم الموصلات في الأسلاك الأرضية الهوائية لكل لجنة من اللجان الوطنية، ولكن يوصى برقم 6 من الفريق العامل المعني أو أكبر في مجال حماية البرق.

منع الفساد

ويمكن أن تسبب الفلزات المتفرقة في مسار الأرض تآكلاً في الغلافين، وباستخدام نوع معدني واحد في جميع أنحاء النظام - أو إضافة شحوم غذائية أو مركب مضاد للتكسد، فإن استخدام أجهزة التكتل الساحلي المحتوية على النحاس أو الفول السوداني يفحص بانتظام (على الأقل سنوياً) الودائع الخضراء أو البيضاء التي تشير إلى وجود ارتداد في التربة.

سندات أرضية

ويجب ربط جميع قضبان الأرض واللوحات والفولاذ البناء معاً لتشكيل طائرة مجهزة، وهذا يحول دون وجود اختلافات خطيرة في الفولطية بين نظم سطو منفصلة أثناء ضربة البرق، وينبغي أن يكون موصلو الوصل على الأقل رقم 6، أو أكبر، وأن يداروا على نحو مباشر، وينبغي أن يربط نظام الربط بين نقطة واحدة في الحافلة الأرضية الرئيسية للفريق الكهربائي.

الاختبار والصيانة

ولا يكون نظام الأرض فعالا إلا إذا احتفظ بمقاومة منخفضة بمرور الوقت، فالاختبارات الدورية بمتر مقاومة أرضية ملتوية أو بمختبرات تسقط من ثلاثة أقصى مدى ممكن تحقق من الامتثال للشروط الرمزية، وينبغي أن يتم القراء أثناء الظروف الجافة لتمثل أسوأ سيناريو، وأي زيادة بنسبة تزيد على 20 في المائة من التركيب الأولي ينبغي أن تؤدي إلى إجراء تحقيق وتصحيحي، مثل القضبان الإضافية أو معالجة التربة.

وينبغي الاحتفاظ بسجلات الصيانة لكل موقع من مواقع الهوائيات، وتوثيق القياسات الأولية للمقاومة الأرضية، وتواريخ التفتيش، وأي إصلاحات، وبالنسبة للاتصالات الحرجة للبعثات، فإن الاختبارات السنوية والصيانة إلزامية في العديد من الصناعات، وعادة ما تكون محطات السواتل الأرضية ومراكز إرسال الطوارئ ومرافق البث أكثر دقة.

المعايير والمدونات

فالامتثال للمعايير المعمول بها ليس اختيارياً لمنشآت الهوائي الآمنة، فالوثيقة الأساسية في الولايات المتحدة هي المدونة الوطنية للكهرباء، ولا سيما المادة 810 المتعلقة بالمعدات الإذاعية والتلفزيونية، والمادة 250 المتعلقة بالطوابق العامة والترابط، وتشمل معيار الاتحاد الأوروبي للكهرباء C62.41 حماية الاتصالات المفاجئة، بينما يقدم المعهد الأوروبي للكهرباء 998-2012 دليلاً للضغط المباشر على الأجهزة الفرعية، التي كثيراً ما تُطبّق على مزارع الأنتيل الكبيرة(27).

The NEC] requires that the antenna grounding conductor be sized not smaller than #10 AWG copper and be connected to the building’s grounding electrode system. Many local jurisdictions have adopted the NEC with amendments, so check with the authority having jurisdiction (AHJ) is necessary before construction. For amateur radio operators, the tailored[FT2]

حالات سوء السلوك المشتركة إلى أفويد

وحتى المثبتات ذات الخبرة يمكن أن تغفل تفاصيل هامة، ومن الخطأ المتواتر استخدام جهاز توجيهي ناقص الحجم - رقم 14، قد يفي جهاز الأسلاك المزودة بمقياس أدنى في بعض الحالات، ولكنه سيكون له تأثير كبير جداً على حماية الإضاءة الفعالة، ومن الخطأ الآخر ربط أرض الهوائي بأنبوب مياه لا يشكل جزءاً من الإضافة أو الإصلاحات التي تُستخدم في خدمة المياه المعدنية قد تكسر الاستمرارية.

وبعض المنشآت تغفل ربط قضبان أرضية منفصلة معا، مما يخلق فرقا محتملا يمكن أن يلحق الضرر بالمعدات أثناء الطفرة، بينما لا تُثبت المنشآت الأخرى معتقلا مشتعلا على الخط العريض، على افتراض أن أرض الهوائي وحدها توفر الحماية، بل إن ضربة البرق تؤدي إلى تطاير كامل على الموصل الداخلي، وهو ما لا يمكن أن يعالجه، ويجب تركيب جهاز حماية متطور يُعدّل حسب تواتر النظام ومستوى قوته.

خاتمة

إن تطهير الهوائي شرط مزدوج الغرض: فهو يعزز استقرار الإشارات بتقليل الضوضاء والتدخل، ويحمي الحياة والممتلكات من المخاطر الكهربائية، فالتقنيات التي تناقش - قضبان أرضية، ولوحات، ورسومات مضادة، وتركيب كل مركبة، تعتمد على بيئة التركيب والتواتر التشغيلي، وتنتج عن ذلك أفضل الممارسات في مجال اختيار مراكز السلوك، وأساليب الاتصال، والوقاية من الارتداد - E مدى طول الأجل.

For further reading, consult the PolyPhaser Grounding Guide] forurg protection and grounding applications, and the ]IEE 998-2012 Standard for Lightning Protection for comprehensive risk assessment and design methodologies.