تقييم جني الهوائيات والتوجيه: تقنيات القياس والمعايير

فهم المكسب والتوجيه أمر أساسي لتصميم وتقييم نظم الاتصالات اللاسلكية، تحدد هذه البارامترات الأساسية مدى تركيز الهوائي للطاقة الكهرومغناطيسية بفعالية في اتجاهات محددة، مما يؤثر مباشرة على أداء النظام، ومجال التغطية، ونوعية الإشارة، ومن الضروري قياس المكاسب، والإنجاز المباشر، وأنماط الإشعاع للتحقق من التصميمات وضمان استيفاء المواصفات، سواء كنت تعمل على نظم الاتصالات الساتلية أو نظم الرادار أو تقنيات الإنتاج الأمثل،

أساسيات الغازات الهوائية والتوجيه

فهم التوجيه

ونسبة كثافة الطاقة في الهوائي الحقيقي في اتجاهه الرئيسي إلى جهاز إشعاعي افتراضي غير موجود يشع بشكل موحد في جميع الاتجاهات، وبأبسط، يقيس التوجيه مدى تركيز الهوائي على الطاقة المشعّة في اتجاه معين مقارنة بمصدر مثالي للهيدروكات الأرضية يشع بالتساوي في جميع الاتجاهات.

فالهائيات الموجهة تركز طاقتها المشعّة على جزء صغير من سطح الكرة الأرضية، وهذا التركيز من الطاقة هو ما يعطي الهوائيات التوجيهية قدرتها على نقل أو تلقي إشارات أكثر فعالية في اتجاهات محددة، ويخبرك التوجيه كيف أن الإشعاع مركز في اتجاه معين مقارنة بمشعات الإيزوتروبيك، ويعني ارتفاع الطاقة أن الهوائي يركز على طاقة أكثر في موقع محدد، مما يعزز قوة الإشارة من هذا الطريق.

مفهوم التوجيه نظرياً تماماً في أنه يفترض هوائياً بلا خسارة، ويسأل التوجيه كيف تركز طاقة الهوائي مقارنة بمصدر عاصفة، على افتراض عدم حدوث خسائر؟ وهذا يجعل التوجيه معياراً مفيداً لفهم القدرة المتأصلة على التركيز على الهيكل المادي للهائي، بغض النظر عن الخسائر المادية أو أوجه القصور.

Understanding Antenna Gain

إنّه يُجمع بين قدرة الهوائي (الوجهية) وفقدانها الأورامي والمادي (كفاءة) مما يجعلها أكثر شخصية واقعية، وخلافاً للموجة، يُكسب كل الخسائر في العالم الحقيقي التي تحدث في هيكل الهوائيات.

وتصف المكاسب التي حققتها الهوائيات التوجيه والكفاءة بأنه سهل التعامل مع البارامترات، ويمكن التعبير عن العلاقة بين الربح والتوجيه والكفاءة من الناحية الرياضية، حيث تضاعف الكفاءة من حيث تحقيق المساواة في التوجيه، وإذا كان هناك هوائي مثالي دون هذه الخسائر، فإن كسب الهوائي سيكون مساويا لتوجيهه.

جزء من الطاقة الكهربائية تضيع داخل الهوائي على خط التغذية بمقاومتها الأورامية هذه الخسائر تُعرّف بأنها كفاءة الهوائي، وتشمل هذه الخسائر خسائر في السلوك، وخسائر في الديكليات، وخسائر في المصيد غير المتعمد، وخسائر في الاستقطاب، وفهم هذا التمييز أمر حاسم بالنسبة لمهندسي الهوائيات، لأنه يساعد على تحديد ما إذا كانت مسائل الأداء ناجمة عن تصميمات الإشعاعية أو عن المواد والبناء.

العلاقة بين الغين، التوجيه، و Beamwidth

ويرتبط كسب الهوائي ارتباطا مباشرا بالمباشرة وبواسطة التوليد، ويحقق ارتفاع معدل كسب الهوائي قدرة إضافية بالتركيز على منطقة مخفضة، وبالتالي كلما زاد الكسب، كلما كان القطاع المشمول (مقاسا بدرجات من الشعاع) وهذه العلاقة العكسية أساسية لتصميم الهوائي واختياره.

إن كسب الهوائي وضربه بالبخار يكون متناسباً بشكل غير معاكس، وعندما تزيد من ربح الهوائي، فإنك بالضرورة تخفض من الشعاع الذي يعني أن الهوائي يغطي منطقة صغيرة منعزلة، وهذا التبادل مهم للنظر فيه عند تصميم نظم لاسلكية، بالنسبة للطلبات التي تتطلب تغطية واسعة، مثل البث الإذاعي أو محطات القاعدة التي تخدم مناطق كبيرة،

ويأتي هذا العرض في الفص الرئيسي، الذي يقاس عادة عندما تنخفض الإشارة بثلاثة دبلومترات من الذروة، ويزيد من الموجة الضيقية، ولكنه يتقلص من منطقة التغطية، ويمثل الرصيف الثالث للدي بي بي، المعروف أيضا باسم نصف القوة الشعاعية، البارامترات التي تبلغ فيها القوة اللاسلكية نصف قيمتها القصوى.

وحدات قياس المكاسب والمعايير المرجعية

وقد تم التعبير عن مكاسب الهوائيات عادة في العلامات المسببة للجهاز الإشعاعي (dBi) أو بالنسبة لهائي مصاب بالبول في الديبول (dBd) وفي بعض الصناعات - مثل الهندسة الاذاعية - يمكن للمصنعين استخدام الدي برد (غاين) (بالنسب إلى هوائي ثنائي القطب) كمتر بدلا من ثنائي الفينيل متعدد البروم.

المبرد الأيستروكيميائي مفيد تماماً لأنه أبسط إشارة ممكنة: الإشعاع الموحد في كل اتجاه، لا يوجد هوائي طبيعي هو أيزوتروبيك، لكن كل توجيه وكسب هوائي يمكن مقارنته به، مما يعطي خط أساس عالمي، واستخدام جهاز الإشعاع الأيزوتروكيميائي كمرجع يوفر معياراً ثابتاً لمقارنة الهوائيات عبر مختلف الأنواع، الترددات، والتطبيقات.

وبالنسبة لجهاز استنباط نصف الموجات المفقودة، فإن التوجيه والمكسب هما 2.15 د.بي، مما يجعل الهوائي الديبول معيارا مرجعيا ثانويا عمليا، لأنه يمكن أن يُبنى ويقاس ماديا، خلافا للمشع النظيري النظري، وكثير من المواصفات التي تشير إلى كسب ثنائي الفينيل لأن الأقطاب هي مفهومة جيدا، ويسهل اختلاقها، وتستخدم عادة في التطبيقات العملية.

تقنيات قياس الحرارة وطرق القياس

طريقة مقارنة الغاز

وهناك عدة تقنيات لقياس المكاسب، منها المكسب المقارن والمكسب المباشر، التي لها مزاياها ومساوئها الخاصة من حيث الدقة والتكلفة وقياس الوقت، وفي هذه الدراسة، تستخدم تقنية المقارنة المتعلقة بالمكسب، وطريقة مقارنة الأرباح هي واحدة من أكثر الأساليب استخداما لقياس مكاسب الهوائي في المختبرات وفي بيئات الإنتاج.

ويقارن الهوائي قيد الاختبار بمكسب قياسي ذي ربح معرف ومعار، ويعطي الفرق في الطاقة المتلقاة الفرق المباشر في الأرباح، ويقتضي هذا الأسلوب هوائيا مرجعيا له خصائص ربحية معروفة بدقة، ويستخدم قرون الربح القياسية عادة كهوائيات مرجعية لأنها لها قيم ربحية مستقرة ويمكن التنبؤ بها ويمكن أن تعادل إلى درجة عالية من الدقة.

وتتيح طريقة مقارنة الأرباح عدة مزايا، ومن الواضح نسبيا أن التنفيذ يوفر الدقة عندما يستخدم الهوائيات المرجعية المعايرة على النحو المناسب، ويمكن أن يتم ذلك في مختلف بيئات الاختبار بما في ذلك الغرف الهوائية والسلاسل الخارجية، والطريقة مفيدة بصفة خاصة لاختبار الإنتاج حيث يلزم التحقق من المواصفات المتعددة من نفس النوع.

