books antenna efficiency

تعرف كفاءة الهوائي على الإرسال بأنها حاصل قسمة القوة الكهربية الصادرة في جميع الاتجاهات إلى القوة الكهربائية الممتصة عند أطراف الهوائي. جزء القوة المغذية إلى طرفي الهوائي الذي لا يبث يتحول إلى حرارة . هذا يحدث عادة فيما يسمى "فاقد المقاومة" في سلك الهوائي، وقد يكون أيضا بسبب فاقد عازل أو فاقد في الجزء المغناطيسي للهوائي ومكوناته . هذا الفقد يفقد جزءا من القوة الكهربائية المغذية للهوائي مما يستدعي مرسلا أشد قوة لبث قوة معينة للإشارة المرسلة.

فعلى سبيل المثال، إذا أمددنا هوائي ب 100 واط وكانت كفاءتها 80% معنى هذا أنها ستبث 80 واط في هيئة موجات راديو، وتتحول فيها 20 واط إلى حرارة (وهذا هو جزء الجز الفاقد). ولكي نصدر أو نبث قوة 100 واط فلا بد من تغذية الهوائي بقوة 125 واط

مقاومة الفاقد هي "مقاومة النحاس " أي الجزء الحقيقي من الممانعة . تلك المقاومة تتكون من مجموع "مقاومة البث " R_r (بالإنجليزية:radiation resistance) و"مقاومة الفاقد" R_loss. إذا كان متوسط التيار I هو التيار الذي يغذي طرفي الهوائي فإن الهوائي يبث قوة كهربائية مقدارها I²R_r ويتحول جزء من القوة الكهربائية مقداره I²R_loss إلى حرارة لا نستفيد منها . وبناء على ذلك تكون كفاءة الهوائي :

( R_r / (R_r + R_loss

ونستطيع قياس المقاومة الكلية R_r + R_loss مباشرة.

أمثلة:

ممانعة السلك : Z = 50 Ω، فاقد المقاومة: R_loss = 2 Ω (فاقد ناجم عن تيارات دوامية )

• طول الهوائي / طول الموجة = 1/10, R_r = 4 Ω ← كفاءة الهوائي: 4/(2 + 4) = 67 %
• طول الهوائي / طول الموجة = 1/4, R_r = 36,6 Ω ← كفاءة الهوائي: 36,6/(2 + 36,6) = 95 %

كذلك بالنسبة إلى كفاءة هوائي استقبال، تقل قوة الهوائي المستفادة بنفس النسبة. وبالنسبة إلى الموجات القصيرة فقد تعرقل الأحوال الجوية أو الشوشرات التي من صنع الإنسان على كفاءة الهوائي . تلك الشوشرة تجعل نسبة الإشارة إلي الشوشرة ثابتة، بمعنى أن المضخم الإلكتروني في الراديو يرفع الصوت ولكن النسبة بين الإشارة والشوشرة تبقى ثابتة.

ومن حسن الحظ أن هوائي الموجات القصيرة لا يكون كبيرا في حجمه وتكون كفاءته صغيرة حيث أن مقاومة البث R_r فيه تكون صغيرة . وتستغل الراديوهات (بخلاف راديو السيارة) تلك الخاصية ويكون فيها هوائي عي شكل حلقي يصلح لاستقبال ذو كفاءة ضعيفة. فيكون استقبال موجات قصيرة بين (530–1650 kHz) رغما عن ضعف كفاءة الهوائي جيدا حيث أن المضخم الإلكتروني يعوض عن الكفاءة المنخفضة . بالعكس بالنسبة إلى هوائي الإرسال حيث الذي يبنى عاليا لبث نفس طول الموجة المستقبلة في الراديو، فتكون كل زيادة في ارتفاع الهوائي لرفع كفاءتها مقترنة دائما بتكلفة باهظة .

وفي حالة الموجات القصيرة جدا (ميكروويف) يهمنا النسبة بين قوة الإشارة إلى شوشرة المستقبل الناتجة عن الحرارة. ويفضل استخدام الهوائي الموجه لاستقبال الإشارات قوية مع عزل التداخلات التي تأتي من جميع الاتجاهات . في تلك الحالة لا تهمنا الكفاءة كثيرا، ويهمنا فقط "كسب الهوائي" المتجه فهو لا يعتمد على كفاءة الهوائي أو عدم كفاءته.

البث الموجه

الشكل البياني للبث الموجه يبين شدة الحقل للموجات الراديوية الصادرة من الهوائي عند زوايا مختلفة حوله. تلك التوزيعات تكون عادة مرسومة على ثلاثة محاور تبين شدة المجال بإحداثيات : الأمام، واليمين وإلى أعلى . من ضمنها شكل التوزيع الشكل لمتساوي للبث في جميع الاتجاهات نوهوتوزيع كري الشكل حول الهوائي . بعض الهوائيات، مثل الهوائي القضيبي ذو قطب واحد والهوائي ذو قطبين تصدر الموجات الكهرومغناطيسية متساويا في جميع الاتجاهات مع انخفاض في القوة عند زوايا صغيرة وزوايا كبيرة بالنسبة للأفق ; فيكون بثها حول الهوائي إطاري الشكل omnidirectional pattern.

ونختار احيانا بثا موجها يشتد في اتجاه معين في ا لإذاعة الموجهة فيكون البث أشد مايمكن في اتجاه معين، وتوجد حوله أماكن تقل فيها شدة البث وقد تصل شدته إلى الصفر. يحدث ذلك لأن الموجات الراديوية الصادرة من مختلف أجزاء الهوائي تتداخل مع بعضها البعض متسببة في حدوث شدة عظمى عند زوايا تصلها الموجات الكهرومغناطيسية في نفس الطور، وتكون شدتها صفرا عند زوايا تصلها الموجات الكهرومغناطيسية خارجة عن الطور.

تصمم الهوائيات المتجهة خصيصا للبث في اتجاه نريده main lobe، ويكون توزيع ا لطاقة المنبثة أقصى ما يمكن في هذا الاتجاه عنه بالنسبة للاتجاهات ا لأخرى . والاتجاهات الأخرى تكون غير مرغوب فيها وتسمى الاتجاهات الفرعية sidelobe.