هوائي ياغي أودا والهوائي اللوغريتمي الدوري

هوائي ياغي أودا والهوائي اللوغريتمي الدوري

Yagi-Uda antenna and Log-Periodic antenna

الهوائي أداة تقوم بتحويل التيار الكهربائي إلى موجة كهرومغناطيسة تبث في الهواء في حال استخدم كمرسل أو يقوم بتحويل الموجة الكهرومغناطيسية إلى تيار كهربائي في حال استخدم كمستقبل. يوجد أنواع كثيرة من الهوائيات وسنتحدث في هذا المقال عن الهوائيان Yagi-Uda و Log-Periodic.

:Yagi-Uda antenna

تم تطوير هذا النوع من الهوائيات عام 1926 من قبل اليابانيين شينتارو أود اShinraro Uda وهيديتسوجو ياغي Hidetsugu Yagi.

كتطوير للهوائي ثنائي القطب الذي تحدثنا عنه في مقالة سابقة. حيث يسمى الهوائي ثنائي القطب بdriven element. إضافة الى الهوائي ثنائي القطب تضاف عناصر أخرى منفصلة  وبخلاف الهوائي الثنائي القطب لا تتصل هذه العناصر مع أي مصدر تغذية كهربائي  ولذلك تسمى parasitic elements (و تنقسم إلى reflector و director).  حيث تعمل على التقاط الطاقة من الهوائي ثنائي القطب وإعادة إشعاعها مرة أخرى بزاوية طور مختلفة عن الهوائي الرئيسي.  مما يؤدي إلى تركيز الطاقة  والإشعاع في اتجاه محدد وإلغائه في الاتجاهات الأخرى.

ويعتمد المقدار amplitude و الطور phase  للموجة الكهرومغناطيسية المنعكسة المتولدة عن طريق الحث داخل العناصرparasitic elements على طول هذه العناصر والمسافة فيما بينها وبين الهوائي الأساسي.

يستخدم هذا الهوائي  في نطاق الترددات من 30MHz- 3GHz وبناء على ما ذكرناه ينقسم هوائي ياغي يودا الى ثلاثة أجزاء أساسية:

1) driven elements: هوائي القطب الذي يتم تمرير التيار الكهربائي خلاله   والذي يحدد الاستقطاب والتردد المركزي الذي يعمل عليه الهوائي. يكون طوله عادة 0.47 من الطول الموجي المستخدم للبث أو الاستقبال.

2) reflector العاكس: يوضع خلف الهوائي الأساسي driven.   وقد يكون أحيانا على شكل لوح من قضبان متوازية. يعمل العاكس على تحسين الأداء ويخفف من الإشعاع والاستقبال من الجهة التي لا نريد أن نستقبل منها تماما كعمل المراة العاكسة المقعرة الموجودة في التيليسكوبات. يعمل على زيادة كسب الهوائي في اتجاه الشعاع الرئيسي forward direction بمقدارdB(4-5). يكون العاكس أطول بقليل من الهوائي ثنائي القطب ليقوم بدفع الطاقة المبثوثة بالاتجاه الأمامي وتتراوح المسافة بينه وبين الهوائي ثنائي القطب ما بين (0.15-0.25) من الطول الموجي. يمتلك هوائي الياغي يودا في معظم الحالات عاكس واحد فقط.

3) directors المخرج: يوضع في الجانب الآخرللهوائي الأساسي ويعمل كسكة حديدية توجه الموجة الكهرومغناطيسية الى الأمام.  يستطيع كل مخرج ان يزيد كسب الهوائي بالاتجاه الرئيسي بمقدار 1dBكحد أقصى. وعادة ما  يكون طوله أقصر بقليل من الهوائي ثنائي القطب. قصر الطول هذا يمنع من ارتداد الموجة بالاتجاه المعاكس. هذا وتزداد الاتجاهية والكسب بزيادة عدد هذه المخارج. فعندما تكون المخرجات بأطوال متساوية  وتباعد ضيق فإن ذلك يعطي الهوائي كسبا عال  وترددا ضيقا. بالمقابل عند زيادة المسافة بين المخرجات, يزيد عرض نطاق الترددات ومع ازدياد نطاق الترددات تزداد الإشعاعات الخلفية الغير مرغوب بها. عادة ما تتراوح المسافة بين كل مخرجين ما بين(0.25-0.35) من الطول الموجي.

توضح صورة (1) أجزاء الهوائي Yagi-Uda.

صورة (1)

يمتلك هوائي الياغي يودا -مقارنة مع غيره من الهوائيات الكبيرة الحجم- كسب واتجاهية عاليين كما تظهر الصورة (2) والتي

توضح نمط إشعاع هوائي yagi-uda مقارنة مع اشعاع الهوائي ثنائي القطب عندما يعمل بمفرده.

صورة (2)

 

  الهوائيات اللوغريتمية الدورية Log-Periodic Antennas :

تستطيع هذه الهوائيات العمل على نطاق ترددات أوسع بكثير من yagi-uda antenna, وبخلاف هوائي الياغي يودا يتصل كل عنصر فيها بمصدر تغذية كهربائي. تتكون الهوائيات اللوغريتمية من هوائيات ثنائية القطب بأطوال مختلفة.  يختلف هذا الهوائي عن  yadi-uda بأن العنصر الرئيسيdriven element يتغير حسب التردد المراد استخدامه في كل مرة “adaptive elements” ما يمكن  هذا الهوائي من العمل على نطاق واسع من الترددات. يسمى العنصر نشطا إذا كان  قريب في طوله من الطول الموجي المراد استخدامه. أما إذا كان طول العنصر أكبر من الطول الموجي, فإنه يعمل ضمن المنطقة الغير نشطة كعاكس reflector. وإذا كان طوله أصغر من الطول الموجي, فإنه يعمل ضمن المنطقة الغير نشطة كمخرج director.  يحدد طول العنصر الأقصر أعلى تردد يمكن أن عمل عليه الهوائي اللوغاريثمي بينما يحدد طول العنصر الأطول أقل تردد يمكن أن يعمل عليه الهوائي اللوغاريثمي. توضح الصورة (3) الهوائي اللوغاريثمي.

صورة (3)

 

وبينما يتمتع هوائي اللوغاريثمي بنطاق ترددات واسع مقارنة مع هوائي ياغي يودا إلا أن هذا الاتساع يأتي على حساب انخفاض اتجاهيته مقارنة بهوائي ياغي يودا. توضح الصورة (4) هوائي log-periodic ونمط اشعاعه, ونلاحظ أن اتجاهيته أقل من اتجاهية هوائي yagi-uda .

صورة (4)

 

إعداد: وئام سمارة

مراجعة وتدقيق: د.مدحت محمد

مدة القراءة: 3:30

 

المصادر:

1) Basics antennas, understanding practical antennas and design, Joel R. Hallas, W1Zr

2) YAGI-UDA ANTENNA

3)  Antenna from theory to practice, Yi Huang, Kevin Boyle.