طريقتان - آنتينا وثالث - أنتينا

طريقة (فانا) : وجه شخصان متطابقان إلى الآخر عند فصل معروف ، و تقيس السلطة المتلقاة و تطبق معادلة (فريز) ، معادلة نقل (فريز) تتصل بالطاقة التي تلقاها هوائي واحد من القوة التي نقلها شخص آخر ، و تُمثل مكاسب كلا الهوائيين ، و المسافة بينهما ، و موجة التشغيل

بما أن كلا الهوائيين متطابقين، فإن المكسب الوحيد غير المعروف يمكن حله مباشرة، وهذه الطريقة مفيدة بشكل خاص عندما يكون لديك هوائيان متطابقان، ولكن لا يوجد هوائي مرجعي معاير، وبقيام السلطة المتلقاة ومعرفة جميع البارامترات الأخرى في معادلة فرييس، يمكنك حلها من أجل كسب الهوائيات بشكل حرجي.

3 أنواع من الهوائيات تقاس بمجموعات من الأزواج (A-B, A-C, B-C). وتنتج معادلة الفريز الثلاثة ثلاثة غير معروفين، مما يعطي مكاسب لكل هوائي دون الحاجة إلى مرجع معار، وهذه الطريقة قيمة لوضع معايير للكسب أو عندما لا توجد هوائيات مرجعية معادلة معادلة لها، وذلك بإجراء ثلاثة مقاييس منفصلة مع أزواج مختلفة في آن واحد.

منهجية إدماج النماذج

مقاييس نمط الإشعاع 3D بالكامل ثم دمج كثافة الطاقة العددية على جميع الزوايا الصلبة لإيجاد طاقة مشعة كاملة هذه الطريقة توفر وصفا كاملا لممتلكات الاشعاع التي يملكها الهوائي ويمكن أن تولد التوجيه وتحصل على المعلومات

طريقة دمج النمط تتضمن قياس نمط الإشعاع في الهوائيات في مواقع متوازية كثيرة تغطي كامل المجال حول الهوائي، ثم يتم دمج قياسات كثافة الطاقة في جميع الاتجاهات لتحديد الطاقة الإشعاعية الإجمالية، عن طريق مقارنة الحد الأقصى من الإشعاع إلى متوسط كثافة الإشعاعات، يمكن حساب التوجيه، وعند الجمع مع قياسات القدرة على المدخلات، يمكن تحديد كفاءة الهوائيات وكسبها.

وهذه الطريقة ذات قيمة خاصة بالنسبة لتطبيقات البحث والتطوير التي يلزم فيها تحديد الهوائيات الكاملة، غير أنها تستغرق وقتا طويلا وتتطلب معدات قياس متطورة قادرة على تحديد موقع الهوائي أو الاختبار من خلال مجموعة كاملة من المواقع المتوازية، واستخدام قياسات المكوك القريبة من الحقول لتحديد كسب هوائي واسع النطاق، ويمكن أن تقلل تقنيات القياس القريب من الميدان من مسافة الاختبار المطلوبة وحجم المرفق، مع توفير قياسات دقيقة للمكاسب عن طريق أنماط رياضية.

تقنيات القياس في الميدان القريب

وتقدم هذه الورقة مقارنة بين مختلف تقنيات القياس القريب من الحقول لتقديرات المكسب والموجات، بالإضافة إلى ثلاث طرق مختلفة لقياس الحقول القريبة منها، تشمل استخدام الخيوط، والسطوانية، والتقديرات المفاجئة، حيث توفر كل قياسات الهندسة القريبة من الحقول مزايا محددة تبعا لنوع المائي واحتياجات القياس.

ويرد وصف للممارسات الاختبارية في مجال قياس خصائص الهوائيات القريبة من الحقول في هذه الوثيقة، كما أن ممارسات القياس القريبة من الحقول بالنسبة للمقاييس الجيولوجية الرئيسية الثلاثة: الإسطوانية، والخيط، والاختبار، والاختبار، توفر مقاييس الحقول القريبة مزايا كبيرة على القياسات البعيدة المدى، ولا سيما بالنسبة للهوائيات الكبيرة كهربائيا التي تتطلب مسافات قياس طويلة في الميدان البعيد.

إن دقة النتائج تعتمد بشدة على حجم منطقة العينات، خاصة عندما تعمل في أماكن اختبار محدودة، مما يؤثر على دقة قياسات الأرباح، والتخطيط السليم لمجال المسح المغناطيسي ضروري لاستخلاص معلومات كافية عن خصائص الإشعاع في الهوائيات، حيث أن عدم كفاية المساحة يمكن أن يؤدي إلى أخطاء في التقلبات تؤثر على دقة نمط الأرض المتحول وحسابات الكسب.

وتُجرى قياسات قرب الحقول بشكل خاص على نحو ملائم بالنسبة للمحيطات التي لها أنماط إشعاعية متوجهة، مثل المصفوفات وهائيات المعالم، وتُمسح الهوائيات الخاضعة للاختبار على سطح مخطّط أمام الهوائي، وتُحوّل البيانات المقيسة القريبة من الحقول الرياضيّة إلى أنماط ومكاسب بعيدة المدى.

مرافق وبيئات اختبارات الهوائيات

الدوائر الانتخابية

غرفة كهرباء هي غرفة محمية مجهزة بمواد فرز الأحواض (متصات الرغاوي الهرمية أو البلاط الخصبية) على جميع السطح الداخلي، مما يوقف التأملات والتدخل الخارجي، ويحد من ظروف الفضاء الحر داخل المباني، وتوفر الغرف الآينشوسية بيئات اختبارية خاضعة للمراقبة ومكررة تكون أساسية لقياسات دقيقة.

وتُجرى عادة اختبارات داخلية في غرفة كهربية مجهزة بمواد فرز الموجات الأمامية، وتحتاج النطاقات الخارجية إلى إنشاء منطقة بعيدة المدى، وتُصمم المواد التي تُستخدم في إطار ادارة الموارد المائية في غرف الأنشوسية لتقليل التأملات إلى أدنى حد ممكن عبر نطاق تردد محدد، وتتكون المواد الممتصة عادة من رغاوى محمولة بالكربون أو مناطيل الخماسية التي تُشكل تدريجياً في هياكل انتقالية.

وتتوقف السلاسل الداخلية (الغروف الهوائية) على التأمل (الغروف) عن طريق ربط الجدران، والحدود والحد الأقصى بمواد امتصاص، وتتوقف فعالية حجرة الأنيسكو على نوعية وسماكة المواد الممتصة، وحجم الحجرة مقارنة بالهوائي الذي يجري اختباره، وتواتر العمليات، وتحتاج الترددات المنخفضة إلى مواد أكثر سما، مما يمكن أن يجعل الغرف المصغرة مكلفة جدا.

المنطقة الهادئة هي المنطقة الواقعة داخل الغرفة الهوائية حيث يلبي النظام الميداني ومستويات الانعكاس المنخفضة متطلبات محددة، وينبغي إجراء جميع القياسات الهوائيــة تحت الاختبار في المنطقة الهادئــة لضمان نتائج دقيقة، ويحدد حجم المنطقة الهادئة الحد الأقصى للحجم الهوائي الذي يمكن اختباره في غرفة معينة.

اختبارات الهواء الطلق

وتوفر النطاقات الفضائية الحرة نشراً خالياً من التفكير، ويمكن أن تكون في الهواء الطلق أو في الداخل، وتُبنى بعناية النطاقات الخارجية للفضاء الحر بطريقة تقلل إلى أدنى حد من التأملات من المباني وغيرها من الأشياء، وتكون النطاقات الخارجية مفيدة بصفة خاصة لاختبار الهوائيات الكبيرة أو للقياسات في الترددات الدنيا حيث تكون الغرف المدرسية كبيرة بشكل قاطع.

ويمكن تحقيقها على أنها نطاقات مرتفعة ونطاقات مائلة، حيث توجد نطاقات مرتفعة، سواء أكانت الهوائيات المرسلة أو التي تتلقى على ارتفاع كاف فوق الأرض، لتقليل التأملات الأرضية إلى أدنى حد، وتتم عادة تركيب الهوائيات على أبراج، مع اختيار الارتفاع لضمان وصول الإشارات الأرضية إلى الهوائيات المتلقية مع وجود فرق كاف في طول الطريق يفصل عن الإشارة المباشرة.

وتحتاج النطاقات العشبية إلى مساحة أقل من النطاقات المرتفعة، وتُقام الهوائي الاختباري على ارتفاع ثابت على برج غير موصل (مثلاً مصنوع من الزجاج الألياف)، بينما يُقام الهوائي المصدر بالقرب من الأرض، وتستفيد النطاقات العليل من الهندسة لتقليل المسافة الأفقية المطلوبة مع الحفاظ على الفصل الكافي بين مسارات الإشارة المباشرة والمنعكسة.

