ما هي هوائيات FM؟ الدليل الكامل

إن هوائيات FM التي تعمل بين الترددات 88 - 108 MHz قادرة على إنشاء اتصالات صوتية موثوقة مشتركة بين الترددات 88 - 108 MHz لمجموعة متنوعة من التطبيقات. تستكشف هذه المقالة مبدأ عمل هوائيات FM، وتسلط الضوء على أنواعها الرئيسية، بالإضافة إلى استخدامها في السياقات الشخصية والتجارية المشتركة والطوارئ. كما يتطرق إلى العوامل المؤثرة في اختيار الهوائي ويحدد العديد من الاعتبارات الأساسية التي يجب على المستخدم مراعاتها لتحقيق الأداء الأمثل لهوائيات FM مع ضمان سلامة الإشارة.

مقدمة إلى هوائيات FM

هوائيات FM عبارة عن هوائيات ذات تردد عالٍ جداً (VHF) مصممة خصيصاً للعمل في نطاق تردد FM اللاسلكي 88-108 MHz. تعمل هوائيات FM كواجهة في إرسال واستقبال إشارات FM. ومع ذلك، فإن الهوائي ليس حصرياً لإشارات FM؛ فهو يستقبل أي إشارات تحدث في نطاق التردد العالي جداً. ومع ذلك، فإن التأثير الناجم عن إشارات FM هو أن الهوائيات مضغوطة نسبياً بسبب الطول الموجي القصير لإشارات FM.

تسهّل هوائيات FM إرسال واستقبال إشارات FM بكفاءة. وتؤثر هذه الهوائيات من خلال تصميمها ووضعها المصمم خصيصًا على نطاق الإشارة ووضوحها وقوة الإشارة من أجل الحفاظ على إرسال واستقبال عالي الجودة، مما يعزز مدى وصول وموثوقية البث الإذاعي على موجات FM.

كيف تعمل هوائيات FM؟

إشارات FM الراديوية هي نوع من الموجات الكهرومغناطيسية التي تنتشر عبر الفضاء باستخدام ذبذبات كهربائية ومغناطيسية. وبالإضافة إلى إشارات راديو FM، فإن الطيف الكهرومغناطيسي يشمل أيضاً الموجات الميكروية والأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة gamma. وتناسب إشارات راديو FM، كونها إشارات كهرومغناطيسية ذات ترددات عالية جداً، البث الإذاعي القصير إلى المتوسط المدى نظراً لانتشارها على خط البصر.

تمكّن هوائيات FM من تحويل الإشارات الكهربائية إلى موجات كهرومغناطيسية ذهاباً وإياباً في إرسال واستقبال الإشارات على التوالي. في إرسال الإشارة، يحصل الهوائي على إشارة كهربائية من جهاز الإرسال، والتي تُستخدم لإنشاء مجالات كهربائية ومغناطيسية متذبذبة، مما ينتج موجات راديو. وأثناء الاستقبال، يعترض الهوائي الموجات الكهرومغناطيسية الواردة، التي تتسبب في تحريض تيار كهربائي مناظر، يعالجه جهاز الاستقبال لإعادة إنشاء الإشارة المرسلة.

أنواع هوائيات FM

تشتمل هوائيات FM على مجموعة متنوعة من أنواع الهوائيات، كل منها مصمم لتحسين إرسال واستقبال الإشارات ضمن نطاق التردد 88 -108 ميجا هرتز. وفيما يلي بعض من أكثر أنواع هوائيات FM:

هوائيات ثنائية القطب

هذا هو نوع هوائي FM الأكثر استخداماً والأكثر استخداماً والأكثر أساسية. ويتكون هذا الهوائي من موصلين متساويين في الطول على شكل حرف "T" وخط تغذية في مركزه، ويستخدم هذا الهوائي في محطات الراديو وأجهزة إرسال FM فقط نظراً لأدائه المتوازن. وعلاوة على ذلك، تُستخدم هذه الهوائيات أيضًا لتشكيل صفائف هوائيات، حيث يتم إعداد هوائيات ثنائية القطب من نفس التصميم ونطاق التردد لتقليل فرص التداخلات متعددة المسارات.

