نمط الإشعاع للهوائي Radiation Pattern of Antenna

يوضح نمط الإشعاع (Radiation Pattern) للهوائي كيفية توزيع الطاقة الكهرومغناطيسية التي يشعها الهوائي في الفضاء المحيط به. ببساطة، هو رسم بياني يمثل "بصمة" الهوائي، ويبين الاتجاهات التي يرسل فيها طاقة قوية والاتجاهات التي يرسل فيها طاقة ضعيفة أو معدومة. يُعرف هذا النمط أيضًا باسم "نمط قوة المجال".

فهم نمط الإشعاع للهوائي

نمط الإشعاع هو تمثيل رسومي ثلاثي الأبعاد يوضح كيف تتغير شدة المجال الكهرومغناطيسي في نقاط مختلفة على مسافات متساوية من الهوائي. وبما أن الطاقة لا تتوزع بشكل متساوٍ في جميع الاتجاهات، فإن هذا النمط يوضح "اتجاهية" الهوائي.

يتم قياس نمط الإشعاع عادةً على مسافات بعيدة جدًا عن الهوائي، حيث يكون توزيع القدرة مستقلًا عن المسافة. ويُعد هذا النمط خاصية أساسية لأي هوائي، لأنه يحدد مباشرة كفاءته في إرسال واستقبال الإشارات في اتجاهات معينة.

أقسام نمط الإشعاع

يتكون نمط الإشعاع من عدة أجزاء أو "فصوص" (Lobes) تختلف في شدة طاقتها:

1. الفص الرئيسي (Main Lobe):
   هو الجزء الأكبر من النمط، ويحتوي على أقصى قدر من الطاقة المشعة. يمثل هذا الفص الاتجاه الرئيسي الذي يركز فيه الهوائي طاقته، ويحدد اتجاهية الهوائي.

2. الفصوص الثانوية (Minor Lobes):
   هي جميع الفصوص الأخرى الأصغر حجمًا من الفص الرئيسي. تمثل هذه الفصوص إشعاعًا غير مرغوب فيه في اتجاهات ثانوية، وتعتبر طاقة مهدرة. وتنقسم إلى:

   • الفصوص الجانبية (Side Lobes): هي الفصوص الصغيرة المجاورة للفص الرئيسي.

   • الفص الخلفي (Back Lobe): هو الفص الموجود في الاتجاه المعاكس تمامًا للفص الرئيسي.

الهدف من تصميم الهوائيات الجيدة هو تكبير الفص الرئيسي وتقليل حجم الفصوص الثانوية قدر الإمكان لتركيز الطاقة في الاتجاه المطلوب.

أنماط الإشعاع: تمثيل ثنائي وثلاثي الأبعاد

• النمط ثلاثي الأبعاد (3D Pattern):
  هو التمثيل الحقيقي والكامل لنمط إشعاع الهوائي في الفضاء، ويتم رسمه عادةً باستخدام نظام الإحداثيات الكروية.

• النمط ثنائي الأبعاد (2D Pattern):
  نظرًا لصعوبة تمثيل الشكل ثلاثي الأبعاد على الورق، يتم عادةً أخذ مقاطع عرضية منه لإنشاء رسومات ثنائية الأبعاد. أهم مقطعين هما:

  • النمط الأفقي (Horizontal Pattern): يمثل توزيع الطاقة في المستوى الأفقي.

  • النمط الرأسي (Vertical Pattern): يمثل توزيع الطاقة في المستوى الرأسي.

أنواع أنماط الإشعاع الشائعة

تختلف أشكال أنماط الإشعاع باختلاف تصميم الهوائي والغرض منه. أبرز هذه الأنواع هي:

• نمط متعدد الاتجاهات (Omnidirectional Pattern):
  يشع هذا النمط الطاقة بشكل متساوٍ في جميع الاتجاهات الأفقية، ويشبه شكل "الدونات" في الفضاء ثلاثي الأبعاد. يُستخدم في التطبيقات التي لا تتطلب توجيهًا محددًا، مثل بث الراديو وشبكات Wi-Fi المنزلية.

• نمط شعاع القلم الرصاص (Pencil Beam Pattern):
  هو نمط اتجاهي حاد ومركز جدًا، يشبه شعاع قلم رصاص ضيق. يُستخدم في التطبيقات التي تتطلب دقة توجيه عالية لمسافات طويلة، مثل رادارات تتبع الأهداف واتصالات الأقمار الصناعية.

• نمط شعاع المروحة (Fan Beam Pattern):
  هو نمط يكون ضيقًا في مستوى (مثل الرأسي) وواسعًا في المستوى الآخر (مثل الأفقي)، ويشبه شكل المروحة. يُستخدم في أنظمة الرادار التي تحتاج إلى مسح منطقة واسعة أفقيًا.

• نمط الشعاع المُشكَّل (Shaped Beam Pattern):
  هو أي نمط يتم تصميمه بشكل مخصص ليغطي منطقة جغرافية غير منتظمة، مثل تغطية قمر صناعي لدولة ذات شكل محدد.

باختصار، يمثل نمط الإشعاع خريطة الطاقة للهوائي، وفهمه ضروري لاختيار الهوائي المناسب وتوجيهه بشكل صحيح لتحقيق أفضل أداء ممكن في أي نظام اتصالات.