في عام 1873، لخص عالم الرياضيات البريطاني ماكسويل معادلة المجال الكهرومغناطيسي – معادلة ماكسويل.وتبين المعادلة أن: الشحنة الكهربائية يمكن أن تنتج مجالاً كهربائياً، والتيار يمكن أن ينتج مجالاً مغناطيسياً، والمجال الكهربائي المتغير يمكن أن ينتج أيضاً مجالاً مغناطيسياً، والمجال المغناطيسي المتغير يمكن أن ينتج مجالاً كهربائياً، وهو ما يتنبأ بوجود موجة كهرومغناطيسية.
وبعد أربعة عشر عاما، في عام 1887، صمم الفيزيائي الألماني هاينريش هيرتز أول هوائي لاختبار وجود الموجات الكهرومغناطيسية.بدأت الاتصالات اللاسلكية في عام 1901 عندما استخدم الفيزيائي الإيطالي جوليمو ماركوني هوائيًا كبيرًا للتواصل عبر المحيطات.
الوظيفة الأساسية للهوائي: يستخدم لتحويل طاقة التيار العالي التردد (أو الموجة الموجهة) إلى موجة راديوية ونقلها إلى الفضاء حسب توزيع محدد سلفا.عند استخدامه للاستقبال، فإنه يحول طاقة الموجات الراديوية من الفضاء إلى طاقة تيار عالي التردد (أو موجة موجهة).
لذلك، يمكن اعتبار الهوائي بمثابة جهاز تحويل الموجات الموجهة والموجات الإشعاعية، وهو جهاز تحويل الطاقة.
كسب الهوائي
من الخصائص المهمة للهوائي، بغض النظر عما إذا كان يستخدم للإرسال أو الاستقبال، كسب الهوائي.
تشع بعض مصادر الهوائيات الطاقة بالتساوي في جميع الاتجاهات، ويسمى هذا النوع من الإشعاع بالإشعاع المتناحي.إنها مثل الشمس تشع الطاقة في كل الإتجاهات.على مسافة ثابتة، فإن الطاقة الشمسية المقاسة في أي زاوية ستكون هي نفسها تقريبًا.لذلك، تعتبر الشمس مشعًا متناحيًا.
تتمتع جميع الهوائيات الأخرى بكسب معاكس للمشع المتناحي.بعض الهوائيات اتجاهية، أي أن كمية أكبر من الطاقة تنتقل في بعض الاتجاهات أكثر من غيرها.تسمى النسبة بين الطاقة المنتشرة في هذه الاتجاهات والطاقة التي لا ينشرها الهوائي اتجاهيًا بالكسب.عند استخدام هوائي إرسال بكسب معين كهوائي استقبال، فإنه سيكون له أيضًا نفس كسب الاستقبال.
نمط الهوائي
تبعث معظم الهوائيات إشعاعات في اتجاه واحد أكثر من الاتجاه الآخر، ويسمى الإشعاع مثل هذا بالإشعاع متباين الخواص.
تشير اتجاهية الهوائي إلى العلاقة بين القيمة النسبية لمجال إشعاع الهوائي والاتجاه المكاني في ظل نفس المسافة في المنطقة البعيدة.يمكن التعبير عن شدة المجال البعيد للهوائي على النحو التالي:
حيث هي وظيفة الاتجاه، بغض النظر عن المسافة وتيار الهوائي؛هي زاوية السمت وزاوية الملعب على التوالي؛هو رقم الموجة وهو الطول الموجي.
يتم تمثيل وظيفة الاتجاه بيانياً كرسم بياني لاتجاه الهوائي.ولتسهيل رسم المستوي يجب الرسم العام لاتجاهي المستوي الرئيسيين المتعامدين.
نمط الهوائي هو تمثيل رسومي للتوزيع المكاني للطاقة المشعة للهوائي.اعتمادًا على التطبيق، يجب أن تستقبل الهوائيات الإشارات في اتجاه واحد فقط وليس في اتجاهات أخرى (مثل هوائيات التلفزيون وهوائيات الرادار)، ومن ناحية أخرى، يجب أن تكون هوائيات السيارة قادرة على استقبال الإشارات من جميع اتجاهات المرسل الممكنة.
يتم تحقيق الاتجاه المطلوب من خلال الهيكل الميكانيكي والكهربائي المستهدف للهوائي.تشير الاتجاهية إلى تأثير الاستقبال أو الإرسال للهوائي في اتجاه معين.
يمكن استخدام نوعين مختلفين من الرسومات لرسم اتجاهات الهوائي – الإحداثيات الديكارتية والقطبية.في الرسم البياني القطبي، يتم إسقاط النقطة على المستوى الإحداثي على طول محور الدوران (نصف القطر)، ويتم قياس الرسم البياني القطبي للإشعاع.كما هو مبين في الصورة أدناه.
إذا كانت القيمة القصوى للرسم البياني للاتجاه المكاني تساوي 1، فإن الرسم البياني للاتجاه يسمى الرسم البياني للاتجاه المقيس، وتسمى وظيفة الاتجاه المقابلة بوظيفة الاتجاه المقيسة.Emax هي شدة المجال الكهربائي في اتجاه أقصى إشعاع، بينما هي شدة المجال الكهربائي في اتجاه نفس المسافة.
يسمى مخطط اتجاه العلاقة بين كثافة الطاقة واتجاه الإشعاع بمخطط اتجاه الطاقة.
وقت النشر: 14 فبراير 2023