وبالنسبة للحيوانات الكبيرة جداً بالنسبة لغرفة ما، أو بالنسبة للترددات المنخفضة التي تتدهور فيها مستويات الأداء الممتص، تستخدم نطاقات الاختبارات الخارجية، وتضع النطاقات المرتفعة الهوائيات على الأبراج لتقليل التأملات الأرضية إلى أدنى حد، ويجب أن توضع النطاقات الخارجية بعناية لتجنب التأمل من المباني القريبة، والسمات الأرضية، وغيرها من الهياكل، وينبغي أن تكون المنطقة المحيطة خالية من العقبات، وينبغي أن توجه إلى مصادر خارجية للتقليل إلى أدنى حد.

العهد الدولي الخاص بكرة القدم

ويستخدم نطاقات الاتفاق معاكساً كبيراً من المظلات لخلق موجة من المخط في مسافة أقصر مما يتيح قياسات بعيدة المدى في مكان أصغر داخلاً، ويعالج نطاقات الاتفاق التحدي المتمثل في إجراء قياسات بعيدة المدى على هوائيات كبيرة دون أن يتطلب ذلك مسافات اختبار طويلة للغاية، ويحول المفكر المظلي الموجة من هوائي أغذية إلى موجة طائرة تضفي على الأنتينا تحت الاختبار.

ويقلل مفهوم النطاق المدمج بدرجة كبيرة من حجم المرفق المطلوب مقارنة بالمناطق التقليدية البعيدة المدى، ويمكن أن يؤدي نطاق الاتفاق المصمم جيدا إلى تحفيز الظروف البعيدة المدى على مسافات أقصر بكثير من المعيار التقليدي للمسافات البعيدة المدى وهو 2D2/EC، حيث يكون D هو مقياس الهوائيات وD هو الموجة، مما يجعل من الرادارات المدمجة قيمة بوجه خاص لاختبار الهوائيات الكبيرة التي تستخدم في كهرباء مثل الأنتينا،

إن نوعية موجة الطائرات التي ينتجها مجس النطاق المدمج أمر حاسم بالنسبة إلى الدقة في القياس، ويجب أن يكون المجس مصمما بدقة وأن يكون له نهاية سطحية عالية الجودة لتقليل المراحل واختلافات الكم في المنطقة الهادئة، وتستخدم المعالجة بالزئبق، مثل التذبذبات أو الحواف المتحركة، للحد من الانتشار من الحواف المجسّمة التي يمكن أن تلوث القياس.

معايير الصناعة لقياسات الحرارة

المعيار 149: الممارسة الموصى بها لقياسات الحرارة

وتُعرض الممارسات الموصى بها لقياس خصائص النقل والتحصيل، ويُفترض أن الهوائي الذي يقاس على هذا المستوى يمكن أن يُعامل باعتباره أداة سلبية وخطية وقائمة على المعاملة بالمثل، وأن معيار إي إي إي إي إي إي إي إي تي 149 هو أحد المعايير المرجعية على نطاق واسع لفحص الهوائيات، وقد استخدم على نطاق واسع في كل من الحكومة والصناعة والأوساط الأكاديمية منذ عقود.

ومن بين الممتلكات الأساسية لأي هوائي نمط الإشعاع الذي يتبعه، ويناقش قياس أنماط الإشعاع في مرفق اختبار الهوائي، ويوصف تصميم مرافق اختبار الهوائي إلى جانب متطلبات التأهيل اللازمة لسير مرفق الهوائي على الوجه الصحيح، والتوجيهات المتعلقة بتقييم مدى (الوجود)، وتناقش عملية النطاقات، ويقدم المعيار إرشادات شاملة بشأن جميع جوانب قياس الهوائيات، من تصميم المرفق إلى إجراءات تحليل البيانات.

ويستخدم هذا المعيار في جميع مجالات الحكومة والصناعة والأوساط الأكاديمية في مجال اختبار الهوائي، وهو يوفر الكثير من الإجراءات التي تستخدمها حاليا منظمة اختبار الهوائيات، وقد تم تحديث هذا المعيار عدة مرات لتضمين تكنولوجيات وتقنيات قياس جديدة، وتتضمن أحدث صيغة هي IEEE 149-2021 معلومات مستكملة عن أساليب القياس الحديثة، والتوثيق الرقمي، والتقنيات الحاسوبية.

وتغطي معيار IEEE 149 مجموعة واسعة من المواضيع، منها قياسات النمط الإشعاعي، وقياسات الكسب، وقياسات الاستقطاب، وقياسات الارتداد، وقياسات متخصصة لأنواع محددة من الهوائيات، كما يوفر المعيار إرشادات بشأن تحليل عدم التيقن، وهو أمر أساسي لفهم دقة وموثوقية نتائج القياس.

معيار IEEE C720: قياسات الهوائيات القريبة من الميدان

كما يوصى أيضاً بممارسات قياس معيار قياس المسبارات المستخدمة كهوائيات مرجعية في القياسات القريبة من الحقول، ويتناول معيار إي إي إي إي إي إي إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه إيه تي في مجال تقنيات القياس القريب من الحقول، التي أصبحت أكثر أهمية لأن الهوائيات قد نمت بشكل أكبر وأكثر تعقيداًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًا، حيث أن تقدم توصيات مفصلةً وتوصياتً بشأن نظم القياسات قياسات قياسات قياسات المعالميةًا.

وتستلزم القياسات القريبة من الحقول إجراء اختبارات متخصصة تُعين الحقل الكهرومغناطيسي بالقرب من الهوائي قيد الاختبار، وتؤثر خصائص الاختبار، بما في ذلك نمط الإشعاع، ونقاء الاستقطاب، والاستجابة للتواتر، تأثيرا مباشرا على دقة القياس.

كما يتناول المعيار التحولات الرياضية اللازمة لتحويل بيانات القياس القريب من الحقول إلى أنماط إشعاعية بعيدة المدى، وتستند هذه التحولات إلى نظرية الكهرومغناطيسية وتتطلب تنفيذا دقيقا لتجنب الأخطاء الرقمية والقطع الأثرية، وكثافة العينات السليمة، وحجم المساحة المزروعة، ووضع العلامات المسبوقة كلها عوامل حاسمة مشمولة في المعيار.

المعيار 1528 ومعايير قياس مدى صلاحيتها

وفي حين أن المعهد الأوروبي للتعليمات البيئية في دورته الخامسة عشرة(28) يتناول أساسا قياسات محددة لمعدل الاستيعاب بالنسبة للأجهزة اللاسلكية بدلا من قياسات الهوائي التقليدية، فإنه يمثل فئة هامة من القياسات المتصلة بالهائيات، ويلزم توفير نطاقين من الدي بي في المعيار 1528 ورقم الإبلاغ الموحد 6209، وهذه المعايير تكفل امتثال الأجهزة اللاسلكية لقواعد السلامة المتعلقة بالتعرض البشري للطاقة ذات الترددات اللاسلكية.

وتتطلب قياسات البحث العلمي معدات وإجراءات متخصصة لتقييم الطاقة الكهرومغناطيسية التي تستوعبها الأنسجة البيولوجية تقييما دقيقا، ويجب أن يتم معايرة نظم القياس والتحقق منها لضمان الامتثال للشروط التنظيمية، وعلى الرغم من أن قياسات البحث العلمي تركز على أداء السلامة بدلا من أداء الهوائي، فإنها ترتبط ارتباطا وثيقا بتصميم الهوائي وتتطلب فهما لخصائص الإشعاع الهوائي.

ISO/IEC 17025: General requirements for Testing Laboratories

ويضع المعهد الدولي لتوحيد المقاييس/الجماعة الدولية 17025 متطلبات عامة لاختصاص مختبرات الاختبار والمعايرة، وفي حين لا يُخصّص قياسات الهوائي، فإن هذا المعيار حاسم بالنسبة للمختبرات التي تجري اختبارات الهوائي، ولا سيما تلك التي تسعى إلى الاعتماد أو توفر قياسات للامتثال التنظيمي، ويعالج المعيار متطلبات الإدارة، والمتطلبات التقنية، وإجراءات ضمان الجودة، وممارسات التوثيق.

ويجب أن تثبت المختبرات التي تتبع المنظمة الدولية لتوحيد المقاييس/الجماعة الدولية لعام 17025 الكفاءة التقنية، وأن تستخدم أساليب قياس مصدق عليها، وأن تحتفظ بمعدات معيرة، وأن تقيّم عدم التيقن، وأن تنفذ إجراءات مراقبة الجودة، ويشمل ذلك، بالنسبة للقياسات الهوائي، الحفاظ على إمكانية تعقب الهوائيات المرجعية للمعايير الوطنية أو الدولية، وتوثيق إجراءات القياس، والتحقق بانتظام من أداء نظام القياس.

معدات القياس الأساسية والتوثيق

محلل شبكات ناقلات الأمراض

ويحسب الازدحام في مدخلات الهوائيات على أنه يقاس عادة باستخدام محلل شبكة ناقلات الناقلات، ويقيّم نظام تقييم القيمة العالمي المعقد لشبكات الموجات الدقيقة، ومحللات شبكة المحركات أدوات أساسية لقياسات الهوائيات، ويوفر معلومات عن الحجم والمراحل المتعلقة بالخصائص الكهربائية للهائييننا.

