العربية العربية 
تصفح الكمية:455 الكاتب:محرر الموقع نشر الوقت: 2025-02-20 المنشأ:محرر الموقع
في عالم هندسة الهوائي ، يعد فهم الفروق الدقيقة لأنماط الإشعاع أمرًا ضروريًا لتحسين أنظمة الاتصالات. من بين هذه الفروق الدقيقة ، يحمل مفهوم مستوى Sidelobe (SLL) أهمية كبيرة. تمثل Sidelobes إشعاعًا غير مرغوب فيه ينبعث بهوائي في اتجاهات أخرى غير الفص الرئيسي ، مما قد يتسبب في تداخل وأداء النظام المتدهورة. يسعى المهندسون إلى تحقيق مستويات جانبية منخفضة لتعزيز وضوح الإشارة وتقليل التداخل. هذه المقالة تتدفق إلى مستوى Sidelobe في SLL ، وتأثيرها على أداء الهوائي ، والتقنيات المستخدمة لإدارة وتقليل مستويات Sidelobe.
نمط إشعاع الهوائي هو تصوير رسومي لخصائصه الإشعاعية كدالة لإحداثيات الفضاء. يوضح كيف يوجه الهوائي الطاقة التي يشعها أو يتلقاها. يشير الفص الرئيسي لنمط الإشعاع إلى الاتجاه الذي يشع الهوائي الحد الأقصى للطاقة ، والذي يشير عادة نحو الهدف المقصود في أنظمة الاتصالات.
ومع ذلك ، فإن الهوائيات تنبعث أيضًا من الطاقة في اتجاهات أخرى ، والمعروفة باسم Sidelobes و Backlobes. يمكن أن تتداخل هذه الانبعاثات غير المقصودة مع الأنظمة الأخرى وتقلل من الكفاءة الكلية للهوائي. يعد فهم هذه الجوانب والتحكم فيها أمرًا بالغ الأهمية للتصميم الفعال للهوائيات ، وخاصة في التطبيقات التي تتطلب اتجاهية دقيقة مثل أنظمة الرادار والاتصالات عبر الأقمار الصناعية.
Sidelobes هي قمم ثانوية في نمط الإشعاع لهوائي ، تحدث عند زوايا بعيدًا عن الفص الرئيسي. هم نتيجة لأنماط التداخل التي أنشأتها عناصر الهوائي. في حين أن الفص الرئيسي ضروري لإرسال إشارات أو استلامها في الاتجاه المطلوب ، يمكن أن تسبب الجوانب الإشعاع غير المقصود ، مما يؤدي إلى تداخل محتمل مع قنوات الاتصال الأخرى وتقليل أداء النظام.
في بعض التطبيقات ، يمكن أن تكون مستويات Sidelobe العالية مشكلة خاصة. على سبيل المثال ، في أنظمة الرادار ، يمكن أن تؤدي الجانبية القوية إلى اكتشاف مستهدف خاطئ ، بينما في اتصالات الأقمار الصناعية ، يمكن أن تسبب تداخلًا مع الأقمار الصناعية المجاورة أو المحطات الأرضية. لذلك ، يعد التحكم في مستويات Sidelobe جانبًا مهمًا لتصميم الهوائي وتحسينه.
مستوى SideLobe (SLL) هو مقياس للقوة النسبية للتباين مقارنة بالفص الرئيسي لنمط إشعاع الهوائي. يتم التعبير عنه عادة في ديسيبل (ديسيبل) تحت ذروة الفص الرئيسي. من الناحية الرياضية ، يتم حسابها كنسبة لكثافة الطاقة من Sidelobe إلى تلك الموجودة في الفص الرئيسي. يشير SLL السفلي إلى أن الجانبيين أضعف ، وهو أمر مرغوب فيه في معظم التطبيقات.
يعد تقليل SLL ضروريًا لتقليل الإشعاع والتداخل غير المرغوب فيه. يمكن أن تؤدي مستويات Sidelobe المرتفعة إلى تسرب الإشارة إلى القنوات أو الأنظمة المجاورة ، مما يزيد من أرضية الضوضاء وربما تسبب مشكلات الامتثال التنظيمية. علاوة على ذلك ، في تطبيقات العسكرية والمراقبة ، تعزز مستويات Sidelobe المنخفضة قدرات الشبح والكشف عن أنظمة الرادار.
