تصميم هوائي دليل موجي يربط النطاق والأنماط والفتحة المشعة ومطابقة التغذية والتحقق العملي. الدليل المغلق لنقل الطاقة والهوائي الذي يشع إلى الفضاء يؤديان وظيفتين مختلفتين. اختيار النحاس أو جعل العرض دائماً 0.7λ لا يُكمل التصميم.
حدد الخصائص المشعة أولاً
اكتب أدنى وأعلى تردد والاستقطاب والاتجاهات والتغطية والكسب والفصوص الجانبية المطلوبة. حدد إن كان الهوائي مستقلاً أم مغذياً لعاكس، وهل تدرس فتحة مفتوحة أم بوقاً أم مصفوفة شقوق.
قد تكون إضاءة العاكس والانسكاب ومركز الطور أهم من أعلى كسب منفرد للمغذي. تضمّن المتطلبات الزوايا والنطاق المستخدمين فعلاً.
النمط وأبعاد الجزء الموجّه
في دليل مستطيل مملوء بالهواء، عرض داخلي a وارتفاع b مع a > b، يكون النمط الأساسي عادة TE10. تردد القطع fc = c/(2a)، وشرط الانتشار f > fc يكافئ a > λ0/2.
هذا شرط إمكان الانتشار، وليس عرضاً مثالياً لكل منتج. تحقق من الأنماط الأعلى والنطاق الفعلي. أبعاد WR-90 الداخلية 22.86 × 10.16 mm تعطي قطعاً يقارب 6.56 GHz ونطاق استخدام معتاداً 8.2–12.4 GHz.
الطول الموجي داخل الدليل هو λg = λ0/√[1−(fc/f)²]. في المثال السابق عند 10 GHz يقارب 39.7 mm، لا الطول الحر الذي يقارب 30 mm.
اختيار الفتحة والبوق والشقوق
يشع الدليل المفتوح من نهايته، لكنه يسبب انعكاساً أيضاً. يوسّع البوق المقطع لتكوين الفتحة، ويؤثر طوله وزاوية اتساعه في خطأ الطور. تكبير الفم وحده على طول قصير لا يضمن كسباً متناسباً مع مساحته.
تحتاج مصفوفة الشقوق إلى تحديد الأطوال والاتجاهات والمواضع والاقتران وطور التغذية والنهاية. لا تُفرض مسافة نصف الطول الموجي الحر على كل بنية.
حساب أولي للمساحة
للهوائي ذي الفتحة، التقدير G ≈ 4πηA/λ². عند 10 GHz ومساحة A = 0.10 × 0.08 m² وكفاءة فتحة مفترضة η = 0.60، نحصل على نحو 18.3 dBi.
هذا مثال حسابي وليس ضماناً لمنتج بهذه الأبعاد. تتغير الكفاءة مع التغذية والتصميم ويجب قياس النمط والاستقطاب منفصلين. الفتحة الدائرية لا تولّد تلقائياً استقطاباً دائرياً.
التغذية والمحاكاة
حدد الأنماط ومستويات المرجع لمنفذ الدليل أو الانتقال من الكابل المحوري. أدخل الخسائر والمواد والوصلات والبنى المحيطة المهمة، وتحقق من تقارب الشبكة العددية وتعريف المنافذ.
تحسين S11 وحده قد يخفي قصوراً في الاتجاه أو الكفاءة. قارن المطابقة والكسب والفصوص والاستقطاب المتعامد عبر النطاق، ثم اختبر حساسية النتائج لتفاوت الأبعاد والتجميع.
التصنيع والقياس
افحص الأسطح الداخلية والزوائد المعدنية والمحاذاة والتلامس. نقاوة محددة للنحاس أو خسارة ثابتة بالمتر ليست شرطاً عاماً لكل شكل. يُختار الطلاء والطبقات السفلية للوظيفة والبيئة.
يقيس محلل الشبكات مطابقة المنفذ؛ أما الكسب والنمط فيحتاجان قياس هوائي مناسباً. للفتحات الكبيرة كهربائياً يُستخدم R ≳ 2D²/λ كأحد شروط المجال البعيد، مع فحص الهوائي المقابل والموقع والدقة المطلوبة.
تفسير الرموز وقبول المنتج
الهرتز Hz وحدة التردد، أما الحرف H فقد يرمز إلى المجال المغناطيسي أو إلى الهنري بحسب السياق. لا يستبدل رمز بلا تعريف بقيمة تردد في معادلة.
| المجال | التحقق |
|---|---|
| المنفذ | النطاق والانعكاس ومستوى المرجع. |
| الإشعاع | الكسب والاستقطاب والأنماط. |
| الميكانيكا | الأبعاد والوصلات والتفاوت. |
| التشغيل | القدرة المتوسطة والذروة والحرارة. |
الاختبار بقدرة صغيرة لا يثبت جميع حدود القدرة والبيئة. المراجع: معادلات الدليل الموجي، والبوق، والشقوق المشعة.
