Table of Contents
تطور التصميم المباشر للمحيطات
وتُستخدم الهوائيات المباشرة كأساس لنظم الاتصالات اللاسلكية الحديثة، مما يتيح نقل الطاقة بصورة مركزة واستقبالها على مسافات ممتدة مع التقليل إلى أدنى حد من التدخل في الاتجاهات غير المرغوب فيها، ومن بين العديد من تصميمات الهوائيات التي تم تطويرها على مدى القرن الماضي، فإن مجموعة اليانغي - أودا - المعروفة مجتمعاً - هيغي - هاس قد حصلت على سمعة دائمة من أجل تبسيطها وموثوقيتها وأدائها الاستثنائي.
إن الرحلة من موقع يانغي البسيط على أساس الديبول إلى مجموعة حديثة من المعالم الهندسية المتراكمة تمثل عقوداً من المعارف الهندسية، حيث يعتمد مصممو ياغي في وقت مبكر على أساليب التطويع والاختراق التجريبي، ولكن برامج المحاكاة الكهرومغناطيسية تتيح إنجاز مختلف دقيق لكل بُعد من أبعاد التصاميم واتباعدة التقلبات، ويظهر العنصر الذي يحركه الديبول باعتباره واحدا من أكثر الابتكارات أثرا في تصميم الياق.
سائق ديبول المُقَلَّد: مؤسسة للأداء الخارق
في قلب العديد من تصميمات (ياغي) ذات الأداء العالي تكمن في غطس مطوّل يُستخدم كعنصر محرك، على عكس جهاز قياسي لجهاز نصف الموجات الذي تم بناؤه من موصل واحد مستمر، يستخدم جهازين متوازيين ينضمان إلى الكهرباء في نهايتهم، يُشكلان هيكلاً مغلقاً مُغذياً في وسط جانب واحد،
التحولات ومواءمة المرونة
ويستخدم هذا الديبول المطوي كمحول للإسقاط، ويضاعف المقاومة الإشعاعية التي شوهدت عند نقطة الإطعام مقارنة بجهاز قياسي، حيث يمكن للجهازين أن يُعدا في شكل ثنائي متوسط، حيث يُعدّل الموصلان قطره 50 مترا، ويُعدّل عامل التكاثر في التكاثر أربعة أمثاله، ويحول المقاومة الإشعاعية العادية التي تتراوح بين 73 و نصف الموجة إلى نحو 300 أوم.
إن الأهمية العملية لهذا التحول في الازدحام تتجاوز مجرد المطابقة، وفي صفيفة ياغي، يؤدي وجود العناصر الطفيلية القريبة إلى تغيير نقطة الإقحام في العنصر المدفوع، مع وجود مطوّر، هذه التحولات في الازدحام إلى درجة أكبر من القابلية للتأثر، لأن الازدحام في الواجهة أعلى، وبالتالي يمكن للمصمّمين أن يُحدوا من أبعاد عنصرية الطفيليات ويُكافحون من أجل تحقيق أقصى قدر من المكاسب والنم.
تعزيز قطاع الطرق من خلال أجهزة الاتصال الفعالة
بعد اعتبارات الازدحام، هيكل الديبول المطوي يوسع بشكل كبير نطاق تشغيل الهوائي، وديبول متوسط المستوى يُظهر راجعاً حاداً حيث ترتفع نسبة الموجة الدائمة بسرعة عندما تبتعد التردد عن تردد التصميم المركزي، و المُوصلات المتوازية لـ ديبوليسون المطوية
وهذا التمديد في نطاق الترددات المتوسطة مهم للغاية بالنسبة لنظم الاتصالات الحديثة، وكثيرا ما يتعين على مشغلي أجهزة اللاسلكي الهواة الذين يعملون على نطاق التردد العالي جداً و التردد فوق العالي تغطية عدد من الميغاهرتز للوصول إلى قطاعات مختلفة من مختلف الوسائط مثل الصوت الترددي الترددي، والصوت الرقمي (DMR, C4FM)، وجهاز SSB، وأجهزة الاتصال بالبيانات، ويمكن أن يغطي التواتر المطوي النطاقات الكاملة دون اشتراطات العريضة أو الترددية.
العناصر الموازية: قلب السيطرة المباشرة
عناصر متوازية هي الموصلات السلبية التي تعطي الياقية ممتلكاتها التوجيهية، وتشمل تشكيلة ياغي الموحدة مفكرا أو أكثر يقع خلف العنصر المدفوع ومديرين متعددين يتواجدون أمامها، وهذه العناصر لا ترتبط فعليا بالمسمار، بل إنها تقترن بإنتاجات غير مقصودة إلى العنصر الموجه وإلى بعضها البعض، وذلك باختيار محكم لأطولها، وأجهزة الوصل، وإلغاء مواقعها.
