• تحية طيبه للجميع،،،تم الانتهاء الترقية لكن مازال هناك بعض الاعمال لم ننتهي منها بعد. ربما تلاحظون بعض التغييرات تتم من حين لاخر

مقدمة فى علم الموجات و الهوائيات

إنضم
10 سبتمبر 2013
المشاركات
836
التفاعلات
3,418 35
مرحبا اخوانى .....سأبدأ باذن الله سلسلة تقنية جديدة بعنوان "مقدمة فى علم الموجات و الهوائيات" تهدف الى شرح مفاهيم اساسية فى كيفية عمل الهوائيات و أسس تصميمها ... سنستعرض ايضا انواع متعددة من الهوائيات مع توضيح لامثلة لهذه الهوائيات فى انظمة الرادار والاتصالات المستخدمة حول العالم.



الحلقة الاولى : مفاهيم اساسية فى علم الهوائيات (1)

فى هذه الحلقة سنشرح المفاهيم الاساسية التى يبنى عليها علم الهوائيات والتى لا يمكن فهم نظرية عمل الهوائي بدون التمكن من فهمها...مستوى الشرح سيكون مبسط جدا ليصل الى غير المتخصصين ممن ليس لهم اى خلفية عن الموضوع.

بداية , ما هو الهوائى ؟

الهوائى هو مكون اساسى فى انظمة الاتصالات والرادار وهو الجزء المسؤل عن البث و انتشار الموجه او استقبالها عبر تحويل الاشارة الكهربية الى موجه كهرومغناطيسية او العكس ...ومن امثلة هذه الموجات الضوء و موجات الميكروويف والراديو....و تنتشر هذه الموجة فى الوسط بسرعة مقاربة جدا لسرعة الضوء (تساوى سرعة الضوء اذا كان الوسط هو الفراغ).
للهوائى انواع كثيرة تختلف حسب التطبيق الذى يستخدم فيه الهوائى ...فمثلا هوائى جهاز اللاسلكى التقليدى يختلف تماما عن هوائى استقبال بث الساتالايت او هوائى نظام الرادار ....وتختلف ايضا حسب المواصفات الموضوعة للنظام الذى يعمل فيه الهوائى نفسه...فهوائى جهاز الرادار يختلف عن هوائى رادار اخر لان كل منهما صنع لرصد اهداف معينة مثلا.

اول الاساسيات التى يجب فهمها جيدا فى هذا الموضوع هو مفهوم التردد Frequency

كما قلنا , تعمل الهوائيات على ارسال او استقبال الموجات الكهرومغناطيسية , واقرب مثال حى للهوائيات هى خلايا الرؤية فى شبكية العين, فهى تعمل كهوائى يستقبل ترددات معينة لموجات كهرومناطيسية وهى الضوء. يسير الضوء فى الفراغ بسرعة 300000000 متر فى الثانية وهى ملايين اضعاف سرعة الصوت.

الموجة الكهرومغناطيسية نفسها هى عبارة عن مجال كهربي يتغير ويسير فى الفراغ من مصدر ما كالهوائى ...وهذا المجال الكهربى دائما ما يرافقه مجال مغناطيسى يترافق معه فى الانتشار (انظر للصورة بالاسفل) لذلك سميت هذه الموجات بالكهرومغناطيسية.


EM+wave.png

يمكن للموجات فى الطبيعة ان تأخذ اى شكل لكن هناك شكل معين للموجات فى الطبيعة يعتبر فى الهندسة والعلوم هو حجر البناء لجميع اشكال الموجات الاخري و هو الموجة الجيبية Sinusoidal Waveform .

