هوائي اللوحة مقابل هوائي ياغي: أيهما أفضل بالنسبة لك

يمكن اعتبار الهوائيات من أهم مكونات أنظمة الاتصالات الحديثة التي تسمح بنقل الموجات الكهرومغناطيسية واستقبالها عبر مسافات طويلة أو قريبة. وتتوفر الهوائيات بأشكال وتكوينات مختلفة لتناسب مختلف التطبيقات مثل الهوائيات ذات القرون، وهوائيات القطع المكافئ، وهوائيات الياغي، وهوائيات اللوحة، والهوائيات الحلزونية، وغيرها. تهدف هذه المقالة إلى توفير فهم شامل للهوائيات اللوحية وهوائيات الياجي وكيفية مقارنتها ببعضها البعض.

نظرة عامة على الهوائيات

بعبارات بسيطة، الهوائي هو جهاز يستخدم لاستقبال الإشارات أو إرسالها عن طريق تحويل الطاقة الكهربائية إلى موجات كهرومغناطيسية والعكس، وبالتالي تمكين الاتصال. الهوائيات هي جهاز الربط بين جهاز الإرسال والفضاء الحر أو الفضاء الحر وجهاز الاستقبال في نظام الاتصال. وتعتمد جودة نظام الاتصالات، ولا سيما الاتصالات اللاسلكية بشكل كبير على جودة الهوائي وأدائه. هناك معلمات معينة للهوائي مثل نطاق تردد العمل، والكسب، والاتجاهية، والقطبية، وما إلى ذلك، والتي ستحدد أداء الهوائي. يتم تصنيف الهوائيات إلى أنواع مختلفة بناءً على هيكلها المادي، وأنماط الإشعاع، وترددات التشغيل، وما إلى ذلك. ويرد أدناه وصف موجز لبعض أنواع الهوائيات الأكثر شيوعاً.

سجل الهوائي الدوري: نوع من الهوائيات متعددة العناصر ذات الحزمة الضيقة الاتجاهية متعددة العناصر التي تعمل على نطاق واسع من الترددات. تُستخدم هذه الهوائيات عادةً للتطبيقات التي تتطلب عرض نطاق ترددي متغير إلى جانب كسب الهوائي والاتجاهية.

هوائيات سلكية: أحد أبسط أنواع الهوائيات التي تستخدم الأسلاك الموصلة لإرسال واستقبال الإشارات اللاسلكية. ويمكن أن تكون إما هوائيات ثنائية القطب أو أحادية القطب. تُستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات مثل البث الإذاعي والاتصالات اللاسلكية والتطبيقات اللاسلكية أو تُركب على المركبات والسفن والمباني وغيرها.

هوائيات الفتحة: يحتوي هذا النوع من الهوائيات على فتحة واحدة أو أكثر مقطوعة على السطح لاستقبال الإشارات. وتستخدم عادةً في ترددات الموجات الدقيقة ويمكن استخدامها في تطبيقات مثل الأقمار الصناعية والطائرات والمركبات الفضائية.

هوائيات عاكسة: يمكن أن تكون هذه الهوائيات إما هوائيات مكافئة أو هوائيات زاوية تستخدم سطحاً عاكساً منحنياً لتركيز الموجات الراديوية أو غيرها من الموجات الكهرومغناطيسية. وتستخدم بشكل رئيسي كهوائيات مغذية وتستخدم لتطبيقات مثل الاتصالات الساتلية وأنظمة الرادار، إلخ.

هوائيات متناهية الصغر: هذا هوائي مسطح يتكون من رقعة معدنية مطبوعة على ركيزة رقيقة. وتستخدم عادةً في الأجهزة الإلكترونية نظراً لصغر حجمها وصغر حجمها وسهولة تركيبها وخفة وزنها.

هوائيات مصفوفة: يحتوي هذا النوع على هوائيات صغيرة متعددة مرتبة بطريقة معينة لتعمل كهوائي واحد. وهي قابلة للتخصيص بسهولة، وبالتالي تُستخدم للتطبيقات عالية الكسب التي تحتاج إلى التحكم في نمط الإشعاع.