المكثفات: بناء مفاوضة صلبة
المُجسّد هو عادة أطول عنصر في الصفوف، يُقطع أكثر من 5 في المائة تقريباً من طول العنصر المدفوع في تردد التصميم، عندما يُركّز نحو 0.15 إلى 0.25 من المُوجات خلف العنصر المُحرك، فإنه يُعتبر حاجزاً مُخدّراً يعكس الطاقة بشكل فعال، ويؤثر طول المُجسّد وسرعة التصاميم على نحو ما بين الواجهة الأمامية ونقطة الرجع ونسبة الارتداد المُمُ المُضَة
وفي تصميمات متعددة النطاقات، كثيرا ما تتضمن المفكرات فخاخ أو أجزاء تحميل خطي للحفاظ على الترددات المتعددة في وقت واحد، ويستخدم مفكرو التعقب أجهزة متوازية من طراز LC تعزل أجزاء من العنصر في ترددات محددة، وتخلق فعليا أطوال كهربائية مختلفة لكل قطاع من الفرق.
المديرون: توجيه الشعاع إلى الأمام
فالمديرون يقصرون تدريجيا عناصر من العنصر المدفوع، إذ أن الموجة الكهرومغناطيسية تسافر على طول الطفرة، يعزز كل مدير طريقة التجهيز الأمامي بتقديم رد فعل إيجابي يحرز تقدما في مرحلة التيارات المحفزة، ويزيد المدير الأول عادة من حجم الزيادة بمقدار 3 إلى 4 دبائـر في المكسب الأمامي مقارنة بعنصر محرك وحيد.
المسافات والمسافات و مُديري المُديرين يجب أن يُراقبوا بعناية لأنّ الانحرافات الصغيرة يمكن أن تُحوّل نمط الإشعاع أو تُحدث فصائل جانبية غير مرغوب فيها تُحطّم الأداء، العديد من تصميمات (يغي) المُتقدمة تستخدم عناصر مُقيّدة للأداء على نطاقِ مُتّسمّى، حيث تُغيّرُ مُ قطراتَةًاً على طولِ طولِ المُ طولِ المُ طولِ العنصرِ.
التكامل التآزري: الجمع بين سائقين مجندين ذوي قدرات شبه مستغلة
إن الجمع بين عنصر مطوي مع العناصر الطفيلية ذات الوجه الأمثل المؤلمة ينتج ياجي الذي يتفوق على عدة مقاييس للأداء في وقت واحد، وتركيب الديبول الطبيعي وميزات الضمادات المطوية يجعل المصمم يركّز على التناغم الطفيلي على التصاميم الميكانيكية الكمّية والنمط بدلا من التكرار
وادي باندويث بدون جاين
في (يانغي) التقليدي مع عنصر ذو فتحة ضوئية، تحقيق عرض واسع النطاق غالباً ما يتطلب قبول تخفيض في المكاسب الأمامية أو ارتفاع مستوى الـ (سو آر) عند أطراف الفرقة، و ضيق نطاق قوة (ديبول) لإستعمال عنصر أوسع من المباعدة أو العديمة
ويتضح هذا التنسيق بشكل خاص في الحزم المتعددة العناصر المصممة لفرقة الهواة التي تمتد من 2 متر أو من 70 سنتيمتر، كما أن هناك حاجة إلى وجود مطوّر مطوّر ذي مواصفات عالية، حيث يمكن لشبكات الـ 5 أو 6 عناصر أن تحافظ على أكثر من 10 دبليوني من المكسب عبر النطاق الكامل، مع إبقاء SWR تحت 1:1.
تحسين القدرة على الاستمرار في الهياكل الأساسية ورفض المعنويات
إنّ تركيبة (الديبول) المطوّرة المُتواجدة في العاصمة توفر مساراً كهربائياً مباشراً لحشد الشحنات الثابتة لنزيف النظام المغناطيسي والأرضي، وهذا يُخفّض من التهطال، الذي هو مصدر مشترك لضجيج أجهزة الإستقبال في البيئات الرطبة أو الغبارية، وممتلكات الصرف الصحي ذات القيمة الخاصة بالنسبة للتراكمات ذات التردد العالي، حيث يُقدّمُ على مستوى عالٍ من خلال منع التّة من التّة.