غالبًا ما يتم قياس SLL باستخدام الصيغة:
[Text {SLL (db)} = 10 log_ {10} يسار (frac {p_ {text {sidelobe}}} {p_ {text {main lebe}}}}}}}]]
حيث (p_ {text {sidelobe}}) هي قوة sidelobe ، و (p_ {text {main lobe}}) هي قوة الفص الرئيسي. تشير قيمة SLL أكثر سلبية إلى انخفاض مستوى Sidelobe بالنسبة إلى الفص الرئيسي.
يتم استخدام عدة طرق لتحقيق مستويات جانبية منخفضة في تصميم الهوائي:
ينطوي الفتحة على تغيير توزيع السعة عبر فتحة الهوائي. من خلال التحكم بعناية في إثارة كل عنصر هوائي ، يمكن للمصممين قمع الجانبين. تشمل وظائف الاستخلاص الشائعة توزيعات Taylor و Chebyshev و Gaussian ، حيث تقدم كل منها مقايضات مختلفة بين عرض الفص الرئيسي وقمع Sidelobe.
في هوائيات الصفيف المرحلية ، يمكن أن يؤدي تحسين تباعد العناصر والمرحلة إلى تقليل مستويات Sidelobe بشكل كبير. يتم استخدام الخوارزميات المتقدمة ، مثل الخوارزميات الوراثية وتحسين سرب الجسيمات ، للعثور على التكوين الأمثل الذي يقلل من SLL مع الحفاظ على الأداء المطلوب في اتجاه الفص الرئيسي.
يتيح تقسيم مجموعة كبيرة إلى طرازات فرعية أصغر تحكمًا أكثر دقة في نمط الإشعاع. عن طريق ضبط السعة والمرحلة من كل سفر فرعي ، يمكن قمع الجانبية بشكل فعال. تعزز هذه التقنية أيضًا قدرة الهوائي على تكوين عوارض متعددة أو توجيه الحزم إلكترونيًا.
تتضمن الهياكل الأرضية المعيبة إدخال عيوب متعمدة في المستوى الأرضي للهوائي. يمكن أن تغير هذه العيوب التوزيع الحالي وتؤدي إلى انخفاض مستويات Sidelobe. DGS فعالة بشكل خاص في تصميمات هوائي microstrip حيث تكون قيود المساحة كبيرة.
يمكن أن تؤدي إضافة عناصر طفيلية مثل العاكسات والمخرجين إلى تشكيل نمط الإشعاع وقمع الجوانب الجانبية. تعد هوائيات Yagi-UDA مثالًا كلاسيكيًا حيث يركز المديرون على الطاقة في الاتجاه المطلوب بينما تقلل العاكسات من الإشعاع في الاتجاه المعاكس.
تعد الهوائيات ذات المستويات الجانبية المنخفضة حاسمة في مختلف أنظمة الاتصالات والاكتشاف عالية الأداء:
في تطبيقات الرادار ، تعزز هوائيات Sidelobe المنخفضة القدرة على الكشف عن الهدف عن طريق تقليل الفوضى والتداخل من الاتجاهات غير المرغوب فيها. يؤدي هذا التحسن إلى حل أفضل ودقة في اكتشاف وتتبع الكائنات.
بالنسبة لأنظمة الاتصالات الأقمار الصناعية ، تقلل هوائيات Sidelobe المنخفضة من التداخل مع الأقمار الصناعية المجاورة والامتثال للمتطلبات التنظيمية الصارمة على أنماط الإشعاع. أنها تضمن الاستخدام الفعال لطيف التردد وتعزيز جودة الاتصال.
في الشبكات الخلوية وأنظمة Wi-Fi ، يساعد تقليل مستويات Sidelobe في تخفيف التداخل بين الخلايا وتحسين سعة الشبكة الكلية. تساهم الهوائيات ذات الجوانب الجانبية المنخفضة في نسب الإشارة إلى الضوضاء بشكل أفضل وإنتاجية بيانات أعلى.
تعد الهوائيات المنخفضة الجانبية ضرورية في الحرب الإلكترونية لتجنب الكشف وتقليل الضعف في التشويش. أنها توفر قدرات خلسة من خلال تقليل الانبعاثات الطائكة التي يمكن اعتراضها من قبل الخصوم.
