بصفتي مهندس اتصالات يقضي أياماً لا تحصى في الميدان ممسكاً بمحلل الطيف، فإن مشاعري تجاه كلمة “هوائي” معقدة للغاية. فهو بمثابة مستشعرنا الملموس لإدراك العالم اللاسلكي، ومع ذلك فهو غالبًا ما يكون المتغير الأكثر إزعاجًا في البحث عن التداخل. يحدد الاختيار الصحيح للهوائي بشكل مباشر ما إذا كنت تعمل بكفاءة أو تهدر طاقة قيمة. تستعرض هذه المقالة بشكل منهجي تصنيف الهوائي من منظور التطبيقات الهندسية، وباستخدام أجهزة تحليل طيف الترددات اللاسلكية من سلسلة TFN RMT و طقم الهوائي الاتجاهي TM9265 في السيناريوهات العملية، ويناقش الاختلافات الأساسية بين الهوائيات متعددة الاتجاهات والهوائيات الموجهة في اختبار الطيف.
I. المنطق الأساسي لتصنيف الهوائي
استنادًا إلى خصائص الإشعاع، تنقسم الهوائيات في المقام الأول إلى فئتين: الهوائيات متعددة الاتجاهات والهوائيات الاتجاهية. تشع الهوائيات متعددة الاتجاهات بشكل موحد 360 درجة في المستوى الأفقي، وهي مناسبة لمسح الإشارات وقياسات التغطية الميدانية؛ أما الهوائيات الاتجاهية فتركز الطاقة في اتجاه معين، مما يوفر كسبًا أعلى ونسبة أمامية إلى خلفية أعلى، مما يجعلها مثالية لتحديد مصدر التداخل وتحليل إشارة المحطة الأساسية [1].
يمكن تصنيف الهوائيات حسب نطاق التردد إلى هوائيات ذات تردد منخفض جداً (VLF)، وهوائيات ذات تردد عالٍ (HF)، وهوائيات ذات تردد عالٍ جداً (UHF)، وهوائيات الموجات الدقيقة. تركز هذه المقالة على نطاق التردد 30 ميجا هرتز - 8 جيجا هرتز المستخدم عادةً في أجهزة تحليل الطيف المحمولة باليد، بالإضافة إلى نطاق الموجات الدقيقة 6 جيجا هرتز - 26.5 جيجا هرتز.
II. الهوائيات متعددة الاتجاهات: “المعيار” لتحليل الطيف
في المراقبة الروتينية للطيف، يكون الهوائي متعدد الاتجاهات هو خيارنا الأول. إذا أخذنا محلل الطيف المحمول باليد من سلسلة TFN RMT كمثال، فإن الهوائي متعدد الاتجاهات القياسي يغطي عادةً من 9 كيلو هرتز إلى 6.3 جيجا هرتز أو ترددات أعلى. ويستخدم في المقام الأول للوظائف الأساسية مثل مسح الطيف وقياس شدة المجال وتحليل النطاق الترددي المشغول.
وتكمن ميزة الهوائي متعدد الاتجاهات في خاصية “عدم وجود بقعة عمياء”. عند الدخول إلى بيئة غير مألوفة، نحتاج أولاً إلى استخدام هوائي متعدد الاتجاهات لإجراء مسح سريع عبر نطاق التردد بأكمله لفهم ضوضاء الخلفية وتوزيع الإشارة. في هذا السيناريو، لا نحتاج في هذا السيناريو إلى معرفة مصدر الإشارة، بل معرفة “ما” الإشارة الموجودة فقط.
المعلمات الرئيسية: عادةً ما يكون للهوائيات متعددة الاتجاهات كسب منخفض، يتراوح عادةً بين 0 ديسيبل بايت و3 ديسيبل بايت، مع نسبة موجة قائمة الجهد (VSWR) أقل من 2.0 لضمان خصائص مطابقة النطاق العريض.
ثالثاً. الهوائيات الاتجاهية: “بندقية القنص” لصيد التداخلات
عندما نحتاج إلى طرح السؤال الإضافي “من أين تأتي الإشارة؟”، يحتل الهوائي الاتجاهي مركز الصدارة. تغطي مجموعة هوائي تحديد الاتجاهات المحمولة باليد TFN TM9265 من 9 كيلو هرتز إلى 26.5 جيجا هرتز وتتضمن العديد من الهوائيات الاتجاهية مثل F200 وF250 وF580 وFG626، بالإضافة إلى مقبض مضخم الصوت W3. إنها أداة أساسية لتحديد موقع التداخل وتحليل المحطة الأساسية.
3.1 تطبيق الهوائيات الاتجاهية في تحديد موقع إشارة التداخل
في بحثنا عن التداخل، غالبًا ما نستخدم “طريقة التقريب”: تثبيت الهوائي الاتجاهي والدوران التدريجي للعثور على اتجاه الحد الأقصى لمستوى الإشارة، وأخيرًا تحديد موقع مصدر التداخل بدقة. تستخدم السلسلة TM9265 نظام تحديد اتجاه مقارنة السعة بنسبة كبيرة لمقارنة السعة إلى الضوضاء. وبالإضافة إلى بوصلة إلكترونية، فإنها توفر معلومات اتجاه الوصول في الوقت الفعلي، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة الصيد.
إذا أخذنا F580 (500 ميجا هرتز ~ 8 جيجا هرتز) كمثال، يمكن أن يصل كسبه النموذجي إلى 6 ديسيبل بايت، مع نسبة أمامية إلى خلفية أكبر من 10 ديسيبل. وهذا يكبح بفعالية الإشارات المتداخلة القادمة من الخلف، مما يضمن دقة الحكم على الاتجاه [2].