(أ) قياس مؤشرات الفرز (المواصفات S-parameters) التي تصف كيفية انعكاس الإشارات المرجعية ونقلها عبر الهوائي، ويشير البارامترات S11، المعروفة أيضاً باسم معامل التفكير أو فقدان العائد، إلى مدى مطابقة الهوائي لخط انتقاله، ويدل ضعف المطابقة بين النتائج في القوة المجسدة التي تقلل من كفاءة الهوائي ويمكن أن تلحق الضرر بمكونات النقل.

وتتيح عمليات تقييم الاحتياجات البشرية الحديثة تغطية واسعة النطاق، واتساع النطاق الدينامي، وإجراءات المعايرة المتطورة التي تزيل الأخطاء المنهجية من القياسات، وقدرة على قياس الوقت تسمح للناموسيات الضعيفة بتحديد أماكن انقطاع الارتداد داخل هياكل الهوائيات، كما تشمل العديد من هذه النظم وظائف مبنية لحساب البارامترات المستمدة من قبيل نسبة الموجات الثابتة إلى البرتاج، والارتداد، وعرض الخرائط ذات الصلة بسماذج.

مولدات الإشارة والمصادر

وتوفر المولدات الإشارة الطاقة اللازمة لقياسات الهوائيات، أما بالنسبة لمقاييس النقل، فإن المولدات التي تعمل على توجيه الهوائي تحت الاختبار، بينما تُستقبِل القياسات، فإنها تدفع هوائياً مصدرياً يُضفي عليه الضوء على الهوائي قيد الاختبار، ويجب أن توفر المولدات الإشارة قدرة ثابتة على الإنتاج، وتشوهات منخفضة التناسق، وتواتر الجيد لضمان إعادة القياس.

وتوفر مولدات الإشارات الحديثة سمات مثل كشط الترددات، ومسح الكم، ومسح النبض الذي يفيد في مختلف أنواع قياسات الهوائيات، ويكتسي استقرار التردد أهمية خاصة بالنسبة للقياسات المرحلية، وللقياسات على مدى فترات زمنية مطولة، ويكفل استقرار القدرة على إنتاج الناتج نتائج قياسية متسقة ويتيح إجراء مقارنات دقيقة للمكاسب.

وقد يلزم بالنسبة لبعض التطبيقات مصادر متخصصة مثل مصادر الضوضاء أو المصادر المقلية، وتستخدم مصادر ضوئية لقياس درجة حرارة الهوائيات ورقم الضجيج في النظام، والمصادر المبتذلة ضرورية لاختبار الهوائيات الرادارية وغيرها من النظم النقية التي قد تختلف فيها خصائص الهوائيات بين استمرار عمليات الموجات والتشغيل الملوّث.

معايير تحديد الهوية ومعايير المعايرة

ويحتفظ نظام المعايرة بجميع معدات القياس التي تعمل في حدود الدقة المعروفة، ويشمل ذلك مولدات الإشارة، ومحللات الشبكات، والحيوانات المرجعية، وكثيرا ما يستخدم الاختبارات هوائيا مرجعيا معاربا مع مكاسب معروفة مقارنة مع الهوائيات الخاضعة للاختبار، وهي حيوية لتحديد إمكانية القياس وكفالة الدقة.

إن قرون الربح القياسية هي أكثر أنواع الهوائيات المرجعية شيوعا المستخدمة في مرافق اختبار الهوائيات، إذ أن هذه القرون لها قيم ربحية جيدة الصنع يمكن حسابها من أبعادها المادية أو قياسها على المعايير الأولية، وتستخدم القرون الهرمية والقرنات المخروطية والقرن ذات الثلاجتين تبعا لمدى الترددات ومتطلبات الاستقطاب.

يجب أن يتم معايرة الهوائيات المرجعية بشكل دوري للحفاظ على دقتها، عادة ما تقوم بها معاهد القياس الوطنية أو مختبرات المعايرة المعتمدة باستخدام المعايير الأولية أو الثانوية، وشهادة المعايرة توفر قيم مكاسب الهوائي في ترددات محددة إلى جانب عدم اليقين المرتبط بالقياس.

كما أن الهوائيات الديبولية تستخدم كمعايير مرجعية، ولا سيما في ترددات أقل حيث تكون أبعادها عملية، وقد ثبتت المكاسب النظرية لثنائي نصف الموجات، مما يجعلها مرجعا مفيدا حتى بدون معايرة رسمية، غير أن الأقطاب الحقيقية لها قطر محدد للسلوك وقد تشمل البالونات أو المكونات الأخرى التي تؤثر على مكاسبها الفعلية، وبالتالي فإن أجهزة الشرطة المعايرة تقدم إشارات أكثر دقة.

مواقع الهوائيات ونظم تحديد المواقع

تخطينا نظام الاختبارات مع فأس الفحوصات المتناوبة يسمح لك بقياس السحاب والارتقاء

ويتراوح عدد المناصب بين جداول أعمال يدوية بسيطة ونظم متطورة متعددة الضرائب، ومن أجل قياسات النمط الكامل، يلزم توفير محورين على الأقل من التناوب لتغطية كامل المجال حول الهوائي، أما التدرج في مراحله النهائية والانتقال فهي تشكيلات مشتركة للمواقع، لكل منها مزايا لمختلف أنواع الهوائيات ومتطلبات القياس.

ويؤثر تحديد درجة الدقة مباشرة على دقة القياس، ولا سيما بالنسبة للهوائيين ذوي المقاييس الضيقة، إذ تتطلب الهوائيات العالية الدخل وضعاً عقائدياً دقيقاً لتحديد ذروة الشعاع الرئيسي وقياس مستويات النسيج، وتستخدم أجهزة تحديد المواقع الحديثة أجهزة التزود بالأجهزة أو المصممة لتوفير ردود فعل دقيقة بشأن الوضع العازل، مع وجود تسارعات نمطية تبلغ 0.01 درجة أو أفضل.

وبالنسبة للقياسات القريبة من الحقول، فإن أجهزة المسح الضوئي تنقل الهوائي في نمط مائي فوق طائرة أمام الهوائي قيد الاختبار، ويجب أن توفر هذه المسحات مراقبة دقيقة للمواقع ببعدين مع الحفاظ على توجه مستمر نحو المسبارات، وتستخدم النظم السيليندرية والبارزة القريبة من الحقول مسحا مختلفا للمقاييس الجيولوجية ولكن تحتاج إلى الدقة في تحديد المواقع.

متلقية ومحللة سبكتروم

ويقيّم المتلقي قوة الإشارة التي تلقاها الهوائي تحت الاختبار أو بواسطة هوائي من أجهزة التحقيق في القياسات القريبة من الحقول، ويجب أن يكون لدى جهاز الاستقبال حساسية كافية لقياس مستويات الإشارات المنخفضة، واتساع دينامية كافية لمعالجة الإشارات القوية والضعيفة على السواء، واتباع تواتر جيد لرفض التدخل والوئام.

ويعمل محلليات المنجلات كمتلقيات في العديد من نظم قياس الهوائيات، حيث توفر تغطية واسعة النطاق للترددات والقدرة على مشاهدة الإشارات في مجال الترددات، وهذه القدرة قيمة لتحديد الإشارات الناقصة، والتناسق، والتدخل الذي يمكن أن يؤثر على الدقة، كما توفر محلليات المنجلات علامات ووظائف تتبع تبسط جمع البيانات وتحليلها.

ويمكن استخدام أجهزة استقبال متخصصة ذات كشف غير مكتمل أو اكتشاف متماسك، ويمكن لهذه أجهزة الاستلام أن تقيس الكم الهائل والمرحلة، وهو أمر أساسي للقياسات القريبة من الحقول، ولوصف صفائف الهوائيات، ويؤثر رقم الضوضاء وخصائص التواؤم على النطاق الدينامي لنظام القياس العام وعلى الدقة.

إجراءات القياس وأفضل الممارسات

معايرة النظام والتحقق منه

اختبار الهوائي الدقيق يتطلب تجهيزا دقيقا، وظروفا خاضعة للمراقبة، وتقنيات قياس دقيقة، تحتاج إلى إعداد نظام الاختبار، واستخلاص بيانات موثوقة، والحذر من أي شيء يمكن أن يشوه النتائج، وإجراءات الضبط والتحقق السليمة هي أسس أساسية لقياسات الهوائي الدقيقة.

