لتحسين كفاءة الهوائي، افصل بين القدرة المنعكسة والقدرة المتبددة والقدرة المشعة. زيادة الإشارة بعد تغيير اتجاه الهوائي لا تثبت وحدها انخفاض خسائره الداخلية. تُقيّم الخطوات الخمس التالية في الجهاز المركب وعند مستوى مرجعي محدد.
الكفاءة والكسب والمطابقة
كفاءة الإشعاع هي نسبة القدرة المشعة إلى القدرة التي يقبلها الهوائي. في نموذج منفذ واحد وبمرجع مناسب، تكون الكفاءة الكلية ηtot = (1−|Γ|²)ηrad، حيث Γ معامل الانعكاس.
يربط الكسب بين الاتجاهية والكفاءة. قد يرفع تركيز الإشعاع في اتجاه معين الكسب الأقصى دون خفض القدرة المتبددة. لذلك حدد الكمية المطلوب تحسينها قبل تغيير التصميم.
1. مطابقة المعاوقة في التركيب النهائي
قِس S11 بمحلل شبكة معاير إلى المستوى المطلوب. افحص كامل النطاق مع الغلاف والبطارية والكابل وحالات الاستخدام ذات الصلة.
عند VSWR = 2 يكون مقدار معامل الانعكاس ثلثاً والقدرة المنعكسة نحو 11.1%. وعند VSWR = 1.5 تصبح النسبة 4%.
إذا بقيت كفاءة الإشعاع افتراضياً 70%، ترتفع الكفاءة الكلية حسابياً من نحو 62.2% إلى 67.2%. هذا مثال وليس ضماناً لنتيجة الضبط. أضف خسائر شبكة المطابقة نفسها؛ فقد تظهر بنية كثيرة الفقد مطابقة جيدة رغم ضعف إشعاعها.
2. تقليل خسائر الموصلات والتلامس
افحص المادة والسماكة ومسارات التيار واللحام والوصلات. يمكن للمسارات الضيقة أو التآكل أو الاتصال غير المناسب أن تزيد الفقد. الموصلية عند التيار المستمر وحدها لا تصف الهوائي كاملاً.
قد يتطلب التصغير عناصر تحميل وتيارات أعلى. قارن الحجم وعرض النطاق والخسارة معاً، ولا تفترض أن أصغر عنصر ظاهر هو أفضل حل للجهاز.
3. اختيار الركيزة والمواد المجاورة
استخدم بيانات العزل عند التردد والحرارة والرطوبة المناسبة. مواد اللصق والتغليف الموجودة في مناطق المجال القوي قد تمتص الطاقة وتغيّر الرنين.
زيادة سماكة ركيزة هوائي الرقعة إلى 3–5 mm لا تحسن الكفاءة تلقائياً بنسبة 15%. تتغير الموجات السطحية والتغذية والنمط أيضاً، ولذلك يلزم تحليل وقياس بدائل قابلة للمقارنة.
اسم FR4 أو اسم تجاري لا يغني عن إصدار المادة وطريقة القياس. ينبغي تضمين طبقات الحماية وتبديد الحرارة في النموذج الفعلي.
4. ضبط المستوى الأرضي والتغذية
يساهم المستوى الأرضي في توزيع التيار والإشعاع لدى أحاديات القطب وكثير من الهوائيات المطبوعة. لا يوجد حجم مثالي عام يساوي λ/4 لكل جهاز.
قد يحتاج الهوائي المتوازن عند توصيله بكابل غير متوازن إلى بالون مناسب أو ضبط تيارات الغلاف. إذا تغيّر القياس كثيراً عند تحريك الكابل، افحص تيارات النمط المشترك قبل نسبة المشكلة كلها إلى المشع.
تقليل خسارة الكابل الخارجي يحسن انتقال القدرة في النظام، لكنه يختلف عن رفع كفاءة الإشعاع المقاسة عند منفذ الهوائي. حدد المرجع عند التقرير.
5. قياس القدرة المشعة
يمكن استخدام تكامل نمط مناسب أو غرفة ارتداد كهرومغناطيسي معايرة وفق الجهاز والنطاق. قراءة واحدة لقوة الإشارة في اتجاه واحد لا تقيس القدرة المشعة الكلية.
| القياس | ما يوضحه |
|---|---|
| الانعكاس | المطابقة والنطاق عند المنفذ. |
| الكسب والنمط | التوزيع المكاني للإشعاع. |
| الكفاءة | القدرة المشعة بالنسبة إلى المرجع. |
| اختبار الجهاز | تأثير الغلاف وطريقة الاستخدام. |
الفتحة الفعالة والوحدات
مع شروط مطابقة واستقطاب مناسبة، تكون مساحة الاستقبال الفعالة Ae = Gλ²/(4π)، باستخدام كسب خطي متوافق مع المرجع. ليست هذه المساحة دائماً المساحة الهندسية المرئية.
وحدة التردد هي الهرتز Hz، والقدرة بالواط W، والديسيبل يعبر عن نسبة لوغاريتمية. لا تُستخدم هذه الوحدات بدلاً من بعضها. زيادة التردد لا تعني تلقائياً زيادة كفاءة الهوائي.
قد يحسن تغيير الموضع والاستقطاب أو تقليل التداخل الاستقبال. وقد يقلل مضخم أمامي أثر خسائر المراحل اللاحقة، لكنه لا يغيّر كفاءة إشعاع الهوائي وقد يتعرض للحمل الزائد.
راجع تعريفات كفاءة الهوائي والفتحة الفعالة. احتفظ بمستويات المرجع وعدم اليقين، ولا تحول تحسن المطابقة إلى وعد ثابت بزيادة المدى.
