ما هو هوائي ياغي؟ الدليل الشامل

الهوائيات هي عناصر أساسية في نظام الاتصالات. فهي مسؤولة عن إرسال واستقبال الإشارات لاسلكياً عبر نطاق من العمليات. واعتماداً على الشكل والحجم والخصائص الكهرومغناطيسية يمكن تصنيف الهوائيات إلى عدة أنواع من الهوائيات. من بين هذه الأنواع المختلفة من الهوائيات، يلعب هوائي Yagi دورًا حاسمًا في الاتصالات السلكية واللاسلكية. في هذه المقالة، سوف نستكشف كيفية عمل هوائيات Yagi من خلال فهم تصميمها وتاريخها والعوامل التي تحكم أداءها. وأخيراً، سنبحث في بعض التطبيقات المستخدمة على نطاق واسع لهوائيات ياغي في أنظمة الاتصالات اللاسلكية المختلفة.

الخلفية التاريخية

هوائي ياغي هو هوائي هوائي اتجاهي الذي قدمه عالمان يابانيان في عام 1926. العالمان اللذان اخترعا هوائي ياغي-أودا هما شينتارو أودا ومشرفه هيديتسوغو ياغي. كان شينتارو مسؤولاً عن صياغة النظرية الكامنة وراء الهوائي بينما ساعده ياغي في تعميم أفكاره على المجتمع العالمي. تضمن أقدم تطبيق لهوائيات ياغي-أودا أنظمة الرادار المستخدمة في الحرب العالمية الثانية. ومع ذلك، مع نهاية الحرب العالمية، تم استخدامها كهوائيات تلفزيونية منزلية.

مع تقدم التكنولوجيا والوقت، تم تحسين التصميم الأولي لهوائي Yagi-Uda وتعديله لتلبية متطلبات التطبيقات الناشئة. على مر السنين، غزت هوائيات Yagi-Uda العديد من مجالات التطبيق بما في ذلك الاتصالات عبر الأقمار الصناعية بسبب تصميمها البسيط والأنيق. وبصرف النظر عن الاتصالات عبر الأقمار الصناعية وكهوائيات تلفزيونية منزلية، فقد تم استخدامها الآن أيضًا في صناعة التعدين ومحطات راديو الهواة ومراكز استقبال الهواتف الخلوية الثابتة.

فهم التصميم

يُفهم تصميم الهوائي من خلال تقييم الخصائص الكهربائية والمغناطيسية المختلفة لتصميمه. عندما يتعلق الأمر بهوائي Yagi-Uda، فإنه يتكون من ثلاثة مكونات رئيسية، وهي,

• عنصر القيادة: هذا العنصر مسؤول عن توفير تيار الإمداد لبقية العناصر في الهوائي. يعتمد طول عنصر القيادة على تردد تشغيل الهوائي.

• العاكس: هذه العناصر هي المسؤولة عن التخفيف من خلق الفصوص الجانبية في نمط إشعاع الهوائي. نمط إشعاع الهوائي هو تصوير للتغطية التي يحققها إرسال الهوائي ويتميز بالفص الرئيسي والفصوص الجانبية. يحمل الفص الرئيسي معظم الطاقة بينما تحمل الفصوص الجانبية طاقة أقل أو إشعاعًا شاردًا. لذلك، تُعد عناصر العاكس عنصرًا مهمًا في تصميم هوائي Yagi-Uda. وعادةً ما يكون طول العاكس حوالي 5% من طول عنصر القيادة الموضوع في الطرف الخلفي من الهوائي.

• أعضاء مجلس الإدارة: هذه العناصر مسؤولة عن توجيه الإشارة أو نمط الإشعاع الكهرومغناطيسي في اتجاه معين.

علاوة على ذلك، عندما يتعلق الأمر بالمواد المستخدمة في تصنيع الهوائي، يتم تصنيع هوائيات ياغي-أودا في الغالب باستخدام مواد مثل الألومنيوم والنحاس والفولاذ المقاوم للصدأ حيث يفضل المتانة العالية. الألياف الزجاجية هي نوع آخر من المواد المستخدمة على نطاق واسع لتصنيع هوائيات ياغي-أودا. وأخيراً، قمنا بتحديد عناصر هوائي Yagi-Uda وأحجامها وعوامل أخرى مثل عدد الموجهات والتباعد بين الموجهات اعتماداً على نطاق تردد التشغيل والتطبيق.

كيف يعمل هوائي ياغي؟

ناقشنا جوانب التصميم المهمة لهوائي ياغي-أودا في القسم السابق، دعونا الآن نناقش مبدأ عمل هوائي ياغي-أودا. توضع عناصر الهوائي على هيكل سلبي يعرف باسم ذراع الرافعة. يتكون الطرف الخلفي من عاكسات عبارة عن قضبان معدنية. تضمن هذه العاكسات إلى جانب الموجهات أن يكون نمط الإشعاع اتجاهيًا. عنصر القيادة هو العنصر النشط الوحيد في الهوائي الذي يوضع عادةً على شكل ثنائي القطب مطوي.