هوائيات ياغي

هوائيات Yagi عبارة عن هوائيات اتجاهية تتكون من ثنائي القطب كعنصر مدفوع وعاكس وعدة موجهات. ويمنحها هذا التصميم الفريد القدرة على تعزيز كسب الإشارة في اتجاه محدد، مما يجعل هوائيات Yagi مناسبة للغاية للتطبيقات التي تتطلب الاتصال في اتجاه معروف. تُستخدم هوائيات Yagi في الغالب في البث الإذاعي على موجات FM بشكل خاص لتوفير الاتصال في المناطق المستهدفة ولضمان الاتصال عبر المحطات البعيدة.

هوائيات عمودية

وتُعرف هذه الهوائيات باسم الهوائيات أحادية القطب، حيث أن تصميمها يشبه الهوائي ثنائي القطب مع دفن نصف طوله في الأرض. هذه الهوائيات متعددة الاتجاهات وبالتالي فهي مناسبة لتلبية احتياجات البث على موجات FM حيثما كانت التغطية المطلوبة أوسع نطاقاً. ونظراً لبساطة تصميم الهوائي العمودي وصغر حجمه، فهو سهل التركيب، مما يجعله خياراً رائعاً لعمليات راديو الهواة.

الهوائيات الحلقية

الهوائيات الحلقية هي عبارة عن حلقات أو ملفات سلكية تم تشكيلها على شكل دائري أو مستطيل وفقاً للغرض المقصود منها. على الرغم من أن هذه الهوائيات قادرة على أنماط اتجاهية ومتعددة الاتجاهات على حد سواء، إلا أنها غالباً ما تستخدم كهوائيات اتجاهية. وبالإضافة إلى ذلك، تتميز هذه الهوائيات بكونها أقل عرضة للتشويش من صنع الإنسان، وبالتالي تُستخدم في الغالب لتحسين استقبال الإشارة.   

الهوائيات السوطية

الهوائي السوطي هو هوائي أحادي القطب مرن بطبيعته. وهذا يجعله بالتالي خياراً رائعاً لأجهزة استقبال راديو FM المحمولة في أجهزة راديو FM والهواتف اللاسلكية وأجهزة اللاسلكي. غالبًا ما تكون هذه الهوائيات مغلفة بطبقة واقية تجعلها خيارًا متينًا ومرنًا في مختلف البيئات وخيارًا شائعًا لأجهزة الراديو في السيارات.

نطاق تردد هوائيات FM

وحسب تعريف لجنة الاتصالات الفيدرالية للاتصالات (FCC)، فإن نطاق البث الإذاعي على موجة التضمين الترددي FM في الولايات المتحدة يشغل نطاق التردد من 88 MHz إلى 108 MHz. ومع ذلك، قد يكون لهذا النطاق اختلافات طفيفة في أجزاء أخرى من العالم ولكنه مع ذلك يقع ضمن نطاق التردد العالي جداً.

ينقسم نطاق FM في الولايات المتحدة إلى 100 قناة، عرض كل منها 0.2 MHz، ويقع ترددها المركزي عند 0.MHz من الطرف السفلي للقناة؛ ومن ثم ينتهي كل تردد مركزي FM بامتداد عشري فردي .1 أو .3 أو .5 أو .7 أو .9.

نظرًا لأن نطاق FM يستخدم حصريًا للبث الإذاعي FM، فإن هذا يضمن أقل تداخل ممكن من منافذ الاتصال الأخرى communication. علاوة على ذلك، يُعدّ نطاق التردد العالي أيضاً عاملاً رئيسياً في تحقيق دقة صوتية أعلى ونسبة إشارة إلى ضوضاء أفضل (SNR) مقارنةً بنطاقات التردد المنخفضة.

عند النظر في الاختلافات بين نطاقات التردد FM وAM، فإن لكل منهما خصائصه الفريدة. يستخدم راديو AM نطاق التردد المتوسط (MF) من 535 kHz إلى 1605 kHz، وهو نطاق رائع للسفر لمسافات طويلة، وعلاوة على ذلك، يمكن لراديو AM خلال الليل أن يغطي عدة مئات من الأميال عن طريق الانعكاس من الأيونوسفير عبر ظاهرة تسمى انتشار "موجات السماء".