وقبل إجراء قياسات الهوائيات، ينبغي معايرة جميع معدات الاختبار والتحقق منها، ويشمل ذلك معايرة نظام تقييم الأداء، والتحقق من قدرة المولدات الكهربائية على إنتاج الترددات ودقتها، وتأكيد حساسية أجهزة الاستلام ودرجة خطيتها، وينبغي أن تكون له شهادات معايرة مرجعية، وينبغي تطبيق بياناتها المتعلقة بالمقاييس تطبيقا سليما.

التحقق من النظام يتطلب قياس الهوائي المعروف أو المعيار للتأكد من أن نظام القياس يعمل بشكل صحيح، هذا التحقق يجب أن يتم بشكل منتظم، خاصة بعد أي تغييرات في تركيب القياس أو المعدات، مقارنة النتائج المقاسة بالقيم المعروفة توفر الثقة في دقة نظام القياس وتساعد على تحديد المشاكل قبل أن تؤثر على قياسات الإنتاج.

وتكتسي وثائق إجراءات المعايرة والتحقق أهمية لضمان الجودة ولإثبات إمكانية تتبع القياس، وينبغي أن تشمل السجلات تواريخ المعايرة، ومصادر المعايرة، وعدم التيقن من القياس، وأي تعديلات أو تصويبات تطبق على نظام القياس.

Environmental Control and Interference Mitigation

يجب أن تُخلي بيئة الاختبار من التأملات غير المرغوبة، فالاختبارات الداخلية تحدث عادة في غرفة كهربية مُمتازة بمواد التلقيح المغناطيسي، وقد تؤثر العوامل البيئية تأثيراً كبيراً على دقة القياس، مما يجعل الرقابة البيئية السليمة أساسية لتحقيق نتائج موثوقة.

ويمكن أن تؤثر تغيرات الحرارة على خصائص الهوائي، لا سيما بالنسبة للحيوانات التي تحتوي على مواد أو مكونات حساسة من درجة الحرارة، ويضمن الحفاظ على درجات الحرارة مستقرة أثناء القياسات إمكانية تكرارها ويمنع الانجراف الحراري في كل من الهوائي تحت الاختبار ومعدات القياس، وقد يكون من الضروري بالنسبة لقياس الدقة وجود بيئات خاضعة لرقابة الحرارة.

ويمكن أن تؤثر الهضمية على أداء الهوائي، لا سيما بالنسبة للحيوانات التي تحتوي على مواد الديكلتري أو بالنسبة للقياسات التي تتردد على الموجات المليمترية حيث يصبح استيعاب الغلاف الجوي كبيرا، وتحسن مستويات الرطوبة أو تُسَبِّر آثار الرطوبة في تحليل القياس الدقة.

ويمكن أن يلوث التدخل الخارجي من محطات البث والشبكات الخلوية ونظم الرادار وغيرها من مصادر الترددات الهوائية، كما أن مرافق الاختبارات الدروعية مثل الغرف الأنيشية توفر العزلة عن التدخل الخارجي، وبالنسبة للنطاقات الخارجية، ينبغي أن تحدد الدراسات الاستقصائية للمواقع مصادر التدخل المحتملة، وينبغي تحديد القياسات لتجنب أوقات التدخل الشديد.

إجراءات الضبط والتعيين

تخطينا نظام الاختبارات مع محورات الامتحانات المتناوبة تجعلك تقيس في الزموثي والارتفاع

وينبغي أن يكون مركز الهوائي قيد الاختبار مهيأا بحيث يتزامن مركزه في المرحلة مع مركز تناوب الموضع، وبالنسبة للمحيطات التي لديها مراكز مرحلة محددة جيدا، مثل القرون والقنبلات الصغيرة، فإن هذا التواؤم أمر مستقيم، وبالنسبة للمحيطات التي لديها مراكز موزعة، مثل الصفوف والمفكرين، ينبغي أن تضع التواؤم الهوائي بحيث تشير القياسات إلى نقطة ذات معنى.

ويكفل اتساق الاستقطاب أن تكون الهوائيات الخاضعة للاختبار وأن يكون المصدر أو الهوائي المسبّب له علاقة استقطاب صحيحة، وبالنسبة إلى الهوائيات المستقطبة، ينبغي مواءمة أجهزة الاستقطاب (لمقاييس الاصطناعية المشتركة) أو النسيج (لمقاييس التوحيدية) (لمقاييس التوحيدية) ويحدث سوء الفهم الخاطئ أخطاء في قياسات الأرباح والنماذج.

ويجب أن تفي المسافة بين الهوائي قيد الاختبار وهائي المصدر أو المسبار بمعايير بعيدة المدى لقياسات الحقول البعيدة، حيث تُعرَّف المسافة البعيدة عادة بأنها 2D2/حد أدنى أو أكثر، حيث يكون D أكبر بُعد من أبعاد الهوائيات و(إيكو) هو الموجة، وبالنسبة للقياسات القريبة من الحقول، يجب أن تكون المسافة الفاصلة بين المسبار والانتينا قريبة بما يكفي لاستخلاص الآثار القريبة من الميدان.

جمع البيانات وتجهيزها

ويكفل نظام جمع البيانات المنهجية توصيف خصائص الهوائي بشكل كامل ودقيق، وبالنسبة لقياسات النمط، يجب أن تكون كثافة العينات العضلية كافية لاستخلاص جميع السمات النمطية، بما في ذلك الشعاع الرئيسي، والزوارق، والباطلة، ويشير معيار أخذ العينات في نيكوست إلى أن فترة العينات العضلية ينبغي ألا تكون أكبر من مستوى مقياس /(2D) للحيلولة دون استخدام الأسماء.

ويمكن أن تؤدي القياسات المتعددة في كل موقع من المواقع المتفردة إلى تحسين دقة القياس عن طريق التغيُّر المتوسطي للضوضاء العشوائية، وينبغي اختيار عدد المتوسطات استنادا إلى الدقة المطلوبة والوقت المتاح للقياس، وبالنسبة لفحص الإنتاج، قد يكون من المقبول أن تكون المتوسطات أقل، في حين أن قياسات البحوث قد تستخدم استخدام متوسطات واسعة النطاق لتحقيق أقصى قدر من الدقة.

وتشمل معالجة البيانات تطبيق التصويبات المتعلقة بالمعيرة، وتطبيع الأنماط، وحساب البارامترات المشتقة مثل المقاييس، ومستويات النسيج، والكسب، وأدوات البرمجيات الآلية في معظم هذه العملية، ولكن فهم الحسابات الأساسية أمر هام لتحديد الأخطاء وتصحيحها.

ويُعد تحليل عدم التيقن من القياس دقيقا لنتائج القياس، وتشمل المساهمات غير المستقرة عدم التيقن من المعدات، والأخطاء في تحديد المواقع، والآثار البيئية، والضوضاء العشوائية في القياس، إذ إن الجمع بين عناصر عدم اليقين هذه وفقا للإجراءات المتبعة يوفر عدم يقين شامل في القياس ينبغي الإبلاغ عنه بنتائج القياس.

النظر في القياسات المتقدمة

القياسات المتوسطة والمرتفعة

وقد تكون الهوائيات ذات التوجيه العالي عنصرا رئيسيا في وصلات موجات الملليمتر للتعويض عن خسائرها في المسارات العالية بطبيعتها، وفي سيناريوهات شاملة مثل البيئات الداخلية غير المتينة، يتدهور الكسب الهوائي نتيجة للتفاعل بين الأنابيب المنتشرة في القناة والنمط الهوائي.

وفي ترددات الموجات المليمترية، يمكن أن تتسبب حتى الأخطاء الصغيرة في تحديد المواقع في أخطاء في المرحلة الهامة، إذ أن مقاييس الدقة المطلوبة لتحديد المواقع ذات الموجات، لذا تتطلب قياسات الموجات المليمترية مواقع أكثر دقة وإجراءات للمواءمة، ويصبح الاستقرار الميكانيكي في تركيب القياس أمرا بالغ الأهمية، حيث أن الظواهر والتوسع الحراري يمكن أن تُحدث أخطاء في القياس.

أما الامتصاص الجوي، ولا سيما من بخار المياه والأكسجين، فيؤثر على انتشار الموجات المليمترية، وبالنسبة للنطاقات الخارجية، يجب أن تُحسب آثار الامتصاص هذه في قياسات المكاسب، فالقياسات الداخلية في البيئات الخاضعة للرقابة تقلل من الآثار الجوية إلى أدنى حد، ولكنها تتطلب اهتماماً دقيقاً للتأملات والتفشي من هياكل الغرف.

