معنى معاوقة الهوائي
لتسهيل التطبيقات الهندسية، غالبًا ما نلاحظ ونضبط الأجزاء الحقيقية والتخيلية لمعاوقة الهوائي باستخدام مخطط سميث (Smith) الدائري الموحد. بالإضافة إلى ذلك، فإن نسبة الموجة الدائمة (VSWR) وفقدان العودة (Return Loss) هما أيضًا معلمتان مهمتان نستخدمهما بشكل شائع لمراقبة المعاوقة. سنقدم لاحقًا شرحًا تفصيليًا لهذه المؤشرات، ولن نخوض فيها اليوم.
بالعودة إلى المعاوقة، نعلم أنه في أنظمة الترددات الراديوية (RF)، تحتاج إشارات التردد الراديوي المنقولة بين وحدات النظام المختلفة إلى مطابقة المعاوقة. في حالة عدم التطابق، سيؤدي ذلك إلى انعكاس كبير للإشارة الراديوية المنقولة، مما يؤدي إلى هدر جزء كبير من الطاقة. كما قد تؤثر الطاقة المنعكسة على التشغيل الطبيعي لنظام الترددات الراديوية.
بالنسبة لنظام الترددات الراديوية، يمكن اعتبار الهوائي بمثابة حمل في النظام. لذلك فإن معاوقة الدخول للهوائي مهمة جدًا. لأنه في حالة عدم تطابق معاوقة الهوائي مع معاوقة خط التغذية الراديوي، ستنعكس الطاقة المنقولة عبر خط التغذية، ولن يتم نقل أكبر قدر ممكن من الطاقة عبر نظام الترددات الراديوية، مما يتسبب في هدر الطاقة كما ذكرنا سابقًا. كلما كان عدم تطابق معاوقة الهوائي أكثر حدة، زادت كمية الطاقة المنعكسة. هذا هو السبب وراء ضرورة مطابقة معاوقة الهوائي.
الحالة المثالية هي أن تكون معاوقة الدخول للهوائي مقاومة نقية وتساوي المعاوقة المميزة لخط التغذية. في هذه الحالة، لا يوجد انعكاس للطاقة بين الهوائي وخط التغذية، ولا يوجد فقدان للطاقة في النقل بينهما. بالطبع، هذه الحالة المثالية غير موجودة عمليًا، لأنه في التطبيقات الهندسية، سواء كانت معاوقة الهوائي أو خط التغذية، يمكن فقط الاقتراب من المعاوقة المميزة المرغوبة، ولكنها ستختلف قليلاً عن المعاوقة المثالية. للحفاظ على التوحيد وتمكين أنظمة الترددات الراديوية والهوائيات المختلفة من العمل بكفاءة، تُعرّف الأجهزة الإلكترونية للاتصالات المتنقلة عادةً المعاوقة المميزة لوحدات الترددات الراديوية والهوائيات بـ 50 أوم. هذا هو السبب وراء تصميم الهوائيات عمومًا لمعاوقة 50 أوم.
إذا لم تكن معاوقة الهوائي نفسه جيدة، فهل يعني ذلك أنه لا يمكن تحقيق مطابقة المعاوقة؟ الإجابة ليست كذلك. عندما تكون معاوقة الهوائي نفسه غير جيدة، يمكننا استخدام المكثفات والمحاثات المتصلة على التوالي والتوازي لضبط وتحسين معاوقة الهوائي. في هذه الحالة، نعتبر جسم الهوائي وعناصر المكثفات والمحاثات المستخدمة للمطابقة ككل واحد. عندما تكون المعاوقة الإجمالية لهذا الكل مناسبة (قريبة من 50 أوم)، فهذا يعني تحقيق مطابقة المعاوقة أيضًا.
عوامل تؤثر على معاوقة الهوائي
إذن ما هي العوامل التي تحدد معاوقة الدخول للهوائي؟ بشكل عام، هناك 3 عوامل تحدد معاوقة الدخول للهوائي:
１. شكل الهيكل وأبعاد الهوائي نفسه؛
２. تردد عمل الهوائي؛
３. البيئة المحيطة بالهوائي.
أي تغيير في أحد هذه العوامل الثلاثة يؤدي إلى تغير معاوقة الدخول للهوائي، أي تغير أداء الهوائي. يشير العامل 1 إلى أن شكل الهوائي نفسه يمكن أن يغير معاوقته. يشير العامل 2 إلى أن معاوقة نفس الهوائي ستكون مختلفة عند ترددات عمل مختلفة.
معظم الناس يعرفون هذين العاملين، ولكن من المهم الانتباه هنا إلى العامل 3: البيئة المحيطة بالهوائي. أي أن نفس الهوائي عند نفس تردد العمل، ولكن مع اختلاف البيئة المحيطة به، ستكون معاوقة الهوائي مختلفة تمامًا. هذا هو السبب وراء أن العديد من الهوائيات المدمجة التي يُدّعى أنها عالية الأداء، عندما نشتريها ونستخدمها في أجهزتنا الإلكترونية الفعلية، نجد أن أداءها غالبًا ما يكون سيئًا جدًا أو حتى غير قابل للاستخدام. هذا ناتج عن اختلاف البيئة المحيطة بالهوائي أثناء الاستخدام الفعلي عن بيئة التطوير. لذلك، عندما تكون البيئة المحيطة بالهوائي معقدة، من الضروري جدًا تصميم الهوائي خصيصًا بشكل مخصص، خاصةً الهوائيات المدمجة.