وبالنظر إلى انتشار موجات التضمين الترددي FM، فإن قدراتها تظل ثابتة بغض النظر عن الوقت ليلاً أو نهاراً، كما أنها أكثر قوة في مواجهة الضوضاء والتداخل من موجات التضمين الترددي AM بسبب نطاق ترددها الأعلى. ومع ذلك، وبالنظر إلى التغطية، فإن إشارات FM لها نطاق تغطية أقصر بكثير، حيث تعتمد وسائل انتشارها في المقام الأول على نهج خط البصر.

تنعكس هذه الاختلافات في الترددات بشكل أكبر في تصميم وتطبيق هوائيات FM وAM. فعادةً ما تكون هوائيات FM أقصر مقارنةً بهوائيات AM بسبب الأطوال الموجية الأقصر (الترددات الأعلى) التي صُممت لدعمها، في حين أن هوائيات AM أطول بكثير لدعم الأطوال الموجية الأطول المقابلة لتردداتها المنخفضة نسبياً.

تطبيقات هوائي FM

تلعب هوائيات FM أدوارًا مهمة في مختلف التطبيقات في مجموعة من الصناعات. وتشمل بعض تطبيقاتها المعروفة ما يلي:

البث الإذاعي على موجة التضمين الترددي FM

ربما يكون البث الإذاعي هو الاستخدام الأكثر شيوعًا لتعديل التردد، لدرجة أنه مرادف للتضمين الترددي. لذلك، تلعب هوائيات FM دوراً مهماً في نقل المحتوى الصوتي من محطات الراديو إلى المستمعين. تُستخدم هوائيات FM عالية الطاقة ومصفوفات هوائيات FM معًا من قبل المذيعين لتوفير تغطية أوسع، والحفاظ على استقبال واضح ومتسق للمستخدمين.

كأجهزة لاسلكي شخصية محمولة

عادةً ما تُستخدم هوائيات FM السوطية في أجهزة ستريو السيارات والأجهزة المحمولة باليد لتزويد المستخدمين بالاتصال بإشارات FM. ومن خلال قدرتها على توفير اتصال مباشر بإشارات FM دون الحاجة إلى جهاز وسيط، تبرز هوائيات FM كعنصر لا يقدر بثمن في تكنولوجيا الصوت اللاسلكي.

أجهزة الاستماع المساعدة على الاستماع

في أنظمة التعلم المساعدة، تعمل هوائيات FM في ترددات قريبة من نطاق FM القياسي أو ضمنه لتسهيل التجارب الصوتية الواضحة للأفراد الذين يعانون من إعاقات سمعية في أماكن مثل المسارح وقاعات المحاضرات وأماكن العبادة.

أنظمة البث في حالات الطوارئ

تعمل هوائيات FM كخيار موثوق به للحفاظ على سلامة الصوت وسط الاضطرابات، مما يجعلها عنصراً حيوياً في تبادل المعلومات أثناء الكوارث الطبيعية والظروف الجوية القاسية وغيرها من حالات الطوارئ. ولذلك، عادةً ما يتم استخدام هذه الهوائيات لتوفير اتصالات السلامة العامة في أوقات الطوارئ.

كسب الهوائي والاتجاهية: تعزيز قوة الإشارة

يمكن تحديد أداء FM أو أي هوائي من خلال الكسب والاتجاهية التي يعرضها.

وبالنظر إلى كسب الهوائي، فهو مقياس لفعالية الهوائي في توجيه طاقة التردد اللاسلكي في اتجاه معين مقارنةً بمبرد متساوي الخواص. في سياق هوائيات FM، الكسب هو قدرة الهوائي على تعزيز قوة الإشارة داخل نطاق تردد FM. وعادةً ما يكون هوائي FM ثنائي القطب ثنائي الموجة الأكثر استخداماً على موجة FM ذات كسب معتدل يبلغ 2.15 dBi، ومع ذلك، فإن هوائيات FM المتخصصة، مثل هوائيات Yagi، قادرة على تحقيق مكاسب أعلى بكثير تتراوح بين 7 و12 dBi.