ومن الناحية الميكانيكية، فإن هيكل الديبول المطوي أكثر ازدحاما من الديبول ذي الأسلاك العالية، ويتقاسم الموصلون المتوازيون الإجهاد الميكانيكي ويمكن اختلاقه من تربة ذات قطر أكبر دون وزن مفرط، وتقاوم تشكيلة الألياف المغلقة التشوه من تحميل الرياح وتراكم الجليد على نحو أفضل من موصل واحد للأداء الكهربائي المكافئ، وعندما تقترن عناصر طفيفة من 60 مادة خفيفة
جيم - المكاسب العملية في التركيبات المكثفة للفضاء
ومن التحديات المستمرة في مجال نشر الهوائيات الحيز المادي، حيث تفرض السقف الحضري والعمليات المحمولة والمحطات الفرعية المدمجة حدودا شديدة الحجم كثيرا ما تُجبر على التجاوزات في أداء الهوائي، وتتيح العناصر المزروعة لـ " ياغي " تحقيق أداء كهربائي مع وجود طفرة أقصر وعناصر أقصر من الناحية المادية، لأن طول الكهرباء الفعال يزداد دون إطالة عدد الموصلات، مما يتيح للمصممين تعبئة المزيد من الوظائف في معامل أصغر حجما.
وتتجلى ميزة توفير الفضاء في تصميمات " ياغي " المدمجة للعمليات المحمولة والميدانية، كما أن " ياغي " ذو عنصرين مع سائق مطوّر ومجسّد واحد يمكن أن يحقق مكاسب إلى الأمام في اتجاه " ياغي " ذات النطاق الضعيف، بينما يُشغل 30 في المائة من طول التصميمات الفضائية الصغيرة ذات البصمة العالية، وهي مثالية بالنسبة للمنشآت المخفية أو المخففة، مع ذلك التردد العالي جدا.
تعزيز التوجيه والتخفيف من حدة التدخل
ويؤثر النمط التوجيهي للياغي تأثيرا مباشرا على نسبة الإشارة إلى المعلم في جهاز الاستقبال وعلى الطاقة المشعّة الفعالة نحو الهدف المقصود، وباستخدام أدوات المحاكاة الكهرومغناطيسية الحديثة، يمكن للمصممين أن يحسنوا إلى أقصى حد طول العناصر الطفيلية والمباعدة بين فترات زمنية لإنتاج أنماط ذات فصائل رئيسية نظيفة للغاية، وإشعاعات جانبية وظهرية، وعندما يتم ربط عنصر الكهرباء، تظل الفقرات المستعصية ثابتة.
ويكتسي التوجيه العالي أهمية حاسمة في بيئات الطيف المزدحمة، ويستفيد المشغلون اللاسلكيون الهواة الذين يتنافسون على تدخلات كبيرة من الهوائيات التي ترفض الإشارات خارج الحدود، كما أن وجود وصلات بين نقطة وأخرى تعمل بالقرب من خدمات أخرى يتطلب أنماطا نظيفة لتجنب التدخل، وتعتمد نظم الرادار على أجهزة ذات عينية منخفضة من أجل التمييز في النطاق الترددي، حيث يمكن لهذه النظم أن تحقق درجة الحرارة المكانية المطلوبة.
تطبيقات خدمات الاتصالات عبر الحدود
ولا تقتصر فوائد العناصر الطية والطفيلية على نطاق الترددات الواحدة أو الاستخدام، وتظهر مجالات التطبيق التالية حيث توفر هذه التقنيات التصميمية مزايا ملموسة في نظم العالم الحقيقي.
راديو الهواة و DXing
المشغلون المذيعون يضغطون على أداء الياقوت على حدوده، و يانغيز من عدة عناصر، و 15 متراً، و 6 أمتار،
محطات المسابقات العاملة في مجال الحد القانوني تقدر قدرة جهاز التحكم العالي في الطاقة في جهاز الديبول المطوي بسبب منطقة الوصل الفعالة الكبيرة فيها، وتحلل الحرارة، وتستعمل العديد من مجموعات المسابقات التي تمنح جوائز أكوام من المحركات المطوية لتحقيق كل من المكاسب العالية والتغطية الواسعة النطاق، مع تحسين نطاق الترددات التي تتيح للمشغلين تغطية محطات العمل عبر النطاق دون تغيير.()
الاتصالات الساتلية والفضاء
وكثيرا ما تستخدم المحطات الأرضية الساتلية العاملة على نطاق التردد العالي جدا وتردد عال جدا للاتصالات ذات المدار الأرضي المنخفض صفائف الياغي ذات العناصر المتحركة الطيوية، ويستوعب تحسين نطاق الترددات تغيرات دوربلر مع تجاوزات الساتل ويتيح الوصول إلى ترددات متعددة مستجيبة دون استرجاع الهوائيات الأرضية، وتستوعب القوة الميكانيكية للعناصر المطوية التي تتجاوز المدارات العائمة.
