نظرية الهوائيات والمصفوفات
تحول الهوائيات الإشارات الموجهة إلى موجات مشعة والعكس، وتتميز بالنمط والكسب والمقاومة، وتُجمع في مصفوفات لتحقيق التوجيهية.
Definition
تدرس نظرية الهوائيات الأجهزة التي تشع أو تستقبل الموجات الكهرومغناطيسية بكفاءة، وتقيّم أداءها من خلال نمط الإشعاع، التوجيهية، الكسب، المعاوقة، والاستقطاب، وتجمع المصفوفات عناصر متعددة للتحكم في شكل واتجاه الحزمة المشعة.
Scope
يغطي هذا الموضوع هندسة الهياكل المشعة: الهوائيات الخطية والفتحية، نمط الإشعاع، التوجيهية والكسب، مقاومة الإشعاع، معاوقة الدخل وعرض النطاق، الاستقطاب، تبادلية الإرسال والاستقبال، ومصفوفات الهوائيات مع عامل المصفوفة، توجيه الحزمة، وتشكيل الحزمة. يطبق نظرية الإشعاع على أنظمة الاتصالات والاستشعار العملية.
Core questions
- كيف يتم تحديد نمط إشعاع الهوائي وكسبه؟
- لماذا ترتبط خصائص الإرسال والاستقبال بالتبادلية؟
- كيف تقوم مصفوفات العناصر بتوجيه وتشكيل الحزمة؟
Key concepts
- نمط الإشعاع
- التوجيهية
- الكسب
- مقاومة الإشعاع
- معاوقة الدخل
- التبادلية
- عامل المصفوفة
- تشكيل الحزمة
Key theories
- معلمات الهوائي والتبادلية
- يوصف الهوائي بنمط الإشعاع، التوجيهية، الكسب، مقاومة الإشعاع، والمعاوقة، وبموجب التبادلية تكون أنماط الإرسال والاستقبال متطابقة.
- عامل المصفوفة وتشكيل الحزمة
- النمط المجمع لمصفوفة الهوائيات هو نمط العنصر مضروبًا في عامل المصفوفة الذي تحدده تباعد العناصر وتحديد الطور، مما يسمح بتضييق الحزمة وتوجيهها إلكترونيًا.
Clinical relevance
يتيح تصميم الهوائيات الاتصالات المتنقلة والفضائية، الرادار والاستشعار عن بعد، مصفوفات الفلك الراديوي، الطاقة اللاسلكية وتحديد الهوية بموجات الراديو (RFID)، وتصاميم المصفوفات المرحلية والملفات المستخدمة في طب الرادار والتصوير بالرنين المغناطيسي.
History
كان ثنائي القطب والحلقة لهيرتز أول الهوائيات، وقام ماركوني بتوسيع نطاقها للاتصالات اللاسلكية بعيدة المدى. أنتج عمل القرن العشرين مصفوفات توجيهية مثل تصميم ياغي-أودا، واكتشفت هوائي يانسكي موجات الراديو الكونية، مؤسسًا علم الفلك الراديوي؛ وقد أتاحت المصفوفات المرحلية لاحقًا توجيه الحزمة الإلكتروني.
Key figures
- Guglielmo Marconi
- Heinrich Hertz
- Karl Jansky
Related topics
Seminal works
- balanis2016
- kraus2002
Frequently asked questions
- ما هو كسب الهوائي؟
- يقيس الكسب مدى تركيز الهوائي للطاقة المشعة بقوة في اتجاهه المفضل مقارنةً بمشعاع متناحٍ، ويجمع بين التوجيهية والكفاءة.
- كيف يمكن للمصفوفة توجيه حزمتها دون تحريك؟
- عن طريق تعديل الطور النسبي للإشارة التي تغذى لكل عنصر، تقوم المصفوفة بتحويل الاتجاه الذي تتجمع فيه مساهمات العناصر بشكل بناء، مما يوجه الحزمة إلكترونيًا.