هوائي ياغي مقابل هوائي متعدد الاتجاهات: أيهما أفضل؟

تحتل الهوائيات موقع الصدارة والمركز في أي نظام اتصال مشترك1TP14. فهي تلعب الدور الرئيسي لإرسال واستقبال الإشارات بين المصدر والوجهات. هناك أنواع عديدة من الهوائيات بأحجام مختلفة وخصائص أداء فريدة. تهدف هذه المقالة إلى توفير فهم شامل للهوائيات متعددة الاتجاهات وهوائيات الياجي وكيفية مقارنتها ببعضها البعض.

نظرة عامة على الهوائيات

الهوائي هو جهاز يستخدم لتحويل الطاقة الكهربائية إلى موجات كهرومغناطيسية والعكس. وهي تقوم بإرسال واستقبال الإشارات وتعمل كأجهزة ربط في أنظمة الاتصال المشترك communication. يلعب الهوائي دورًا رئيسيًا في تحديد أداء نظام الاتصال المشترك communication. وتوجد الهوائيات بهياكل فيزيائية مختلفة، ونطاقات ترددات العمل، والكسب، والاتجاهية، والقطبية، وما إلى ذلك، ويتم تصنيفها إلى أنواع مختلفة بناءً عليها. ويرد أدناه وصف موجز لبعض أنواع الهوائيات الأكثر شيوعاً.

سجل الهوائي الدوري: يتكون هذا النوع من الهوائيات من سلسلة من الأقطاب الثنائية القطب الموضوعة على طول محور الهوائي على فترات زمنية مختلفة متبوعة بدالة لوغاريتمية للتردد. وهي اتجاهية وذات عرض شعاع ضيق. تُستخدم هذه الهوائيات عادةً للتطبيقات التي تتطلب عرض نطاق ترددي متغير إلى جانب كسب الهوائي والاتجاهية.

هوائيات سلكية: أحد أبسط أنواع الهوائيات وأكثرها استخداماً في مجموعة متنوعة من الإعدادات. وهي تستخدم أسلاكاً موصلة لإرسال واستقبال الإشارات اللاسلكية. يمكن أن تكون إما هوائيات ثنائية القطب أو أحادية القطب. وهي عادةً ما تكون هوائيات متعددة الاتجاهات وتستخدم في تطبيقات مثل البث الإذاعي والاتصالات اللاسلكية المشتركة والتطبيقات اللاسلكية أو مثبتة على المركبات والسفن والمباني وغيرها.

هوائيات الفتحة: يحتوي هذا النوع من الهوائيات على فتحة واحدة أو أكثر على سطح موصل لاستقبال الإشارات. ويمكن أن تكون هذه الهوائيات إما هوائيات ذات فتحات أو هوائيات ذات قرون. وتستخدم عادةً في ترددات الموجات الدقيقة ويمكن استخدامها في تطبيقات مثل الأقمار الصناعية والرادارات والطائرات والمركبات الفضائية.

هوائيات عاكسة: هذا النوع من الهوائيات اتجاهي للغاية ويستخدم سطحًا عاكسًا منحنيًا لتركيز الموجات الراديوية أو غيرها من الموجات الكهرومغناطيسية في اتجاه واحد. يمكن أن تكون إما هوائيات مكافئة أو هوائيات زاوية. وتستخدم بشكل أساسي كهوائيات مغذية وتستخدم لتطبيقات مثل الاتصالات عبر الأقمار الصناعية وأنظمة الرادار وغيرها.

هوائيات متناهية الصغر: هذا هوائي مسطح يتكون من رقعة معدنية مطبوعة على ركيزة رقيقة. وهي عادة ما تكون صغيرة وصغيرة الحجم وخفيفة الوزن وسهلة الدمج مع الأجهزة الإلكترونية. تُستخدم في الأجهزة المحمولة وأجهزة التوجيه، إلخ.

هوائيات مصفوفة: يحتوي هذا النوع على عدة هوائيات صغيرة مرتبة بطريقة معينة بحيث يعمل كل هوائي على تقوية وتحسين جودة الإشارة. هوائي Yagi هو أحد أكثر أنواع الهوائيات المصفوفة طلباً. وهي قابلة للتخصيص بسهولة، وبالتالي تُستخدم للتطبيقات عالية الكسب التي تحتاج إلى التحكم في نمط الإشعاع. وتُستخدم في البث الإذاعي والشبكات اللاسلكية وما إلى ذلك.