ويمكن أن تنشر منابر السواتل الصغيرة نفسها عناصر من الياغي ذات الطيفات التي تتكشف في المدار، وتتحقق مكاسب كبيرة مع الحد الأدنى من الحجم المزود بالبذور أثناء الإطلاق، وبالنسبة لتطبيقات كوبيسات، فإن الديبول المطوية التي تطبع على مواضع فرعية مرنة تتيح الاستيعاب في جزء من وحدة واحدة من الفضاء ثم النشر بعد وصول الساتل إلى المدار.
Radar and Remote Sensing
وكثيرا ما تستخدم الهوائيات الرادارية البحرية والطقسية صفائف من العناصر الشبيهة باليجي مع المفكرين الطفيليين لتشكل حزما ضيقة مناسبة لكشف الأهداف وتتبعها، وتستفيد نظم رادار حديثة ذات ولاية صلبة من النطاق الواسع للهياكل المطوية لدعم موجات الارتعاش وقابلية التردد، مما يؤدي إلى تحسين حل النطاق والتمييز المستهدف.
وتستخدم رادارات الصفصاف التدريجي أيضا عناصر طفيلية في شكل مديرين لمسح الشعاع، وإن كانت هذه التصميمات نشطة عادة مع التحولات في المراحل الخاضعة للمراقبة الإلكترونية، فإن استقرار الهياكل المطوية في حالة الازدحام مفيد في هذه النظم لأنه يحافظ على أداء متسق عبر النطاق كتغيير في الزوايا التوجيهية للحزم، ويمكن العثور على نهج تصميم مرجعية في منشورات ذات طابع نظري بشأن تصميم اليجي.
الربط الشبكي والربطات الأرضية بلا سلك
وكثيرا ما تستخدم شبكة وي-فاي وشبكة الوصول اللاسلكي ذات النطاق الترددي الواسع التي تعمل بـ 2.4 غيهرتز و5 جيهرتز صفائف من الدائرة المطبوعة ياغي بسائقات ديبولية مطوية، وتزيد هذه الهوائيات المنتجة جماعيا من اتساق الارتفاع في قياسات التكوين المطوية للحفاظ على المكسب والتطابق عبر نطاق ISM بأكمله.
(أ) بعض التصميمات تتضمن بطانية مطوية مدمجة مباشرة في لوحة الدوائر المطبوعة لإطعام الديبول المطوّل، وتبسيط التجمع، وخفض التكلفة، ونتيجة لذلك هوائي مدمج ذو أداء عال مناسب للاستخدام الداخلي والخارجي، وبالنسبة للمهتمين ببناء هذه الهوائيات، ]]]، أدلة البناء العملي، وموارد المحاكاة المتاحة
ألف - تدفق العمل والتبسيط
وتعتمد تصميمات الياقية الحديثة اعتماداً كبيراً على الكهرومغناطيسية الحاسوبية، وتعتمد البرمجيات القائمة على مدونة المغناطيسية الرقمية أو مشتقاتها التجارية على المصممين على قياسات مصممة نموذجية، بما في ذلك الهيكل الدقيق، وتضع جميع أبعاد العناصر وتواترها على أهداف محددة للأداء.
أما الخطوة التالية فتشمل بناء نموذج مفصل للسائق المطوي والصفوف الطفيلي الكامل في المحفز، ويتطلب ذلك وضع نموذج لأسلاك متوازية ونهاية الربط كقطع سلكية متعددة، ومعظم الأدوات القائمة على أساس التكتل الأجنبي المباشر تدعم ذلك من خلال العلامات اللاسلكية وتعاريف الجسيمات الجزئية، كما يجب أن يُحسب النموذج أيضاً للمواد الازدهارية إذا كان معدنياً، حيث يمكن أن يؤدي ارتفاع نسبة الارتداد إلى تغيير الشكل.
(أ) إنّ متغيرات التكتل الحسنة التي تُحدّد بها العناصر المطوّرة لـ (إيه) والتي تُحدّد مستويات الأداء التي لا يمكن تحقيقها مع مُسرّع مناولة صغيرة أو مع قواعد الإبهام وحده، والتي تشمل قدرات المحاكاة المفتوحة المصدر، العديد من المصممين يعتمدون على أدوات مثل [1]
والخطوة النهائية في تدفق العمل هي التحقق من خلال وضع النماذج والقياسات، وبينما يكون المحاكاة آثار قوية وعالمية حقيقية مثل خسائر الموصلات، وحالات القصور في التوازن، والعوامل البيئية يمكن أن تتسبب في انحرافات عن الأداء المتوقع، فبناء نموذج أولي وقياس نمط الأشعة المتساوية الخاص بها يوفر الثقة بأن التصميم سينفذ كما هو متوقع عند نشره، وكثيرا ما يكون من الضروري تحسين التصميم.
