كيفية زيادة عرض النطاق الترددي لهوائي التصحيح？

الهوائيات هي مكونات مهمة لأنظمة الاتصالات اللاسلكية. إنهم مسؤولون عن نقل وتلقي إشارات الراديو ، والتي يتم استخدامها في التطبيقات المختلفة ، بما في ذلك Wi-Fi و Bluetooth والشبكات الخلوية واتصالات الأقمار الصناعية. عرض النطاق الترددي للهوائي هو معلمة حرجة تحدد أدائها ومدى ملاءمتها لتطبيقات محددة. ستستكشف هذه المقالة استراتيجيات لزيادة عرض النطاق الترددي لهوائيات التصحيح ، والتي تستخدم على نطاق واسع بسبب انخفاض مستوىها وسهولة التصنيع.

فهم هوائيات التصحيح وعروض النطاق الترددي لها في زيادة استراتيجيات النطاق الترددي لتعزيز النطاق الترددي النطاق الترددي

فهم هوائيات التصحيح وعرض النطاق الترددي

هوائيات التصحيح هي نوع من هوائي microstrip الذي يتكون من رقعة مشعة على جانب واحد من الركيزة العازلة وطائرة أرضية على الجانب الآخر. يتم استخدامها على نطاق واسع في أنظمة الاتصالات اللاسلكية بسبب انخفاض الوزن الخفيف ، وسهولة التصنيع. يمكن تصميم هوائيات التصحيح بأشكال مختلفة ، مثل مستطيل ، دائري ، وإهليلجي ، لتناسب تطبيقات محددة.

يتم تعريف عرض النطاق الترددي لهوائي التصحيح على أنه نطاق التردد الذي يعمل عليه الهوائي بشكل فعال. عادة ما يتم قياسه على أنه الفرق بين نقاط التردد العلوية والسفلية التي يكون فيها فقدان عودة الهوائي أكبر من 10 ديسيبل. يتيح عرض النطاق الترددي الأعلى للهوائي أن يعمل على نطاق أوسع من الترددات ، وهو أمر ضروري لأنظمة الاتصالات الحديثة التي تتطلب معدلات بيانات عالية ودعم نطاقات تردد متعددة.

يُعرف هوائيات التصحيح بعرض النطاق الترددي الضيق ، والذي عادة ما يكون أقل من 5 ٪ من الترددات المركزية. يرجع هذا القيد في المقام الأول إلى صغر حجم التصحيح المشعة ، مما يؤدي إلى عامل عالي الجودة (Q) ، وبالتالي النطاق الترددي الضيق. تؤثر عدة عوامل على عرض النطاق الترددي لهوائيات التصحيح ، بما في ذلك الركيزة العازلة ، وحجم وشكل التصحيح ، وآلية التغذية.

التحديات في زيادة النطاق الترددي

تعد زيادة عرض النطاق الترددي لهوائيات التصحيح مهمة صعبة بسبب المقايضات المتأصلة بين النطاق الترددي والكسب والكفاءة والحجم. النطاق الترددي الضيق لهوائيات التصحيح يرجع في المقام الأول إلى عامل الجودة العالي (Q) ، وهو مقياس للطاقة المخزنة في الهوائي بالنسبة للطاقة المفقودة. ينتج عن قيمة Q أعلى في النطاق الترددي الأضيق ، في حين أن قيمة Q أقل تؤدي إلى نطاق ترددي أوسع.

تسهم عدة عوامل في ارتفاع Q لهوائيات التصحيح ، بما في ذلك الركيزة العازلة ، وحجم وشكل التصحيح ، وآلية التغذية. اختيار الركيزة العازلة أمر بالغ الأهمية ، لأنه يحدد الثابتة العازلة الفعالة وفقدان الهوائي. يفضل أن تكون الركائز ذات الظل المنخفض فقدان الخسارة والثابت العازلة العالية ، لكنها غالبًا ما تؤدي إلى حجم أقل وزيادة Q.

يلعب حجم وشكل التصحيح أيضًا دورًا مهمًا في تحديد النطاق الترددي. تميل البقع الأكبر إلى انخفاض Q وعرض النطاق الترددي الأوسع ، لكنها أقل ملاءمة للتطبيقات المدمجة. يمكن أن تؤثر آلية التغذية ، مثل التحقيق المحوري أو خط microstrip أو اقتران الفتحة ، على عرض النطاق الترددي من خلال إدخال خسائر وردية إضافية.

بالإضافة إلى هذه العوامل ، يمكن أن يؤثر الاقتران المتبادل بين تصحيحات متعددة في تكوين الصفيف على عرض النطاق الترددي. يمكن أن يؤدي التفاعل بين البقع المجاورة إلى تغييرات في النمط الثابت والإشعاعي الفعال ، والتي يمكن أن تؤثر على الأداء الكلي لمصفوفة الهوائي.