اتجاهية الهوائي هي مقياس لمدى تركيز الإشعاع في اتجاه معين. وعلى عكس الكسب، فهي مقياس بلا أبعاد يقارن الهوائي بمصدر متساوي الخواص. تأتي هوائيات FM في أنواع مختلفة، منها ما هو متعدد الاتجاهات ومنها ما هو اتجاهي في نمط الإشعاع. تتميز هوائيات Yagi FM بأنها اتجاهية للغاية وبالتالي تُستخدم لتوفير الاتصال بالمناطق المستهدفة والمناطق الصعبة جغرافياً. أما هوائيات FM العمودية أو السوطية فهي متعددة الاتجاهات، مما يجعلها مثالية لأغراض البث العام.

من المهم أيضًا ملاحظة أنه على الرغم من أن الكسب والاتجاهية الأعلى يمكن أن يسهم في تحسين قوة الإشارة في الاتجاه المقصود، فإنه يقلل أيضًا من الإشعاع في الاتجاهات الأخرى. لذلك، من الأفضل مراعاة متطلبات التغطية أيضًا عند اتخاذ قرار بشأن كسب الهوائي والاتجاهية المطلوبين.

هوائيات FM مقابل هوائيات AM: الاختلافات الرئيسية

صُممت هوائيات FM وAM لتعمل ضمن نطاقات التردد الفريدة الخاصة بها باستخدام تقنيات تعديل مختلفة، مما يؤدي إلى اختلافات في تصميمها وحجمها ووظائفها. فيما يلي قائمة بالاختلافات الرئيسية الموجودة بين هوائيات FM وهوائيات AM.

اختيار هوائي FM المناسب

لاختيار هوائي FM المناسب، يجب على المرء أن ينظر إلى متطلباته وظروفه بعمق وتفصيل. ويُعد موقع الشخص وحالة الاستخدام والميزانية من الأمور الحاسمة في تحديد الاختيار الصحيح. وفيما يلي دليل لمساعدتك في الاختيار الصحيح.

الموقع

يؤثر موقع المستخدم على الكفاءة الكلية للهوائي. في معظم الحالات، تعاني المناطق الحضرية من تداخل الإشارات الناجم عن الانعكاسات من العوائق مثل المباني العالية، لذا في هذه الحالات يكون من الفعال استخدام الهوائيات الاتجاهية التي تستقبل الإشارات من اتجاه واحد حصري. من ناحية أخرى، من المرجح أن تستفيد المناطق الريفية من الهوائيات متعددة الاتجاهات لأنها قادرة على استقبال جميع الإشارات اللازمة بغض النظر عن الاتجاه. بالإضافة إلى ذلك، يجب عليك أيضًا مراعاة المسافة من أجهزة إرسال FM. إذا كنت قريبًا من جهاز الإرسال، فسيعمل الهوائي الداخلي، بينما إذا كنت بعيدًا فسيكون الهوائي الخارجي أكثر فعالية.

الاستخدام

قد ترغب في البدء بالتفكير في الغرض من الهوائي. على سبيل المثال، إذا كنت مستمعًا عاديًا، فإن الهوائي الداخلي، على سبيل المثال، نموذج منضدية سهل التركيب والاستخدام، سوف يناسب احتياجاتك. من ناحية أخرى، فإن الهوائيات الخارجية، حيث يعتمد الطراز الدقيق على الكسب المطلوب، هي الأنسب للهواة أو المحترفين الذين يبحثون عن جودة إشارة عالية. بالنسبة للمذيع، من الضروري اختيار هوائي بث قوي يمكنه التعامل مع قوة إرسال كبيرة ويعمل بشكل جيد في مزيج من الظروف.

الميزانية

يمكنك العثور على كل شيء، مثل الهوائيات الداخلية ذات الأسعار المعقولة والهوائيات الاحترافية باهظة الثمن. في حين أن البحث عن هوائيات بأسعار معقولة أمر مقبول لمستخدم عشوائي، سيبدأ أي محترف في البحث عن هوائيات عالية الجودة والتي ستكلف أكثر بكثير ولكنها ستضمن جودة عالية. لذا، في summary، فإن تحديد المبلغ الذي ترغب في إنفاقه وفي أي نطاق سيضمن لك هوائيات ذات وظيفة مثالية بالنسبة لك.