تُعتبر هوائيات Yagi-Uda هوائيات اتجاهية عالية الكسب حيث يبلغ كسب هوائي Yagi-Uda النموذجي حوالي 10-14dBi. ومع ذلك، تُعتبر هوائيات Yagi-Uda أجهزة حساسة للتردد ويعتمد تصميمها على نطاق تردد التشغيل المطلوب. وعلاوة على ذلك، فإن عرض النطاق الترددي الذي يمكن تحقيقه باستخدام هوائي Yagi-Uda ضيق عند مقارنته بأنواع الهوائيات الأخرى. وبالمقارنة مع أنواع أخرى من الهوائيات مثل الهوائيات ذات الرقعة والهوائيات الحلزونية، فإن هوائيات Yagi-Uda تتمتع بكسب وتوجيه أعلى.

العوامل المؤثرة على الأداء

دعونا الآن نناقش بعض العوامل التي تؤثر على أداء أداء هوائي Yagi-Uda. يعتمد أداء هذه الهوائيات على العوامل التالية:

• تواتر التشغيل: عندما نقوم بتصميم هوائي Yagi-Uda فإنه سيعمل بتردد معين اعتمادًا على معايير التصميم مثل تباعد العاكس والمخرج والطول والحجم. لذلك، يجب أن يكون تردد التشغيل هو الأمثل لتحقيق أفضل أداء.

• طول العناصر وتباعدها: كما نوقش من قبل، يمكن أن تؤثر المسافات بين العناصر وطولها في تصميم الهوائي على كسب الهوائي واتجاهه.

• العوامل البيئية: قد نكون جميعًا قد اختبرنا هذا الأمر مع استخدام هوائيات ياغي-أودا كهوائيات تلفزيونية منزلية. يمكن أن تؤثر الظروف البيئية القاسية على أداء الهوائي بما في ذلك العوائق والتداخل الكهرومغناطيسي.

• اعتبارات التركيب والتوجيه: الارتفاع والتوجيه المناسبين للتركيب مهمان لأنهما يؤثران على أداء هوائيات Yagi-Uda.

تطبيقات هوائي ياغي

تُستخدم هوائيات Yagi-Uda على نطاق واسع في التطبيقات التالية:

• وهي تُستخدم في أنظمة الاتصالات اللاسلكية كمحطات قاعدية خلوية ولإنشاء وصلات اتصال من نقطة إلى نقطة ذات اتجاهية عالية.

• تُستخدم هوائيات Yagi-Uda على نطاق واسع في البث التلفزيوني والإرسال اللاسلكي. كما أنها شائعة بين مشغلي الراديو الهواة.

• أحد التطبيقات الشائعة لهوائيات Yagi-Uda هو استخدامها لنشر اتصالات Wi-F بعيدة المدى.

• تطبيقات البث: بفضل ميزة الكسب العالي والاتجاهية العالية التي تتمتع بها هوائيات Yagi-Uda، تحظى هوائيات Yagi-Uda بشعبية كبيرة في تطبيقات البث المختلفة.

مزايا هوائي ياغي وحدوده

تُصنَّف هوائيات Yagi-Uda كهوائيات عالية الكسب والاتجاه. وبناءً على ذلك, يمكن تحديد مزايا هوائيات Yagi-Uda على النحو التالي:

• مكاسب عالية

• اتجاهية عالية

• تصميم بسيط ومن ثم منخفض التكلفة مقارنة بأنواع الهوائيات المتقدمة مثل هوائيات الرقعة

على الرغم من مزايا هوائيات Yagi، إلا أن لها بعض القيود. وتشمل هذه القيود ما يلي:

• عرض النطاق الترددي الضيق الذي يحد من نطاق تردد التشغيل

• تصميمها عرضة للتداخل

• في التصاميم التي تتطلب تغطية متعددة الاتجاهات، قد لا تكون هوائيات Yagi-Uda التصميم المثالي للهوائي لتطبيقك

اعتبارات عملية للتركيب

من المهم مراعاة بعض الاعتبارات العملية أثناء تركيب الهوائي وصيانته في تطبيقك. يوفر لك هوائي Yagi-Uda خيارات تركيب مختلفة مثل:

• السطح
• الصاري
• إعدادات محمولة

يمكنك اختيار خيار التركيب المثالي حسب متطلبات تطبيقك.
أخيراً، من الضروري الامتثال للقواعد واللوائح التنظيمية الحالية في بلدك أثناء استخدام هوائيات Yagi-Uda في تطبيقك.

الخاتمة

في هذه المقالة، بحثنا في تصميم ومبدأ عمل هوائيات Yagi-Uda. علاوة على ذلك، ناقشنا التطبيقات المستخدمة على نطاق واسع لهوائيات ياغي. يمكن أن تكون هذه المقالة بمثابة دليل مرجعي عند التفكير في هوائي Yagi لتطبيقك.