حاسبة هوائي القرن

تُعد هوائيات القرن ركيزة أساسية في عالم بث واستقبال الموجات الكهرومغناطيسية، خاصةً للإشارات الاتجاهية. تتميز هذه الهوائيات ببساطة تصميمها، وكسبها العالي، وانخفاض نسبة الموجة الدائمة للجهد (VSWR)، وعرض نطاقها الترددي الواسع. تُستخدم هذه الهوائيات بشكل أساسي في الترددات التي تتجاوز 1 جيجاهرتز، وتجد أهميتها في تطبيقات متنوعة، بما في ذلك، على سبيل المثال لا الحصر، كونها هوائيات تغذية لأطباق مكافئة أكبر مثل هوائي كاسيجران.

الخلفية التاريخية

لقد كانت هوائيات القرن، بتصميمها البسيط وأدائها الفعال، حجر الزاوية في تقدم الاتصالات اللاسلكية والميكروويف. يرتبط تطوير هوائيات القرن ارتباطًا وثيقًا بتطور الرادار والاتصالات الساتلية، مما يُظهر تاريخًا غنيًا من الابتكار التكنولوجي.

صيغة الحساب

يُحدد الكسب وعرض الشعاع لهوائي القرن بأبعاده الفيزيائية وتردد التشغيل. تُشتق الصيغ العامة لحساب الكسب (G) بالديسيبل (dB) وعرض الشعاع الرأسي (VBW) والأفقي (HBW) بالدرجات من مساحة فتحة الهوائي، وطول الموجة (λ)، والأبعاد:

• الكسب (G): \(G = 10 \log_{10} \left( \frac{10 \cdot Area}{\lambda^2} \right)\)
• عرض الشعاع الرأسي (VBW): \(VBW = \frac{51 \lambda}{b}\)
• عرض الشعاع الأفقي (HBW): \(HBW = \frac{70 \lambda}{a}\)

مثال على الحساب

بالنسبة لتردد تشغيل 2.5 جيجاهرتز، وبُعد ضيق يبلغ 0.3 متر، وبُعد عريض يبلغ 0.5 متر، فإن كسب هوائي القرن المحسوب يبلغ حوالي 20 ديسيبل، مع عرض شعاع رأسي وأفقي يبلغ 20.4 درجة و 16.8 درجة على التوالي.

الأهمية وسيناريوهات الاستخدام

تُلعب هوائيات القرن دورًا محوريًا في أنظمة الاتصالات الميكروويف، والرادار، والاتصالات الساتلية نظرًا لكسبها العالي واتجاهيتها. إن قدرتها على بث واستقبال الموجات الكهرومغناطيسية بكفاءة تجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب تحكمًا اتجاهيًا دقيقًا للإشارة.

الأسئلة الشائعة

1. لماذا تُستخدم هوائيات القرن في التطبيقات عالية التردد؟

   • يوفر تصميمها كسبًا عاليًا وعرض نطاق ترددي واسع، مما يجعلها مناسبة لنطاقات تردد الجيجاهرتز.

2. هل يمكن استخدام هوائيات القرن للبث والاستقبال على حد سواء؟

   • نعم، يمكن لهوائيات القرن بث واستقبال الموجات الكهرومغناطيسية بكفاءة، مما يجعلها متعددة الاستخدامات في أنظمة الاتصالات.

3. ما الذي يؤثر على كسب وعرض شعاع هوائي القرن؟

   • الأبعاد الفيزيائية للهوائي، خاصة مساحة الفتحة وتردد التشغيل، تؤثر بشكل كبير على كسبه وعرض شعاعه.