ويمكن أن تشهد الهوائيات النادرة في حبوب الشعاع الناهمجي تدهوراً كبيراً في سيناريوهات اتفاقية الأمم المتحدة لقانون البحار، حيث تصل إلى 4.4 دب في المئوي ال90 بالنسبة لهائي يبلغ 6 درجات مئوية من الزئبق، وهذا ما يكتسب تدهوراً في بيئات العالم الحقيقي يبرز أهمية قياس الهوائيات في ظروف تمثل بيئة التشغيل المنشودة، وليس فقط في ظروف فضائية مثالية.

قياسات الحرارة

وتطرح الهوائيات المتحركة تحديات قياس خاصة بسبب قدراتها على توجيه الشعاع الإلكتروني وشبكات التغذية المعقدة، ويجب أن تُميز قياسات الأشعة ليس فقط نمط الطائفة العامة بل أيضا أنماط العناصر الفردية، وربط العناصر بين العناصر، ودقة توجيه الشعاع.

صفائح نشطة مع مضخمات متكاملة وتحولات المرحلة تحتاج إلى قياسات تحت ظروف مُحكمة مما يُحدث تعقيداً إضافياً نمط الإشعاع في المصفوفة قد يعتمد على وضعيات المُتحولين والمُشعلين المُضطربين، مما يتطلب قياسات في زوايا متعددة من مسارات الشعاعات و تشكيلات.

وتعد القياسات في الميدان القريب ذات قيمة خاصة بالنسبة للمحيطات المصفوفة، حيث أنها يمكن أن توفر معلومات عن فرادى العناصر المسببة للإثارة وتحدد العناصر الفاشلة أو التي تعطل الأداء، ويمكن أن تكشف عمليات التشخيص التي تقوم على قياسات قريبة من الحقول عن الاتساع والأخطاء التدريجية في شبكة تغذية المصفوفة.

قياسات الاستقطاب

وأسلوب الاستقطاب - الطلاء هو طريقة جزئية مشتركة، وهو ينتج بارامترات الشظية الاستقطابية (النسبة القصوى وزاوية التفاح) في اتجاه معين من الإشعاع، وتميز قياسات الاستقطاب كيف تشع الهوائيات أو تتلقى موجات الكهرومغناطيسية مع مختلف الولايات التي تُستقطب فيها الاستقطاب.

إن التميز الكامل للاستقطاب يتطلب قياس كل من عناصر الاستقطاب المشترك والعنصرية المتقاطعة في نمط الإشعاع في الهوائيات، والاشتراك في القطب يمثل الاستقطاب المرغوب فيه، بينما يمثل التلاقح عنصر الاستقطاب المفاجئ الذي يتدهور عادة في أداء النظام.

وبالنسبة للهوائيات المستقطبة بشكل دائري، فإن قياسات النسبة التقريبية تحدد كميا نوعية الاستقطاب الدائري، إذ أن الاستقطاب الدائري المثالي له نسبة محورية قدرها صفر دي بي (أو 1:1)، في حين تحقق الهوائيات العملية عادة نسبا محورية قدرها 3 دي بي أو أفضل من نطاقها التشغيلي، ويبين نمط النسبة التقريبية كيف تتباين نوعية الاستقطاب مع الاتجاه.

القياس

ويعتبر فهم وتقييم عدم اليقين في القياس أمرا أساسيا لتفسير نتائج قياس الهوائي ومقارنة القياسات من مختلف المرافق أو الأساليب، ويشمل عدم التيقن عناصر الأخطاء العشوائية والمنتظمة على السواء.

وتنشأ أخطاء عشوائية من الضوضاء في نظام القياس، والتغيرات البيئية، وقابلية تكرار المواقع، ويمكن تخفيض هذه الأخطاء باستخدام قياسات متعددة متوسطية، وتحسين نسبة الإشارة إلى الأرقام في نظام القياس، ويوفر التحليل الإحصائي للقياسات المتكررة تقديرات لعناصر عدم اليقين العشوائية.

وتنجم الأخطاء المنهجية عن عدم كفاية المعايرة، وأخطاء المواءمة، والتأملات في بيئة الاختبار، وغيرها من العوامل التي تُقاس باستمرار في اتجاه واحد، والأخطاء المنهجية أصعب من تحديد الأخطاء العشوائية وتصحيحها، كما أن إجراءات المعايرة الدقيقة، وتصميم المرافق الملائمة، وقياسات المقارنة مقارنة بالمعايير المعروفة تساعد على التقليل إلى أدنى حد من الأخطاء المنهجية.

ويُعبر عن عدم التيقن في القياس المشترك على أنه من الشك الموسّع الذي ينطوي على عامل تغطية محدد، وهو ما يُقابل عادة مستوى ثقة بنسبة 95 في المائة، أما بالنسبة لمقاييس كسب الهوائي، فإن الشكوك النمطية تتراوح بين 0.3 د.ب لقياسات المختبرات الخاضعة للرقابة بعناية إلى 1 د.ب أو أكثر بالنسبة للبيئة الأقل سيطرة أو أساليب أقل دقة.

التطبيقات العملية وأمثلة الصناعة

نظم الاتصالات اللاسلكية

قياسات المكسب والتوجيه هي أساسية لتصميم ونشر نظم الاتصالات اللاسلكية، إن الهوائيات الموجودة في محطة قاعدية للشبكات الخلوية تتطلب تحقيق مكاسب ونمط دقيقين لضمان التغطية السليمة والتقليل إلى أدنى حد من التدخل في الخلايا المتاخمة، والنمط العمودي للهائي، بما في ذلك الزوايا المخفضة والبيموت، يؤثر تأثيرا مباشرا على منطقة التغطية ونوعية الإشارات.

وبالنسبة لنظم الترددات ذات الموجات المتوسطة 5G العاملة في الترددات المميتة، تصبح قياسات الهوائيات أكثر أهمية بسبب استخدام صفائف ضخمة من أجهزة الرصد والتحقق من درجة الحرارة، وتعتمد هذه النظم على التحديد الدقيق للهوية لتنفيذ خوارزميات توجيه الأشعة وتحقيق الأداء الأمثل للشبكة، وتتطلب المكاسب العالية والحزم الضيقة من 5 جيات من تقنيات قياس دقيقة للتحقق من الأداء.

كما أن معدات أماكن العمل التي يستخدمها العملاء مثل أجهزة توجيه الواي فاي والأجهزة المحمولة ومجسات إيوت تحتاج أيضا إلى قياسات هوائيات لضمان استيفاءها لمواصفات الأداء ومتطلبات التنظيم، وكثيرا ما يستخدم اختبار إنتاج هذه الأجهزة أساليب قياس مبسطة توازن الدقة مع متطلبات النواتج.

الاتصالات الساتلية

ويجب أن تحقق قياسات الهوائيات الساتلية درجة عالية من الدقة نظرا للطابع الحاسم للاتصالات الساتلية وارتفاع تكلفة النظم الساتلية، وتحتاج هوائيات المحطة الأرضية، التي كثيرا ما تكون كبيرة جدا من الهوائيات المجسّدة ذات مكاسب عالية، إلى قياس دقيق للكسب والنمط والدقة.

وتخضع هوائيات الحمولة الساتلية لفحص واسع قبل الإطلاق للتحقق من أدائها في البيئة الفضائية، ويجب أن تُحسب هذه القياسات لآثار الفراغ ودرجات الحرارة القصوى والضغوط الميكانيكية التي ستشهدها الهوائيات في المدار، وتستخدم تقنيات القياس القريب من الحقول عادة في هوائيات ساتلية كبيرة بسبب عدم إمكانية قياسات المطارات البعيدة.

(ب) إن نسبة الـ (G/T) (النسبة من المناقصة إلى درجة الحرارة) هي بارامتر حرج لنظم الاستلام الساتلية يجمع بين زيادة الهوائي ودرجة حرارة النظام، ويستلزم قياس الـ (G/T) قياسات لاكتساب الهوائيات وقياس درجات الحرارة، التي تُجرى عادة باستخدام مصادر علم الفلك الراديوي أو إشارات البيركون الساتلية.

نظم الرادار

وتتطلب الهوائيات الرادارية قياسات للمكاسب والنمط ومستويات الفول الجانبي وخصائص الاستقطاب، وتكتسي مستويات منخفضة من جانبي أهمية خاصة بالنسبة لنظم الرادار لتقليل الكم والتدخل إلى أدنى حد، وتحتاج قياسات الراديو إلى نظم عالية الدينامية لقياس النطاق قادرة على قياس مستويات الإشارات 40 درناً أو أكثر من ذروة الشعاع الرئيسية.

إن الهوائيات الرادارية تعمل غالباً بإشارات نقية، مما يُدخل اعتبارات قياسية إضافية، قد تختلف خصائص الهوائيات بين الموجات المستمرة والعملية النقية بسبب التأثيرات العابرة في شبكة التغذية أو المكونات النشطة، وتحتاج القياسات الرئوية إلى أجهزة متخصصة قادرة على كشف الإشارات ذات الزمن.