ما هو الهوائي متعدد الاتجاهات؟

الهوائيات متعددة الاتجاهات هي هوائيات يمكنها إرسال واستقبال الإشارات في جميع الاتجاهات بالتساوي. وهذا يجعلها مثالية للتطبيقات التي يحتاج فيها الهوائي إلى الاتصال بأجهزة متعددة في اتجاهات مختلفة أو عندما يكون اتجاه إشارة الجهاز المستهدف متبايناً أو لا يمكن التنبؤ به. تُستخدم الهوائيات متعددة الاتجاهات لكل من التطبيقات المحمولة والثابتة. فهي تُستخدم في المركبات المتحركة مثل السفن والمركبات المتنقلة وتستخدم أيضاً لشبكات WiFi في مواقع مثل المطاعم وقاعات المؤتمرات والمخيمات والمنتجعات وغيرها. في المناطق الحضرية حيث توجد مساحة محدودة بين برجي إشارة، يتم استخدام الهوائيات متعددة الاتجاهات.  

ما هو هوائي ياغي؟

هوائي yagi هو هوائي اتجاهي قوي. يحتوي على عناصر طفيلية متوازية تعمل على هيكل ذراع واحد. يعمل ثنائي القطب كعنصر محرك، وتقوم العناصر الطفيلية بإعادة إشعاع الإشارات في طور مختلف قليلاً عن طور العنصر المحرك. وهذا يوفر قوة اتجاهية عالية من خلال تعزيز الإشارة في بعض الاتجاهات وإلغاءها في اتجاهات أخرى. تُستخدم عادةً للاتصال المشترك من نقطة إلى نقطة 1TP14 والتطبيقات بعيدة المدى.

الاختلافات الرئيسية بين الهوائيات متعددة الاتجاهات وهوائيات ياغي

التصميم والهيكل: صُممت الهوائيات متعددة الاتجاهات بحيث يكون لها نمط إشعاع على شكل كعكة دائرية مع وجود هوائي في المركز. وهي متوفرة في نماذج مختلفة مثل الهوائيات أحادية القطب وثنائية القطب والمستوى الأرضي والهوائيات المحورية. تحتوي هوائيات Yagi على عناصر توجيه متعددة مرتبة بالتوازي على جانبي هيكل الحزمة في مصفوفة خطية إلى جانب عنصر توجيه وعاكس.

مبدأ التشغيل: في الهوائي متعدد الاتجاهات، عندما تمر الموجات الراديوية عبر الهوائي، تلتقطها العناصر المشعة وتوجهها في دائرة كاملة، مما يمكِّن الهوائي من إرسال واستقبال الإشارات من جميع الاتجاهات في وقت واحد عمودياً على المحور مع اختلاف القدرة مع انخفاض زاوية المحور إلى الصفر على المحور. في هوائي Yagi، يولِّد العنصر الدافع موجات كهرومغناطيسية ويعكس العنصر العاكس الموضوع خلف العنصر الدافع تلك الموجات إلى الأمام بحيث يقوم الموجهون الموضوعون في المقدمة بتوجيه الموجات المنعكسة وتركيزها إلى الأمام.

نطاق التردد وعرض النطاق الترددي: تتوفر الهوائيات متعددة الاتجاهات والهوائيات الاتجاهية في نطاق واسع من الترددات. وتتوفر الهوائيات متعددة الاتجاهات بشكل عام في نطاق تردد يتراوح بين 100 ميجا هرتز و6 GHz بينما تتراوح ترددات هوائيات الياجي بين 30 إلى 3000 MHz. وتتميز الهوائيات متعددة الاتجاهات بنمط إشعاع عريض وعرض حزمة عريض بينما تتميز هوائيات الياغي بنمط إشعاع ضيق وعرض حزمة مركزة.

الكسب والاتجاهية: تنتج الهوائيات متعددة الاتجاهات كسبًا أقل من هوائيات Yagi التي تكون اتجاهية. وكما يوحي الاسم، فإن الهوائيات متعددة الاتجاهات توجه الإشارات في جميع الاتجاهات في مجال 360 درجة بينما هوائيات Yagi اتجاهية وبالتالي تركز الإشارات على زاوية تتراوح بين 45 درجة و90 درجة.

التركيب وقابلية النقل: الهوائيات متعددة الاتجاهات سهلة التركيب بسبب نمطها الذي يبلغ 360 درجة. يتم نشرها على المحطات الأساسية والمواقع الخلوية ونقاط الوصول اللاسلكية. وتُستخدم للتطبيقات المحمولة والثابتة على حد سواء. هوائيات ياغي سهلة التركيب أيضاً، ولكنها تتطلب دراسة دقيقة للموقع والتوجيه. تُستخدم هوائيات Yagi عادةً كهوائيات ثابتة ولكن يمكن تخصيصها.

