- إنضم
- 10 سبتمبر 2013
- المشاركات
- 2,086
- التفاعل
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.
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.
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 :
العلاقة بين التردد والطول الموجى وسرعة انتشار الموجه تحكمها العلاقة الاتية ....سرعة انتشار الموجة تساوى تردد الموجة مضروب فى الطول الموجى لها:
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.
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.....
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.
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.
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 :
العلاقة بين التردد والطول الموجى وسرعة انتشار الموجه تحكمها العلاقة الاتية ....سرعة انتشار الموجة تساوى تردد الموجة مضروب فى الطول الموجى لها:
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.
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.....
