حاسبة كسب الهوائي

يُعدّ كسب الهوائي معيارًا بالغ الأهمية في تصميم وتحليل أنظمة الاتصالات الراديوية (RF). فهو يُحدد قدرة الهوائي على توجيه أو تركيز طاقة الترددات الراديوية في اتجاه محدد. وهذا مفيد بشكل خاص في حسابات ميزانية الربط وضمان الاتصال الفعال على مسافات طويلة.

الخلفية التاريخية

تطور مفهوم كسب الهوائي جنبًا إلى جنب مع التطورات في الراديو والاتصالات السلكية واللاسلكية. في البداية، كانت الهوائيات بسيطة، ذات توجيهية وكسب محدودين. ومع تطوير تصاميم هوائيات أكثر تطوراً، مثل العاكس المكافئ، أصبح من الممكن تحقيق كسب عالٍ، وتركيز الإشارات المُرسلة أو المُستقبلة في حزم ضيقة.

صيغة الحساب

يُعطى كسب الهوائي المكافئ بالصيغة التالية:

\[ \text{كسب (dBi)} = 10 \log_{10} \left( \frac{\text{كفاءة الهوائي} \times 4 \pi \times \text{فتحة الهوائي}}{\text{طول الموجة}^2} \right) \]

حيث:

• كفاءة الهوائي: هي كفاءة الهوائي في تحويل الطاقة المدخلة إلى موجات راديوية في الاتجاه المطلوب.
• فتحة الهوائي: هي المساحة الفعّالة للهوائي.
• طول الموجة: هو طول موجة الراديو.

مثال على الحساب

بافتراض:

• كفاءة الهوائي = 0.7
• قطر الهوائي = 4.2 متر
• تردد الهوائي = 6 غيغاهرتز

ناتج الكسب (dBi) = 47

أهمية وسيناريوهات الاستخدام

يُعدّ كسب الهوائي ضروريًا لـ:

• تعظيم نطاق الاتصال: يمكن للهوائيات عالية الكسب إرسال واستقبال الإشارات على مسافات أكبر.
• تقليل متطلبات الطاقة: من خلال تركيز الطاقة بكفاءة أكبر، تكون هناك حاجة إلى طاقة أقل للإرسال.
• تحسين جودة الإشارة: في الاتصالات الاتجاهية، تُحسّن الهوائيات عالية الكسب نسب الإشارة إلى الضوضاء.

أسئلة شائعة

1. ماذا يعني dBi؟

   • dBi هي وحدة قياس الكسب تقارن أداء الهوائي بهوائي مثالي متساوي الإشعاع في جميع الاتجاهات.

2. هل يمكن أن يكون كسب الهوائي مرتفعًا جدًا؟

   • نعم، يمكن أن يؤدي الكسب المرتفع للغاية إلى تضييق عرض الشعاع بشكل مفرط، مما يجعل نظام الهوائي أكثر حساسية لمشاكل المحاذاة وقد يفوّت الإشارات المقصودة.

3. هل كسب الهوائي مهم لجميع أنواع الهوائيات؟

   • بينما يُعدّ بالغ الأهمية للهوائيات الاتجاهية، فإن الكسب أقل أهمية للهوائيات الكليّة الاتجاه حيث تكون التغطية الواسعة مطلوبة بدلاً من الأداء لمسافات طويلة.