معالجة الشلالات والحدود المشتركة
وفي حين أن الجمع بين العناصر المطوية والصفوف الطفيلية المجهزة جيداً يوفر فوائد هائلة، فإن النهج لا يفتقر إلى تحديات يجب التصدي لها من أجل التنفيذ الناجح، فالعبء الريحي الأكبر حجماً للديبول، وتكاليف المواد المرتفعة قليلاً يمكن أن يكونا عوامل تحد من الطائفة الكبيرة، لا سيما من الأبراج الطويلة التي يكون فيها بقاء الرياح حرجاً، وكل رطل إضافي من وزن الهوائي يتطلب هياكل دعم أقوى.
إن تجاهل التقريب بين الموصلين المطويين يمكن أن يخلق منحنىات غير متوقعة للغير، أو أن يكون أول سطو على التردد الخاطئ، أو أن تكون مقياس SWR بعيدا عن مركز النطاق المقصود، والتصميم السليم والبناء الدقيق أمران أساسيان لتجنب هذه القضايا، بالإضافة إلى أن العناصر الطفيلية التي تُحد من الخسارة الأقرب إلى النصف.
فالمواءمة البدنية عامل حاسم آخر، إذ يجب أن يكون السائق المطوي مركزياً بدقة، وينبغي أن تكون طائرته مُلَقَّة للعناصر الطفيلية من أجل الاستقطاب الذي يمكن التنبؤ به، وينبغي أن يستخدم البنادق الازدهار إلى العنصر والمواد المقاومة للطقس للحفاظ على قياس جغرافي دقيق مع مرور الوقت، وعندما تصبح صفائف التردد العالي جداً والتردد العالي جداً، بل إن التحول إلى مسافات فوق العينة يمكن أن يغير إلى حد كبير من نمط المتسارع.
الاتجاهات المستقبلية والابتكارات المادية
ولا تزال هندسة الهوائيات تتقدم، حيث تتيح المواد الجديدة وتقنيات التصنيع إمكانيات تحقيق أداء أعلى، ويجري استكشاف مركبات الألياف الكربونية التي تجمع بين الوزن الخفيف وسلوك كهربائي جيد لعناصر الياغي، ويمكن أن تُستخدم هذه المواد لقيم السلوك المحددة، وتوفر نسبا ممتازة من القوة إلى الوزن، مما يجعلها مثالية للصفائف الكبيرة التي يشكل فيها تحميل الرياح مصدر قلق.
كما أن صفائف التكيف التي تضم عناصر طفيلية قابلة للتسوية إلكترونيا، مثل المديرين الذين يحملون المزاد، تحول الياغي من شعاع ثابت إلى هوائي ذكي قادر على توجيه الشعاع الديناميكي، ومن المرجح أن تؤدي مبادئ العناصر المطوية دورا في هذه التصميمات الناشئة، مما يوفر منبرا ثابتا للاختراق يمكن أن تعمل عليه شبكات التجميل القابلة لإعادة التشكيل، أو من تأثيرات التكاثرية على التصنيع الاصطناعي.
بالنسبة لترددات الموجات الطاحونة، الياغيات المطبوعة بالكامل مع الأقطاب المطوية ومديرات الطفيليات على واحدة قد أصبحت قابلة للتنفيذ، وهذه التصميمات تُعزز دقة اختلاق الدوائر المطبوعة لتحقيق الاتساق الذي يصعب الحصول عليه مع أساليب البناء التقليدية، ودمج التقنيات المطوية والطفيلية لا يزال مساراً مثبتاً لتلبية النطاقات اللاسلكية الأكثر اتساعاً.
وسواء كان تركيب أول بوصلة من الشعاعات المنزلية لمترين أو تحديد صفيفة رادارية حرجة من البعثات، أو فهم وتطبيق التآزر بين العناصر الطفيلية، يفتح الباب أمام أداء توجيهي أعلى، ويخلق سائق الأقطاب المطوية، إلى جانب المفكرين والمديرين ذوي الوجهة المثلى، هوائيات تحقق نتائج متسقة وموثوقة عبر طائفة واسعة من ظروف التشغيل وتطبيقاتها.