الحجم والشحن: يتوفر كل من الهوائيات متعددة الاتجاهات وهوائيات ياغي بأحجام مختلفة. عادةً ما تتكون الهوائيات متعددة الاتجاهات من هيكل يشبه القضيب أو هيكل مبسط، وبالتالي يسهل تعبئتها وشحنها. أما هوائيات الياغي فهي أضخم حجماً مقارنة بالهوائيات متعددة الاتجاهات ويمكن أن تكون طويلة جداً إذا كانت هناك حاجة إلى كسب عالٍ. لكن معظم هوائيات الياغي الحديثة يمكن تفكيكها إلى عناصرها وتعبئتها وبالتالي يمكن شحنها بسهولة.

مزايا وعيوب هوائيات الياجي

المزايا:

• مكاسب عالية واتجاهية للغاية
• نطاق تغطية أعلى من الهوائيات متعددة الاتجاهات
• أقوى من هوائيات أومني
• أكثر تسامحًا مع التداخلات

العيوب:

• الهوائي طويل جداً لتحقيق مكاسب أعلى.
• التنقل المحدود
• التركيب أكثر تعقيداً من الهوائيات متعددة الاتجاهات

مزايا الهوائيات متعددة الاتجاهات وعيوبها

المزايا:

• متعدد الاستخدامات للتطبيقات الثابتة والمتنقلة
• سهولة التركيب
• يمكن استخدامها مع شركات اتصالات متعددة من أبراج خلوية مختلفة
• رائعة في تعزيز الإشارات 4G/5G

العيوب:

• نطاق تغطية أقل
• مكاسب أقل
• عرضة للتداخل من اتجاهات مختلفة

كيفية اختيار الهوائي المناسب

متطلبات الأداء: إن ترددات التشغيل، وعرض النطاق الترددي، وكسب الهوائي، والاستقطاب، ومنطقة التغطية، وما إلى ذلك، هي بعض من معلمات الأداء الرئيسية التي يجب أخذها في الاعتبار. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب نطاق استقبال أكبر ولكن لمسافة أقصر نسبيًا وتحتاج إلى العمل مع مزودي شبكات متعددين، فإن الهوائيات متعددة الاتجاهات تكون أكثر ملاءمة. ومع ذلك، إذا كانت التغطية مطلوبة لمجال أو اتجاه أكثر تركيزًا، فإن هوائي الياغي يكون أكثر ملاءمة. هوائيات Yagi أقوى وبالتالي فهي مناسبة للإرسال بعيد المدى أكثر من الهوائيات متعددة الاتجاهات.

القيود المادية: من المهم مراعاة المساحة المتاحة وخيارات التركيب. الهوائيات متعددة الاتجاهات صغيرة الحجم، وبالتالي لا تشغل سوى مساحة محدودة. وبما أن لها نمط إشعاع بزاوية 360 درجة، فمن السهل وضعها ولا تحتاج إلى إعادة ضبط حتى لو تغيرت مواقع مزودي الإشارة أو أبراج الاتصالات الخلوية. تشغل هوائيات Yagi مساحة أكبر نسبيًا ويمكن أن تكون طويلة جدًا إذا كانت هناك حاجة إلى كسب أعلى. يعد تركيب هوائيات الياغي أكثر تعقيدًا نسبيًا لأنها تتطلب وضعًا وتوجيهًا دقيقًا لتحقيق الأداء الأمثل.

العوامل البيئية: بناءً على موضع الهوائي، يمكن أن تؤثر الظروف البيئية مثل الرياح ودرجة الحرارة والرطوبة وما إلى ذلك على أداء الهوائي. هوائيات Yagi ذات الشكل المثلث والعناصر الممتدة على كل جانب يمكن أن تتأثر أكثر بظروف مثل الرياح القوية. أما الهوائيات متعددة الاتجاهات ذات البنية الأبسط فهي أكثر مقاومة للظروف البيئية القاسية.

تحليل التكاليف: التكلفة عامل رئيسي يجب مراعاته عند اختيار الهوائيات. وتعتبر التكلفة الأولية للشراء والتركيب، وتكلفة التشغيل، والعائد على الاستثمار من العوامل الرئيسية التي يجب أخذها في الاعتبار. يتوفر كل من هوائيات الياغي والهوائيات متعددة الاتجاهات بسهولة في السوق، وبالتالي يمكن الحصول عليها بأسعار معقولة.

الخاتمة

تلعب الهوائيات دورًا رئيسيًا في أنظمة الاتصال المشترك communication وسيكون لأدائها تأثير كبير على الأداء الكلي لنظام الاتصال المشترك communication. تُستخدم الهوائيات متعددة الاتجاهات وهوائيات الياغي في التطبيقات الداخلية والخارجية على حد سواء. يعد الاختيار بين هذين النوعين من الهوائيات فريدًا من نوعه بالنسبة للتطبيق المحدد ويعتمد على عوامل مثل معايير الأداء والظروف البيئية وسهولة التركيب والصيانة، إلخ. سيساعد اختيار الهوائي الصحيح في تحسين نظام الاتصال communication.