ما هو هوائي اللوحة المسطحة؟

هوائي اللوحة المسطحة هو هوائي اتجاهي تحتوي على قطب ثنائي القطب موضوع أمام عاكس لوحة مسطحة. وتتميز بمساحة سطح كبيرة توفر كسباً عالياً ويساعد عرض الحزمة الضيقة التركيز على تقليل التداخلات من الإشارات الأخرى. تُستخدم هوائيات اللوحة المسطحة لتطبيقات مثل شبكات Wi-Fi والشبكات الخلوية وأنظمة RFID والدوائر التلفزيونية المغلقة. يتم إنشاء هوائي اللوحة من خلال وجود عناصر متعددة مرتبة في نمط شبكي يتكون كل منها من ثنائي القطب فردي يوضع أمام عاكس مشترك. كل عنصر أو لوحة مسؤولة عن إرسال أو استقبال الإشارات في اتجاه معين.

ما هو هوائي ياغي؟

هوائي الياغي هو هوائي اتجاهي يحتوي على هوائي ثنائي القطب كعنصر محرك يعمل كمصدر وعناصر طفيلية عبارة عن عاكسات وموجهات متصلة على طول الطول. تقوم العناصر الطفيلية بإعادة إشعاع إشاراتها في طور مختلف قليلاً عن طور العنصر المحرك، وبالتالي تعزز الإشارة في بعض الاتجاهات وتلغيها في اتجاهات أخرى. تُستخدم هوائيات Yagi عادةً للبث الإذاعي والتلفزيوني وأنظمة الاتصالات اللاسلكية والاتصالات من نقطة إلى نقطة والاستقبال بعيد المدى.

الاختلافات الرئيسية بين هوائيات اللوحة المسطحة وهوائيات ياغي

التصميم والهيكل: تكون الهوائيات ذات اللوحة المسطحة مسطحة ومستطيلة الشكل مع عاكس مشترك وعناصر مشعة مرتبة داخل اللوحة في نمط شبكي. وتحتوي هوائيات Yagi على عنصر محرك وعاكس وعناصر توجيه متعددة مرتبة على طول عنصر شعاع ثابت في مصفوفة خطية.

مبدأ التشغيل: تعمل الهوائيات اللوحية من خلال توصيل عناصر مشعة متعددة بشبكة تغذية وبالتالي توفير الطاقة للهوائي. يتم ترتيب هذه العناصر في تكوينات مختلفة للحصول على نمط الاتجاهية المطلوب. يعمل هوائي الياغي عن طريق عنصر القيادة الذي يولد موجات كهرومغناطيسية وعنصر العاكس الموضوع خلف عنصر القيادة الذي يعكس هذه الموجات إلى الأمام. ثم تقوم الموجهات الموضوعة في المقدمة بتوجيه وتركيز الموجات المنعكسة إلى الأمام.

نطاق التردد وعرض النطاق الترددي: يتوفر كل من هوائيات الألواح المسطحة وهوائيات الياجي في نطاق واسع من الترددات وعرض النطاق الترددي. تختلف ترددات التشغيل باختلاف البائعين والمصنعين. عادةً ما تتوفر هوائيات الألواح بين 400 إلى 8000 MHz، وهوائيات الياجي بين 30 إلى 3000 MHz. وتتميز هوائيات اللوحة بنمط إشعاع واسع مع عرض شعاع عريض، بينما تتميز هوائيات الياجي بنمط إشعاع ضيق مع عرض شعاع أكثر تركيزاً.

الكسب والاتجاهية: هوائيات Yagi وهوائيات اللوحة كلاهما هوائيات اتجاهية، لكن هوائيات اللوحة لها كسب أقل مقارنة بهوائيات الياغي. مع شعاع أكثر تركيزًا، يمكن لهوائيات الياجي عادةً إرسال الإشارات إلى مسافة أطول.

التركيب وقابلية النقل: تتميز هوائيات اللوحة المسطحة بتصميم بسيط يجعلها ملائمة للتركيب على أسطح مختلفة. ويمكن استخدامها لكل من التطبيقات الثابتة والمحمولة. تتوفر هوائيات الياغي الحديثة بأحجام صغيرة على عكس ما كانت عليه من قبل عندما كانت طويلة، وبالتالي يمكن تركيبها بسهولة. وهي مزودة بمعدات ميسورة التكلفة ويمكن تركيبها بسهولة. تُستخدم هوائيات ياغي عادةً لتطبيقات المواقع الثابتة ولكن يمكن تخصيصها.