بالعودة إلى المعاوقة، نعلم أنه في أنظمة الترددات الراديوية (RF)، تحتاج إشارات التردد الراديوي المنقولة بين وحدات النظام المختلفة إلى مطابقة المعاوقة. في حالة عدم التطابق، سيؤدي ذلك إلى انعكاس كبير للإشارة الراديوية المنقولة، مما يؤدي إلى هدر جزء كبير من الطاقة. كما قد تؤثر الطاقة المنعكسة على التشغيل الطبيعي لنظام الترددات الراديوية.
بالنسبة لنظام الترددات الراديوية، يمكن اعتبار الهوائي بمثابة حمل في النظام. لذلك فإن معاوقة الدخول للهوائي مهمة جدًا. لأنه في حالة عدم تطابق معاوقة الهوائي مع معاوقة خط التغذية الراديوي، ستنعكس الطاقة المنقولة عبر خط التغذية، ولن يتم نقل أكبر قدر ممكن من الطاقة عبر نظام الترددات الراديوية، مما يتسبب في هدر الطاقة كما ذكرنا سابقًا. كلما كان عدم تطابق معاوقة الهوائي أكثر حدة، زادت كمية الطاقة المنعكسة. هذا هو السبب وراء ضرورة مطابقة معاوقة الهوائي.
الحالة المثالية هي أن تكون معاوقة الدخول للهوائي مقاومة نقية وتساوي المعاوقة المميزة لخط التغذية. في هذه الحالة، لا يوجد انعكاس للطاقة بين الهوائي وخط التغذية، ولا يوجد فقدان للطاقة في النقل بينهما. بالطبع، هذه الحالة المثالية غير موجودة عمليًا، لأنه في التطبيقات الهندسية، سواء كانت معاوقة الهوائي أو خط التغذية، يمكن فقط الاقتراب من المعاوقة المميزة المرغوبة، ولكنها ستختلف قليلاً عن المعاوقة المثالية. للحفاظ على التوحيد وتمكين أنظمة الترددات الراديوية والهوائيات المختلفة من العمل بكفاءة، تُعرّف الأجهزة الإلكترونية للاتصالات المتنقلة عادةً المعاوقة المميزة لوحدات الترددات الراديوية والهوائيات بـ 50 أوم. هذا هو السبب وراء تصميم الهوائيات عمومًا لمعاوقة 50 أوم.
إذا لم تكن معاوقة الهوائي نفسه جيدة، فهل يعني ذلك أنه لا يمكن تحقيق مطابقة المعاوقة؟ الإجابة ليست كذلك. عندما تكون معاوقة الهوائي نفسه غير جيدة، يمكننا استخدام المكثفات والمحاثات المتصلة على التوالي والتوازي لضبط وتحسين معاوقة الهوائي. في هذه الحالة، نعتبر جسم الهوائي وعناصر المكثفات والمحاثات المستخدمة للمطابقة ككل واحد. عندما تكون المعاوقة الإجمالية لهذا الكل مناسبة (قريبة من 50 أوم)، فهذا يعني تحقيق مطابقة المعاوقة أيضًا.
عوامل تؤثر على معاوقة الهوائي
إذن ما هي العوامل التي تحدد معاوقة الدخول للهوائي؟ بشكل عام، هناك 3 عوامل تحدد معاوقة الدخول للهوائي:
１. شكل الهيكل وأبعاد الهوائي نفسه؛
２. تردد عمل الهوائي؛
３. البيئة المحيطة بالهوائي.
أي تغيير في أحد هذه العوامل الثلاثة يؤدي إلى تغير معاوقة الدخول للهوائي، أي تغير أداء الهوائي. يشير العامل 1 إلى أن شكل الهوائي نفسه يمكن أن يغير معاوقته. يشير العامل 2 إلى أن معاوقة نفس الهوائي ستكون مختلفة عند ترددات عمل مختلفة.
معظم الناس يعرفون هذين العاملين، ولكن من المهم الانتباه هنا إلى العامل 3: البيئة المحيطة بالهوائي. أي أن نفس الهوائي عند نفس تردد العمل، ولكن مع اختلاف البيئة المحيطة به، ستكون معاوقة الهوائي مختلفة تمامًا. هذا هو السبب وراء أن العديد من الهوائيات المدمجة التي يُدّعى أنها عالية الأداء، عندما نشتريها ونستخدمها في أجهزتنا الإلكترونية الفعلية، نجد أن أداءها غالبًا ما يكون سيئًا جدًا أو حتى غير قابل للاستخدام. هذا ناتج عن اختلاف البيئة المحيطة بالهوائي أثناء الاستخدام الفعلي عن بيئة التطوير. لذلك، عندما تكون البيئة المحيطة بالهوائي معقدة، من الضروري جدًا تصميم الهوائي خصيصًا بشكل مخصص، خاصةً الهوائيات المدمجة.