تداخل الإشارات

يمكن أن تتسبب الأجهزة الإلكترونية الأخرى، مثل الهواتف أو أجهزة توجيه Wi-Fi، في حدوث تداخل في موجات FM، مما قد يؤثر سلباً على جودة إشارة الراديو. في هذه الحالات، غالباً ما يكون من المثالي الحصول على هوائي مناسب يحجب التداخل، والحل الشائع هو هوائي محمي أو مرشح. يُعد وضع الهوائي أيضاً من الاعتبارات الأساسية لمنع التداخل المتبادل.

سهولة التركيب

ضع في اعتبارك ما إذا كان الهوائي يحتاج إلى تركيب الهوائي بشكل احترافي أو يمكن للمستخدم تركيبه. عادة ما تكون الهوائيات الداخلية قابلة للتركيب والتشغيل بشكل عام، بينما قد تحتاج الموديلات الخارجية إلى وضع دقيق، وتركيب الأجهزة ومقاومة للعوامل الجوية. يجب أن يتناسب تعقيد التركيب مع كفاءتك الفنية ومواردك.

Reco1TP15التوصيات بناءً على الاحتياجات والمتطلبات المحددة

للمتطلبات الداخلية

سيوفر الهوائي ثنائي القطب أو الهوائي السوطي عموماً استقبالاً كافياً للإشارة في المناطق الحضرية، على الرغم من أن التداخل من المباني والأجهزة الإلكترونية قد يؤثر على الأداء. قد يكون هذا الأمر مفضلاً لمعظم الإعدادات المنزلية، حيث أن هذه الهوائيات ميسورة التكلفة وسهلة التركيب. بالإضافة إلى ذلك، تعمل الهوائيات التلسكوبية بشكل رائع في المساحات الصغيرة، وهي رخيصة الثمن إلى حد ما أيضاً.

للمتطلبات الخارجية

الهوائيات الخارجية مناسبة بشكل أفضل للمناطق ذات الإشارات الضعيفة أو غير المتناسقة. هوائيات Yagi، على سبيل المثال، ذات طبيعة اتجاهية تماماً وهي مثالية إذا كنت ترغب في استقبال إشارات FM من مسافة مباشرة. أما إذا كانت هناك حاجة لاستقبال إشارات من اتجاهات متعددة، فسيكون الهوائي متعدد الاتجاهات الخارجي مناسبًا. وكلما كان الهوائي مثبتاً على ارتفاع أعلى، كلما كان الاستقبال أفضل، حيث تقل العوائق.

للمتطلبات المهنية

تعد الهوائيات، مثل الهوائيات ذات الاستقطاب الدائري، القادرة على تغطية مساحة كبيرة والعمل على تضاريس مختلفة دون أن تتلاشى الإشارة، أكثر ملاءمة للمستخدمين المحترفين. من الضروري أيضاً أن يتطابق تصنيف طاقة الهوائي مع خرج جهاز الإرسال من أجل حماية النظام من الإجهاد الزائد.

الخاتمة

تُعد هوائيات FM في جوهرها عنصراً أساسياً في عالم الاتصالات اللاسلكية الحالي co1TP15، ناهيك عن أنها تعمل أيضاً كمضيف لوظائف تتراوح بين البث الشخصي والمهني. إن فهم الاختلافات في أنواع الهوائيات ومدى ملاءمتها لبيئات معينة هو المفتاح لتحقيق استقبال واضح وموثوق. من خلال تقييم عوامل مثل قوة الإشارة والتداخل ومتطلبات التركيب، يمكن للمستخدمين اختيار هوائي FM الذي يلبي احتياجاتهم مع ضمان أداء فعال ودائم. يضمن هوائي FM المختار بعناية الأداء الأمثل، مما يجعله أداة أساسية للتطبيقات الشخصية والمهنية على حد سواء.