ويولد الهوائيات الرادارية المأخوذة من الشاشات المتعددة المتزامنة المستخدمة لتتبع الأهداف، ويستلزم قياس الهوائيات التي تستخدم في احتكار النبضات وصف أنماط الكم والاختلاف والتحقق من المنحدر الاحتكاري الذي يحدد الدقة في تتبعه، وهذه القياسات أكثر تعقيدا من قياسات الهوائيات ذات الحزمة الواحدة وتتطلب إجراءات اختبار متخصصة.

الرادار الآلي وV2X الاتصالات

إن تطبيقات السيارات تمثل تحديات فريدة في قياس الهوائيات بسبب الحاجة إلى قياس المركبات الكاملة أو أقسام المركبات، كما أن الهوائيات الرادارية الآلية لمراقبة الرحلات الجوية التكييفية، وتجنب الاصطدام، والقيادة المستقلة يجب قياسها في وجود جسم المركبة، مما يؤثر على نمط الإشعاع في الهوائي.

يجب أن توفر هوائيات الاتصالات من المركبات إلى كل شيء تغطية كافية حول المركبة أثناء تركيبها على جسم المركبة، وتحتاج قياسات البراءات على المركبات الكاملة إلى مرافق اختبار كبيرة وإجراءات قياس متخصصة لتبيان آثار المركبة على أداء الهوائي.

ويجب أن يكون اختبار إنتاج الهوائيات ذات القدرة الذاتية سريعة وفعالة من حيث التكلفة مع الحفاظ على الدقة الكافية لضمان سلامة أداء النظم الحرجة، كما أن نظم القياس الآلية ذات الموقع السريع واقتناء البيانات تتيح اختبارا عاليا للمحيطات الآلية.

الاتجاهات الناشئة والتطورات المستقبلية

اختبارات فوق الأير

ومع أن الأجهزة اللاسلكية أصبحت أكثر تكاملا وتعقيدا، فإن القياسات التقليدية التي تجرى لأداء الهوائيات تصبح أقل عملية، وتقيس الاختبارات المباشرة أداء الأجهزة بالكامل، بما في ذلك الهوائي، ودائرة الترددات، وتجهيز الإشارات الرقمية، في بيئة مشعة تحفز ظروف العالم الحقيقي.

وتتسم أساليب اختبار التفضيل المميت بأهمية خاصة بالنسبة للأجهزة التي تحتوي على هوائيات متكاملة لا يمكن الوصول إليها من خلال أجهزة الربط بشبكة الترددات، وتحتاج الهواتف النقالة، والأقراص، والأجهزة المتطاولة، عادة إلى اختبارات من نوع أوتا للتحقق من أدائها اللاسلكي، وقد وضعت أساليب اختبار موحدة لفحص التوابع المدارية لمختلف التكنولوجيات اللاسلكية، بما فيها الخلايا، وأجهزة الاتصال اللاسلكية، وأجهزة البلوتوث.

وتتيح غرف الأنيول المتعددة الجوانب اختبارات التفضيل المحتوي على التناظر مع التوزيع المتحكم به للإشارة، وتحفيز بيئات التكاثر المتعددة التعاطفات، ويمكن لهذه النظم اختبار أداء الأجهزة في ظروف واقعية من القنوات، بما في ذلك التزييف والتدخل وممرات الإشارات المتعددة، ويتزايد أهمية اختبارات التناظر الشامل لخمسة أجهزة ذات قدرات على التخزين تتكيف مع بيئة التكاثر.

تقييم المغناطيسيات والمقاييس

فالأدوات الكهربية الكهرومغناطيسية المتطورة تتيح إجراء محاكاة دقيقة لأداء الهوائي، مما يقلل من الحاجة إلى قياسات نموذجية واسعة النطاق، غير أن القياسات لا تزال ضرورية للتحقق من عمليات المحاكاة والتحقق من هوائيات الإنتاج، وأن الجمع بين المحاكاة والقياس يوفر نهجا قويا لتنمية الهوائيات.

يمكن أن تنبأ أدوات المحاكاة بكسب الهوائي، والتوجيه، والأنماط الإشعاعية استناداً إلى قياسات الهوائيات وخواص المواد، فمقارنة النتائج المحاكاة والمقاسة تساعد على تحديد أخطاء النماذج، والتباينات الصناعية، والآثار البيئية غير المأخوذة في المحاكاة، وهذه العملية المتكررة المتمثلة في المحاكاة والقياس تعجل بتنمية الهوائيات وتحسن دقة التصميم.

ويجري تطبيق تقنيات التعلم من الآلات والاستخبارات الاصطناعية على قياسات الهوائيات لتحسين سرعة القياس ودقته والتشغيل الآلي، ويمكن أن تؤدي الخوارزميات إلى تحقيق الحد الأمثل من إجراءات القياس، وتحديد أوجه الشذوذ في القياس، والتنبؤ بالأداء الهوائي من بيانات القياس المحدودة، وتظهر هذه التقنيات وعدا بتقليص وقت القياس مع الحفاظ على الدقة أو تحسينها.

تيريرتز ومسدسات التاييراهرتز

ومع أن النظم اللاسلكية تدفع إلى ارتفاع الترددات في نطاقات الترهارتز وتيراهارتز، فإن تحديات قياس جديدة تنشأ، في هذه الترددات، يصبح الامتصاص الجوي حادا، ويتطلب قياسات في البيئات الخاضعة للرقابة أو في غرف الفراغ، وتحتاج الأنهار الموجية القصيرة للغاية إلى الدقة في تحديد المواقع على مستوى الميكرومتر.

وكثيرا ما تستخدم نظم قياس تيراهرتز مصادر وأجهزة كشف إلكترونية ذات خصائص مختلفة عن المعدات التقليدية للموجات الدقيقة، كما أن معايير المعايرة والهوائيات المرجعية لترددات تيراهارتز أقل نضجا من تلك التي تستخدم في الترددات المنخفضة، مما يجعل إمكانية التعقب والدقة أكثر صعوبة.

وتشمل تطبيقات الهوائيات التهوية الاتصالات اللاسلكية ذات البيانات العالية، ونظم التصوير، وتطبيقات الاستشعار، ومع تطور هذه التطبيقات، ستصبح أساليب القياس الموحدة لهائيات تيراهرتز أكثر أهمية.

الهوائيات القابلة للثقة والارتقاء

وتتطلب الهوائيات القابلة للتداول التي يمكن أن تغير خصائصها الإشعاعية من خلال الوسائل الإلكترونية أو الآلية اتباع نهج قياس جديدة، وقد تتغير هذه الهوائيات بين مختلف نطاقات الترددات، أو الاستقطابات، أو أنماط الإشعاع حسب متطلبات النظام، وتستلزم تكييف الهوائيات القابلة للتشكيل قياسا في جميع التشكيلات التشغيلية.

اختبار الهوائيات يتطلب تهيئة بيئات اختبارية متحكمة تحفز الظروف التي سيواجهها الهوائي في العمل، اختبارات مغلقة حيث تكون خوارزميات التكيّف في الهوائيات نشطة أثناء القياس، يوفر أكثر تقييم للأداء واقعية.

وتمثل الهوائيات المميتة والسطحية السطحية التكنولوجيات الناشئة التي لها خصائص فريدة قد تتطلب تقنيات قياس متخصصة، ويمكن لهذه الهوائيات أن تحقق خصائص إشعاعية غير عادية من خلال مواد الكهرومغناطيسية مهندسة بدلا من هياكل هوائيات تقليدية، ويتطلب فهم وقياس أدائها اهتماما دقيقا للآثار القريبة من الحقول والممتلكات المادية.

التحديات والحلول المشتركة في مجال القياس

تعدد التعاطف والتفكير

ويمكن للتأملات غير المرغوبة من هياكل ومعدات وموظفي مرافق الاختبار أن تلوث قياسات الهوائيات، وهذه الأفكار تخلق تدخلا متعدد التعاطف يشوه نمط الإشعاع المقاس ويحدث أخطاء في قياسات المكسب، وتحديد الأفكار والتخفيف منها أمر أساسي للقياسات الدقيقة.

ويمكن أن تؤدي تقنيات التغيُّر التي تدوم الزمن إلى قمع التأملات في بعض سيناريوهات القياس، إذ يمكن فصل الإشارة المباشرة عن التفكيكات المتأخرة، عن طريق تحويل قياسات الترددات إلى قياسات الزمن، ولا تختار البوابة إلا الإشارة المباشرة التي تحول بعد ذلك إلى مجال الترددات للتحليل، وهذه التقنية فعالة بوجه خاص بالنسبة للقياسات التي يكون فيها للإشارات المباشرة والمنعكسة انفصال الوقتي الكافي.