تتغير الموجة الجيبية صعودا وهبوطا بشكل متكرر مع الزمن لتشكل قمم وقيعان متتالية . الزمن بين اى قمتين او قاعين متتالين فى الموجة الجيبية يعرف بالطول الموجى Wavelength.

dc-vs-ac-alternating-current-sine-wave-waveform-5b74a6e146e0fb005063fb8e.png


الزمن الذى تقضية الموجة لتصل من قمة الى قمة او قاع الى قاع يعرف بالزمن الدورى Period ويرمز له بالرمز T وهو يساوى دائما مقلوب تردد الموجه كما فى المعادلة التالية :

1584556100455.png


العلاقة بين التردد والطول الموجى وسرعة انتشار الموجه تحكمها العلاقة الاتية ....سرعة انتشار الموجة تساوى تردد الموجة مضروب فى الطول الموجى لها:

1584557900098.png

و لأن سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسة فى الفراغ تساوى سرعة الضوء وهى قيمة ثابتة دائما ...فسيكون هناك دائما علاقة عكسية بين التردد والطول الموجى حتى يكون مضروبهم ثابت...اى انه اذا زاد الطول الموجى للموجة قل ترددها والعكس صحيح.

فى النهاية التردد هو معدل تغير الموجة فى الثانية الواحدة او معدل حدوث القمم والقيعان فى الموجة الجيبية فى الثانية الواحدة وهو مقياس مهم جدا فى علم الهوائيات كما سنري لاحقا.

كما ذكرنا سابقا ان الموجات فى الطبيعة يمكنها ان تأخذ اى شكل وليس بالضرورة شكل الموجة الجيبية ..... لتسهيل تحليل هذه الموجات التى تأخذ اشكال عديدة ظهر ما يسمى بتحليل فورييه او Fourier Analysis وهو ببساطه يحول اى شكل ما لأى موجة الى مجموعة من الموجات الجيبية مختلفة التردد والسعة التى عندما تتجمع معا تشكل هذه الموجة.

الصورة التالية توضح هذا المفهوم ... حيث انه الموجة على اليسار فى الاسفل تتكون من موجتين جيبيتين مختلفتين فى التردد ومجموعتين معا ...عند اضافى موجة جديدة لهم بتردد اكبر تظهر الموجة فى المنتصف وعند اضافة موجة اخرى تظهر الموجة التى على اليمين فى الاسفل وهكذا...وبالتالى اى شكل ما لاى موجة يمكن تحليله الى مجموعة من الموجات الجيبية التى تكون فى مجموعها معا هذه الموجة.


unnamed.jpg

من هنا يمكننا ان نستنتج ان معظم الموجات فى الطبيعة لانها تتكون من اكثر من موجة جيبية بتردد مختلف فستحتل نطاق ترددى معين وليس تردد واحد ...من هنا ظهر مفهوم النطاق الترددى للموجة Frequency Band اى مقدار الترددات التى تتكون منها هذه الموجة (عدد الموجات الجيبية المختلفة التى فى مجموعها تشكل هذه الموجة).

يتبع.....
 

sni_1_per

عضو مميز
إنضم
6 يوليو 2017
المشاركات
1,452
التفاعلات
3,786 3
موضوع مهم جدا ورائع ومجهود تشكر عليه
بس للاسف علم electromagnetic waves وال antennas معقد ومهما بالغنا فى تبسيطه سيحتاج لتوسع اكبر
اعانك الله على مجهودك وموضوعك وهو موضوع هام سيزيل الكثير من الامور العالقة لدى الاعضاء
 
إنضم
10 سبتمبر 2013
المشاركات
836
التفاعلات
3,418 35
موضوع مهم جدا ورائع ومجهود تشكر عليه
بس للاسف علم electromagnetic waves وال antennas معقد ومهما بالغنا فى تبسيطه سيحتاج لتوسع اكبر
اعانك الله على مجهودك وموضوعك وهو موضوع هام سيزيل الكثير من الامور العالقة لدى الاعضاء
اشكرك اخى