استراتيجيات التصميم لتعزيز النطاق الترددي

يمكن استخدام العديد من استراتيجيات التصميم لتعزيز عرض النطاق الترددي لهوائيات التصحيح. تشمل هذه الاستراتيجيات استخدام ركائز عازلة سميكة ، ودمج العناصر الطفيلية ، وتوظيف اقتران الفتحة ، واستخدام تقنيات متعددة الرنين.

باستخدام ركائز عازلة سميكة: واحدة من أبسط الطرق لزيادة عرض النطاق الترددي لهوائي التصحيح هو استخدام الركيزة العازلة السميكة. الركيزة الأكثر سمكا تقلل من عامل Q للهوائي ، مما يؤدي إلى النطاق الترددي الأوسع. ومع ذلك ، قد يؤدي هذا النهج إلى زيادة الحجم وتقليل الكفاءة ، والتي قد لا تكون مناسبة لجميع التطبيقات.

دمج العناصر الطفيلية: يمكن إضافة العناصر الطفيلية ، مثل المخرجين والعاكسات ، إلى هوائي التصحيح لتعزيز النطاق الترددي. لا ترتبط هذه العناصر مباشرة بخط التغذية ولكنها تتفاعل مع التصحيح المشعة من خلال الاقتران الكهرومغناطيسي. من خلال تصميم بطول وتباعد العناصر الطفيلية بعناية ، يمكن زيادة عرض النطاق الترددي للهوائي. تُستخدم هذه التقنية بشكل شائع في هوائيات Yagi-UDA ، حيث يتم استخدام مديرين متعددين لزيادة النطاق الترددي والكسب.

استخدام اقتران فتحة: اقتران الفتحة هو تقنية تتضمن تغذية هوائي التصحيح من خلال فتحة أو فتحة في المستوى الأرضي. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في تقليل عامل Q وزيادة عرض النطاق الترددي للهوائي. يوفر اقتران الفتحة أيضًا عزلًا محسّنًا بين خط التغذية والتصحيح المشع ، والذي يمكن أن يقلل من الاقتران غير المرغوب فيه ويحسن أداء الهوائي.

باستخدام تقنيات متعددة الرنين: تتضمن التقنيات متعددة الرنين تصميم هوائي التصحيح لدعم ترددات الرنين المتعددة. يمكن تحقيق ذلك باستخدام مجموعة من أشكال التصحيح المختلفة ، مثل البقع المكدسة أو البقع المدمجة ، أو عن طريق إدخال عناصر رنين إضافية ، مثل فتحات أو شقوق ، في التصحيح. عن طريق ضبط ترددات الرنين بعناية ، يمكن زيادة عرض النطاق الترددي للهوائي. يستخدم هذا النهج بشكل شائع في هوائيات النطاق العريض ، مثل هوائيات UWB (واسعة النطاق) ، والتي تعمل على نطاق تردد من 3.1 إلى 10.6 جيجا هرتز.

هناك طريقة أخرى فعالة لزيادة عرض النطاق الترددي لهوائيات التصحيح وهي استخدام تكوين متعدد الطبقات أو مكدسة. في هذا النهج ، يتم تكديس بقع متعددة رأسياً ، مفصولة بركائز عازلة مع تصاريح مختلفة. يمكن أن يخلق التفاعل بين البقع والطبقات العازلة صدى إضافي ، مما يؤدي إلى نطاق ترددي أوسع. هذه التقنية مفيدة بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب هوائيات مضغوطة ذات عرض نطاق واسع.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يساعد استخدام تقنيات التغذية غير الموحدة أيضًا في زيادة عرض النطاق الترددي لهوائيات التصحيح. من خلال توظيف خط تغذية مدبب أو متعدد القسم ، يمكن تحسين مطابقة المقاومة بين خط التغذية والهوائي على نطاق تردد أوسع. يمكن دمج هذا النهج مع تقنيات تحسين النطاق الترددي الأخرى ، مثل العناصر الطفيلية أو اقتران الفتحة ، لتحقيق عرض نطاق ترددي أكبر.

خاتمة

زيادة عرض النطاق الترددي لهوائيات التصحيح هو هدف صعب ولكن يمكن تحقيقه. من خلال استخدام استراتيجيات التصميم المختلفة ، مثل استخدام ركائز عازلة سميكة ، ودمج العناصر الطفيلية ، وتوظيف اقتران الفتحة ، واستخدام تقنيات متعددة الرنين ، يمكن تعزيز عرض النطاق الترددي لهوائيات التصحيح بشكل كبير. يمكن استخدام هذه التقنيات بشكل فردي أو مجتمعة لتحقيق النطاق الترددي المطلوب لتطبيقات محددة.

من المهم أن نلاحظ أن زيادة عرض النطاق الترددي لهوائيات التصحيح قد تأتي على حساب معلمات الأداء الأخرى ، مثل الربح والكفاءة والحجم. لذلك ، ينبغي النظر بعناية في المتطلبات المحددة للتطبيق والمقايضات المشاركة في التصميم. من خلال موازنة هذه العوامل ، من الممكن تصميم هوائيات التصحيح مع عرض النطاق الترددي المطلوب وخصائص الأداء لمجموعة واسعة من أنظمة الاتصالات اللاسلكية.