فالوضع السليم للمصاعد في الغرف الدراسية يقلل إلى أدنى حد من انعكاسات الجدار الدائري، وينبغي أن تحظى نقاط التأمل الحاسمة، حيث تصل الأفكار المضاربة من الجدران إلى الهوائي قيد الاختبار، باهتمام خاص، كما أن البكلاء الإضافيين أو الموضعين استراتيجيا يمكن أن يقلل من انعكاسات هذه المناطق الحرجة.

الحد من الزلازل الديناميكية

قياس الـ(هوائينا) و الارتفاع المُتقطع يتطلبان نطاقاً دينامياً عالياً لكشف الإشارات المنخفضة المستوى في وجود الشعاع الرئيسي الأقوى بكثير، إنّ نطاق نظام القياس الديناميّي محدود بطابق الضوضاء، وخطية أجهزة الاستلام، وإشارة التسرب.

إن تحسين نسبة الإشارة إلى المعرفة عن طريق التدرج، أو توسيع نطاق الترددات الترددية للمستقبل، أو زيادة القدرة على النقل، يمتد نطاق النشاط القابل للاستخدام، غير أن القدرة على النقل المفرطة قد تسبب ضغطا أو ضررا على أجهزة الاستلام، وبالتالي يجب التحكم بعناية في مستويات الطاقة.

إشارات التسرب من عدم تأثير التحميّة أو التقارب بين الإرسال وتلقي المسارات يمكن أن تحدّ من النطاق الدينامي، تصميم النظام الدقيق، الترسّب السليم، ودرّ التسرّب إلى أدنى حدّ، بالنسبة للقياسات الحرجة، قياس مدى نشاط النظام مع الهوائي تحت الاختبار، الذي يُستبدل بحمّل مطابق يحدد الحد الأدنى للقياس الذي يمكن تحقيقه.

آثار الترددات والعجز

وتختلف خصائص الهوائيات عادة مع التواتر، وتتطلب قياسات عبر نطاق التشغيل، وتشمل الآثار التي تعتمد على الترددات تغيرات في المكسب، وشكل النمط، ومطابقة العيوب، والاستقطاب، وتتطلب السمة الشاملة للمحيطات قياسات على ترددات متعددة تشمل نطاق التشغيل.

وتختلف خصائص مرفق الاختبار أيضاً بالتواتر، إذ إن أداء مستوعبي الغرف الأنغولية، ونوعية المناطق الهادئة من حيث النطاقات، وأن أنماط انعكاس النطاق الخارجي تتوقف جميعها على الترددات، ففهم خصائص المرفق المعتمدة على الترددات يساعد على تفسير نتائج القياس وتحديد العوامل الأثرية للقياس.

إن الهوائيات ذات النطاقات العريضة التي تعمل على نطاق الترددات الواسعة تمثل تحديات قياسية معينة، فالحجم الكهربائي الهوائي يتغير بشكل كبير عبر نطاق التشغيل، مما يؤثر على الاحتياجات البعيدة المدى وخصائص النمط، ويجب أن تستوعب إجراءات القياس هذه التباينات مع الحفاظ على دقة متسقة عبر نطاق الترددات.

الموارد والتعلم الإضافي

المنظمات المهنية وهيئات المعايير

ويحتفظ معهد المهندسين الكهربائيين والإلكترونيين بعدة معايير تتعلق بقياس الهوائيات ويوفر منتديات لتبادل تقنيات القياس وأفضل الممارسات، وتنظم جمعية الأنتينا والبروبات التابعة للشبكة مؤتمرات وتنشر المجلات وتوفر الموارد التعليمية لمهندسي الهوائيات.

تضع اللجنة الدولية للتكنولوجيا الإلكترونية معايير دولية لقياسات واختبارات الهوائيات، وكثيرا ما تنسق معايير اللجنة مع معايير الشبكة الأوروبية للطاقة الذرية وتوفر إجراءات قياس معترف بها عالميا.

وتوفر معاهد القياس الوطنية، مثل المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا في الولايات المتحدة، معايير المعايرة الأولية وإمكانية قياس قياس قياس قياسات الهوائيات، وتجري هذه المعاهد بحوثا بشأن تقنيات القياس وتحافظ على المعايير الأساسية التي تدعم سلاسل المعايرة الهوائية.

التدريب والتصديق

وتنظم الجامعات والمنظمات المهنية ومقدمو التدريب التجاري دورات تدريبية مهنية في مجال قياس الهوائيات، وتغطي هذه الدورات نظرية القياس، والتقنيات العملية، والخبرة العملية في مجال معدات القياس والمرافق.

وتوفر برامج التأهيل لتقنيين ومهندسي اختبار الهوائي وثائق تفويض معترف بها تثبت الكفاءة في قياسات الهوائيات، وهذه البرامج تتطلب عادة امتحانات عابرة وتظهر مهارات عملية للقياس.

ويقدم العديد من صناع المعدات تدريبا على نظمها الخاصة للقياس وبرامجياتها، ويساعد هذا التدريب المستعملين على زيادة قدرات معدات قياسهم إلى أقصى حد، ويتجنبون حدوث ثغرات مشتركة.

الموارد والأدوات على الإنترنت

العديد من مصادر الإنترنت تقدم معلومات عن قياسات الهوائيات بما في ذلك المقالات التقنية، ومذكرات التطبيقات، وأجهزة الإنترنت، ودروس الفيديو، والمواقع الشبكية لمصنعي المعدات غالبا ما تتضمن مكتبات تطبيقات واسعة النطاق تتضمن أمثلة على القياسات وتوجيهات.

وتتوفر أدوات البرمجيات لتحليل بيانات قياس الهوائي، ورسم الخرائط، وحساب عدم اليقين من البائعين التجاريين، وكمشاريع مفتوحة المصدر، وهذه الأدوات تبسط تجهيز البيانات وتساعد على تصور نتائج القياس.

وتوفر أجهزة الحاسوب على الإنترنت لأغراض المسافة البعيدة عن الميدان، وتقديرات الأشعة، والعلاقات بين توجيه الكسب أدوات مرجعية سريعة لمهندسي الهوائيات، وفي حين أن هذه أجهزة حساب توفر نتائج تقريبية، فإنها مفيدة لتخطيط القياسات والتحقق من الحسابات.

For more information on antenna testing and RF measurements, visit the IEE website or explore resources from ]NIST. Additional technical guidance can be found through IEC standards and professional antenna testing organizations.

خاتمة

ويعد تقييم المكاسب والتوجيه من خلال تقنيات القياس المناسبة أمرا أساسيا لتطوير نظم لاسلكية ذات أداء عال، ومن فهم الأسس النظرية للتوجيه والكسب لتنفيذ إجراءات قياسية متطورة في غرف الأنشوشة والسلاسل الخارجية، يجب أن يتقن مهندسو الهوائيات طائفة واسعة من المهارات والمعارف.

وتوفر معايير الصناعة، مثل IEEE 149 وEEE 1720، إرشادات أساسية لإجراء قياسات دقيقة وقابلة للتكرار، وعلى إثر هذه المعايير، تكفل إمكانية تتبع القياسات، وقابلة للمقارنة عبر مختلف المرافق، وتلبي متطلبات الهيئات التنظيمية والعملاء.

ولا تزال معدات القياس وأدوات القياس المستخدمة في اختبار الهوائي تتطور، مع تحليلات حديثة لشبكة النواقل، وأجهزة المسح القريب من الحقول، ونظم تحديد المواقع الآلية التي تتيح قياسات أسرع وأكثر دقة مما كان عليه الحال في أي وقت مضى.

ومع تقدم التكنولوجيا اللاسلكية إلى ترددات الموجات المليمترية، والنظم الضخمة للرصد والتحقق من الأمفيتامين، والحيوانات القابلة لإعادة التشكيل، يجب أن تستمر تقنيات القياس في التطور، ومن شأن الأساليب الناشئة مثل الاختبارات فوق الهواء، والتثبت من الحسابات، والقياسات التي تدعمها المنظمة الدولية للطاقة أن تكمل التقنيات التقليدية لمواجهة تحديات النظم اللاسلكية الجيل القادم.

سواء كنت تصمم هوائيات لخمسة جي محطات قاعدية، الاتصالات الساتلية، الرادار الآلي، أو أجهزة آيوت، قياسات الكسب الدقيق والموجات، توفر الأساس للتحقق من الأداء وضمان استيفاء تصميماتك لمواصفاتها، من خلال اتباع إجراءات القياس المعمول بها، باستخدام معدات معيرة بشكل سليم، وفهم مصادر عدم اليقين في القياس، يمكن للمهندسين الهوائيين أن يصفوا بثقة أداء الأنتينا ونظم الإيصال التي تلبي متطلبات الاستيعاب الحديثة.