اعرف جيدا بحكم عملى فى هذا المجال كم هو صعب ومعقد للغاية لذلك معظم المجهود يتلخص فى محاولة تبسيط المفاهيم لتصل الى الجميع بغض النظر عن الخلفية العلمية
 

sni_1_per

عضو مميز
إنضم
6 يوليو 2017
المشاركات
1,452
التفاعلات
3,786 3
اشكرك اخى

اعرف جيدا بحكم عملى فى هذا المجال كم هو صعب ومعقد للغاية لذلك معظم المجهود يتلخص فى محاولة تبسيط المفاهيم لتصل الى الجميع بغض النظر عن الخلفية العلمية
موفق باذن الله .. مرحب برفيق الكفاح :cry:
 

Hero of Chaos 

الله ثقة موسى وبه يؤمن
طاقم الإدارة
عـضـو مـجـلـس الإدارة
إنضم
13 أبريل 2013
المشاركات
8,786
التفاعلات
25,605 114
الدولة
Saudi Arabia
موضوع مهم جدا ورائع ومجهود تشكر عليه
بس للاسف علم electromagnetic waves وال antennas معقد ومهما بالغنا فى تبسيطه سيحتاج لتوسع اكبر
اعانك الله على مجهودك وموضوعك وهو موضوع هام سيزيل الكثير من الامور العالقة لدى الاعضاء
صحيح ولكن هذا يعطينا دافع اكبر لتعريب المحتوى والمعرفة قدر الامكان... وأنا مستعد للتعاون في حال احتاج اخونا Raptor6 @Raptor6 لاي مساعدة في الموضوع. بل وتقديم بعض المراجع النادرة ليتم تلخيصها وترجمتها
 
إنضم
10 سبتمبر 2013
المشاركات
836
التفاعلات
3,418 35
صحيح ولكن هذا يعطينا دافع اكبر لتعريب المحتوى والمعرفة قدر الامكان... وأنا مستعد للتعاون في حال احتاج اخونا Raptor6 @Raptor6 لاي مساعدة في الموضوع. بل وتقديم بعض المراجع النادرة ليتم تلخيصها وترجمتها
على اتم الاستعداد لهذا الامر بالطبع :giggle:
 

هيرون 

فَاللَّهُ خَيْرٌ حَافِظًا
طاقم الإدارة
عـضـو مـجـلـس الإدارة
إنضم
21 ديسمبر 2008
المشاركات
25,204
التفاعلات
119,574 378
الدولة
Saudi Arabia
كتاب الهوائيات وانتشار الموجات
 
إنضم
10 سبتمبر 2013
المشاركات
836
التفاعلات
3,418 35
الحلقة الثانية : مفاهيم أساسية فى علم الهوائيات (2):

فى هذه الحلقة سنستكمل شرح بعض المفاهيم المهمة فى علم الهوائيات وهى النطاقات الترددية Frequency Bands و مفهوم الاتجاهية Directivity و الكسب Gain و نمط الانتشار Radiation Pattern.

حسب ما نعلم جميعا فان الطيف الترددى للموجات الكهرومغناطيسية يضم جميع الترددات بداية من موجات الراديو مرورا بموجات المايكرويف و الموجات المليميترية و موجات التيرا هيرتز و الموجات الضوئية الخ ....نظرا لوجود الالاف من التطبيقات المختلفة التى تستخدم الموجات الكهرومغناطيسية كان لزاما ان يتم تنظيم هذا النطاق الترددى وتقسيمه الى نطاقات ترددية مختلفة لكل تطبيق او خدمة ...و فى حال كانت هذه الخدمة تجارية كترددات الشبكات الخليوية فان الحكومات تحصل اموال نظير استخدام هذه الترددات .
هناك اكثر من تقسيم وتصنيف للترددات منها مثلا تصنيف الاتحاد الدولى للاتصالات ITU الذى يصنفها على حسب التردد بداية من الترددات شديدة الانخفاض Extremely Low Frequency ELF حتى الترددات العالية جدا Extremely High Frequency EHF :




وهناك تصنيفات اخري كتصنيف معهد مهندسى الكهرباء والالكترونيات IEEE لترددات الرادار و الذى يحتوى على التصنيفات الشهيرة مثل X Band وغيرها :