3.2 تطبيق الهوائيات الاتجاهية في تحليل المحطة القاعدية
أثناء اختبار المحطة الأساسية لشبكة الجيل الخامس 5G NR، تتيح سلسلة TFN RMT، جنبًا إلى جنب مع هوائي اتجاهي، إمكانية قفل معرف شعاع الخلية المحدد وتتبع PCI وقياسات مؤشرات مثل SS-RSRP. نظرًا لأن تقنية 5G تستخدم تقنية تشكيل الحزمة MIMO الضخمة، فإن الإشارات تُظهر اتجاهية قوية. إن استخدام هوائي متعدد الاتجاهات يجعل من الصعب التقاط خصائص الإشارة للخلية المستهدفة بدقة؛ لذا فإن الاعتماد على هوائي اتجاهي لقياس “نقطة إلى نقطة” أمر ضروري.
على سبيل المثال، في اختبار FDD-LTE، يساعد الهوائي الاتجاهي في اختبار FDD-LTE على التمييز بين إشارات الفص الرئيسي والفص الجانبي، وتجنب تشويه مقاييس إزالة التشكيل الناجم عن التداخل متعدد المسارات. تدعم سلسلة RMT عرض نطاق تحليل في الوقت الحقيقي يصل إلى 100 ميجا هرتز. وبالاقتران مع هوائي اتجاهي يمكنه إجراء اختبارات تعقب التداخل الفاصل للوصلة الصاعدة والهابطة لأنظمة TDD.
رابعاً. هوائيات الموجات الدقيقة: “القوات الخاصة” لاختبار التردد العالي
مع دخول التردد في النطاق فوق 6 جيجا هرتز، وخاصة نطاق الموجات الدقيقة (6 جيجا هرتز ~ 26.5 جيجا هرتز)، يواجه تصميم الهوائي تحديات أكبر. يغطي هوائي البوق FG626 في مجموعة TM9265 نطاق 6 جيجا هرتز ~ 26.5 جيجا هرتز، ويتميز بكسب عالٍ يتراوح بين 12 ديسيبل باي و20 ديسيبل باي. وهو مناسب للاتصالات عبر الأقمار الصناعية واختبار وصلات الميكروويف وتحليل تداخل الموجات المليمترية من الجيل الخامس.
عادةً ما تتمتع هوائيات الموجات الدقيقة بتوجيهية أقوى وكسب أعلى، ولكن هذا يعني أيضًا عرض حزمة أضيق، مما يتطلب دقة محاذاة عالية للغاية. في اختبار القيادة العملي، غالبًا ما نستخدم حوامل ثلاثية القوائم ونضبطها بمساعدة البوصلات الإلكترونية.
V. الدعم النظري والأساس الأكاديمي
يمكن التعبير عن العلاقة بين اتجاهية الهوائي (D) والكسب (G) على النحو التالي:
ز = η* D
حيث η كفاءة الهوائي، و D هو الاتجاهية [3]. تزيد الهوائيات الاتجاهية من قوة الإشارة المستقبلة في اتجاه معين عن طريق زيادة D، وبالتالي تركيز الطاقة.
في توطين التداخل، تُعد نسبة الأمام إلى الخلف (FBR) مؤشرًا رئيسيًا للأداء الاتجاهي الذي يُعرّف على النحو التالي
معدل نمو الناتج المحلي الإجمالي = 10 * السجل10 * ( Pالواجهة / Pالعودة )
حيث Pالواجهة هي القدرة في اتجاه الفص الرئيسي، و Pالعودة هي الطاقة في اتجاه الفص الخلفي [4]. وتحقق السلسلة TM9265 قدرة FBR أكبر من 10 ديسيبل، مما يضمن دقة تحديد الموقع.
سادساً. ملخص وتوصيات الاختيار
هوائيات متعددة الاتجاهات: مناسبة لمسح الطيف وتغطية القوة الميدانية والمراقبة الروتينية. سيناريو تمثيلي: المسح الأولي مع محلل الطيف المحمول باليد TFN RMT.
الهوائيات الاتجاهية: مناسبة لتوطين مصدر التداخل وتحليل المحطة الأساسية وتتبع الإشارة. سيناريو تمثيلي: جهاز TM9265 المستخدم مع جهاز RMT لتحليل شعاع 5G NR.
هوائيات الموجات الدقيقة: مناسبة للاختبارات المتخصصة عالية التردد، مثل الاتصالات عبر الأقمار الصناعية وصيد التداخلات بالموجات المليمترية.
إذا كنت تريد معرفة المزيد عن اختلاف الهوائيات و هوائي اتجاهي TFN TM9265, ، مرحبًا بك للتواصل مع فريق دعم TFN:
البريد الإلكتروني: info@tfngj.com
واتساب: +86-18765219251
أو يمكنك اترك رسائل هنا
المراجع:
[1] Balanis, C. A. نظرية الهوائي: التحليل والتصميم. الطبعة الرابعة، وايلي، 2016.
[2] Kraus, J. D. & Marhefka, R. J. Antennas for All Applications. 3rd ed., McGraw-Hill, 2002.
[3] تعاريف مصطلحات IEEE القياسية للهوائيات. IEEE Std 145-2013، 2013.
[4] Stutzman, W. L., & Thiele, G. A. Antenna Theory and Design. 3rd ed., Wiley, 2012.