الحجم والشحن: تتوفر هوائيات الألواح المسطحة وهوائيات الياجي بأحجام مختلفة. تتميز هوائيات الألواح بتصميم أكثر إحكاماً وبالتالي يمكن شحنها بسهولة. وعلى الرغم من أن هوائيات ياغي، على الرغم من أنها أضخم بكثير مع وجود عناصر ممتدة على جوانبها، إلا أن معظمها يمكن تفكيكها وتعبئتها وبالتالي يمكن شحنها بسهولة.

مزايا وعيوب هوائيات الياجي

المزايا:

• مكاسب عالية واتجاهية للغاية
• معدات بأسعار معقولة
• سهولة الإنشاء والتركيب والصيانة

العيوب:

• نطاق ترددي ونطاق تردد محدود إلى حد ما
• الهوائي طويل جداً لتحقيق مكاسب أعلى.
• التنقل المحدود

مزايا وعيوب الهوائيات ذات الألواح المسطحة

المزايا:

• متعدد الاستخدامات للتطبيقات الثابتة والمتنقلة
• تصميم انسيابي ومنخفض
• عرض الحزمة الأوسع
• تعمل بترددات فائقة الارتفاع (مناسبة للتطبيقات في الوقت الحقيقي)

العيوب:

• نطاق محدود
• مكاسب أقل
• تعقيد أعلى في التصميم والصيانة.

كيفية اختيار الهوائي المناسب

متطلبات الأداء: يجب مراعاة عوامل الأداء الرئيسية مثل ترددات التشغيل وعرض النطاق الترددي وكسب الهوائي والاستقطاب وما إلى ذلك. بالنسبة للتطبيقات ذات الترددات العالية جداً، تكون هوائيات الألواح أفضل من هوائيات الياغي. وبالمثل، بالنسبة للمسافات الأقصر أو التطبيقات التي يكون فيها الكسب العالي أقل أهمية، ستكون هوائيات الألواح المسطحة أفضل. وينبغي أيضاً مراعاة نسبة الموجة الدائمة للجهد لضمان كفاءة نقل الطاقة والحد الأدنى من انعكاس الإشارة.

القيود المادية: من المهم مراعاة المساحة المتاحة وخيارات التركيب. عادةً ما تكون هوائيات Yagi أطول في حين أن هوائيات اللوحة لها مساحة سطح أكبر. يجب مراعاة الشكل والحجم المناسبين إلى جانب معايير الأداء.

العوامل البيئية: اعتماداً على الموقع، يجب أن يكون الهوائي قادراً على تحمل الظروف البيئية. عادةً ما تكون الهوائيات اللوحية أكثر مقاومة للتداخل من الرياح والعوامل البيئية الأخرى. يمكن أن يتأثر أداء هوائيات Yagi مع ذراعها الطويل وهيكلها الكاشف الممتد بالرياح بشكل أكبر.

تحليل التكاليف: من العوامل الرئيسية الأخرى التي يجب مراعاتها هي التكلفة. فتكلفة الشراء والتركيب الأولية، وتكلفة التشغيل، والعائد على الاستثمار هي العوامل الرئيسية التي يجب أخذها في الاعتبار عند الاختيار بين هوائيات الألواح المسطحة وهوائيات الياجي.

الخاتمة

باختصار، تلعب الهوائيات دوراً محورياً في أنظمة الاتصالات وكفاءتها. هوائيات الألواح المسطحة وهوائيات الياجي هما نوعان من الهوائيات الشائعة الاستخدام. تناقش هذه المقالة تفاصيل كل هوائي وكيفية مقارنتها ببعضها البعض. إن خصائص الأداء، والقيود المادية، وجدوى التركيب والصيانة، والعوامل البيئية، والتكلفة، وما إلى ذلك هي بعض العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار عند اختيار الهوائي. من الضروري اختيار الهوائي المناسب لضمان الأداء الأمثل للتطبيق.