قبل ان نتحدث عن انواع الهوائيات واساسيات تصميمها سنتحدث عن 3 مفاهيم مهمة تميز اى نوع من الهوائيات و يتم تقييم اداء الهوائيات على اساسها .
المفهوم الاول هو الاتجاهية او Directivity وهو يعنى ببساطة مقدار تركيز شعاع الهوائي فى اتجاه معين وهو غالبا يقاس بالديسيبل ....بشكل عام كلما زادت مساحة الهوائى زادت مقدار اتجاهيته ..مثال على ذلك الهوائيات الطبقيه الضخمة التى تستخدم فى التواصل مع الاقمار الاصطناعية ..هذه الهوائيات لها مقدار اتجاهية عالى جدا وتتميز بشعاع رفيع جدا قد لا يتجاوز درجة واحدة وهو ما يسمح لها بتركيز طاقة البث او حساسية الاستقبال فى اتجاه معين لمسافة بعيدة جدا




المفهوم الثانى وهو الكسب او Gain هو مرتبط بشكل وثيق بالمصطلح السابق (الاتجاهية) حيث ان الكسب يساوى حاصل ضرب الاتجاهية فى كفائة الهوائى للتوصيل efficiency ...وهو المصطلح الاكثر استخداما وشيوعا فى الهوائيات فأول شىء يسأل عنه اى مصمم او مشتري للهوائيات هو مقدار الكسب او ال Gain وهو يعبر عنه برقم يقاس بالديسيبل (الديسيبل يكون غالبا لقياس النسبة بين مقدارين ) وفى حالة الكسب يكون الرقم هو نسبة بين مقدار تركيز طاقة الهوائى فى اتجاه ما نسبة للحالة التى تكون فيها طاقة الهوائى متوزعة فى جميع الاتجاهات على شكل كرة ...كسب بمقدار 3 ديسيبل مثلا يعنى ان طاقة الهوائى متركزة فى اتجاه ما بضعف مقدار الطاقة الموجودة فى شكل انتشار كروى (كل 3 ديسيبل = ضعف و 0 ديسيبل يعنى ان النسبة تساوى 1 اى ان نمط الانتشار كروى ) وهكذا...

Antenna-gain-dBi.png

نمط الانتشار او ال Radiation Pattern هو الشكل النهائى الكلى الذى يأخذه الشعاع الصادر من الهوائى و هو يمثل بشكل ثلاثى الابعاد كما فى الصور ادناه او احيانا بشكل ثنائى الابعاد يوضع الشعاع الرئيسى و الفصوص الجانبية لشعاع الهوائى:

exam3_5_parabolic_reflector_far_field_pattern1.jpgFigureG3.jpg

patch-antenna-aerials-radiation-pattern-microstrip-antenna-slot-antenna-microwave-png-clip-art.pngUntitled.png

هناك طريقة اخري لزيادة مقادر الكسب او التوجه للهوائى من دون استخدام سطح كبير كالهوائى الطبقى وهو استخدام مصفوفات الهوائيات الطورية Phased Array وهى عبارة عن مجموعة هوائيات متماثلة متراصة بجانب بعدها و كل منها يتم تغذيته اما بنفس الطور للموجه او بطور مختلف حيث ينتج عن ذلك تعزيز شعاع الانتشار فى اتجاه معين واضعافه او تلاشيه فى اتجاه اخر مما يعزز من قيمه الكسب او الاتجاهية للهوائى ....الصورة التالية توضح المفهوم:
222152_Fig_01.png

الى اللقاء فى حلقة جديدة...
 

المرفقات

إنضم
27 فبراير 2020
المشاركات
259
التفاعلات
709 2
الدولة
USA
Raptor6 @Raptor6
نتمنى شرح مفصل للمتغيرات الاخرى الخاصة بالرادار كالScan Loss او Total Antenna Losses و غيرها !
 

" بناء على توجيهات الادارة لتحسين محتوى المنتدى. فنأمل منكم الالتزام بالقوانين و عدم نشر الصور الحساسة و الدموية.
أعلى