على الرغم من الفوائد ، فإن تحقيق مستويات Sidelobe المنخفضة يمثل العديد من التحديات:
غالبًا ما يؤدي تقليل مستويات SideLobe إلى عرض شعاع الفص الرئيسي الأوسع ، مما قد يقلل من اتجاهية الهوائي وحلها. يجب أن يوازن المصممون بين مستويات Sidelobe المنخفضة وعرض الحزم المقبول لتلبية متطلبات التطبيق.
تزيد التقنيات مثل انقطاع الفتحة وتحسين المصفوفة من تعقيد عملية تصميم الهوائي وتصنيعها. يمكن أن يؤدي هذا التعقيد إلى ارتفاع تكاليف ، والتي قد لا تكون ممكنة لجميع التطبيقات.
تعتمد بعض تقنيات تقليل Sidelobe على التردد وقد لا تؤدي باستمرار عبر نطاق ترددي واسع. هذا القيد يطرح تحديات لتطبيقات النطاق العريض حيث يكون الأداء المتسق أمرًا بالغ الأهمية.
فتحت التطورات التكنولوجية الحديثة طرقًا جديدة للسيطرة على مستويات Sidelobe:
يمكن أن تتلاعب المواد الفوقية ذات المؤشرات الانكسارية السلبية بالموجات الكهرومغناطيسية بطرق غير تقليدية. يوفر دمج المواد metamaterials في تصميم الهوائي طرقًا مبتكرة لقمع Sidelobes بشكل فعال دون المساس بمعلمات الهوائي الأخرى.
تستخدم الهوائيات الذكية خوارزميات معالجة الإشارات المتقدمة للتحكم في أنماط الإشعاع بشكل تكيفي في الوقت الفعلي. تسمح تقنيات التكوين الشعاعي بقمع جانبي ديناميكي بناءً على بيئة التشغيل وظروف الإشارة.
يتم استخدام خوارزميات التعلم الآلي والآلي بشكل متزايد لتحسين تصميمات الهوائي. يمكنهم تحليل مساحات المعلمات متعددة الأبعاد المعقدة لإيجاد حلول مثالية لمستويات Sidelobe المنخفضة مع إرضاء قيود التصميم الأخرى.
عند تصميم الهوائيات لمستويات جانبية منخفضة ، يجب على المهندسين النظر في الجوانب العملية:
يؤثر اختيار المواد على أداء الهوائي ووزنه ومتانة. المواد ذات الخصائص العازلة المستقرة على نطاق تردد التشغيل تساعد على الحفاظ على مستويات جانبية ثابتة.
يمكن أن تؤدي عيوب التصنيع إلى انحرافات في نمط الإشعاع المقصود. الدقة في التصنيع أمر بالغ الأهمية ، خاصة بالنسبة للهوائيات التي تعمل بترددات عالية حيث يمكن للأخطاء الصغيرة أن تؤثر بشكل كبير على مستويات جانبية.
يمكن أن تغير الظروف البيئية مثل درجة الحرارة والرطوبة والإجهاد الميكانيكي خصائص الهوائي. يضمن تصميم المتانة أن لا تزال مستويات Sidelobe منخفضة في ظل ظروف تشغيلية متفاوتة.
يعد القياس الدقيق لمستويات Sidelobe ضروريًا للتحقق من صحة تصميمات الهوائي:
توفر غرف Anechoic بيئات محكومة خالية من التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي ، مما يتيح قياسًا دقيقًا لأنماط الإشعاع ومستويات جانبية.
يمكن لطرق المسح القريب المجال إعادة بناء نمط الإشعاع المجال البعيد ، بما في ذلك الجوانب الجانبية ، من القياسات التي أجريت في منطقة المجال القريب. هذه التقنية مفيدة عندما تمنع قيود المساحة اختبار المجال البعيد.
يتيح برنامج المحاكاة الكهرومغناطيسية الحسابية للمهندسين تصميم مستويات SIDELOBE والتنبؤ بها بدقة قبل بناء النماذج المادية. هذا النهج يوفر الوقت والموارد في عملية التطوير.
يؤكد دراسة أمثلة العالم الحقيقي على أهمية انخفاض مستويات Sidelobe:
في البث الأقمار الصناعية ، تمنع الهوائيات ذات المستويات الجانبية المنخفضة التداخل بين الأقمار الصناعية المجاورة متباعدة عن كثب في المدار. قامت الشركات بتطوير هوائيات عاكس ومجموعة مصممة مصممة خصيصًا لتلبية متطلبات SLL الصارمة.
تستخدم رادارات المصفوفة الحديثة على مراحل الخوارزميات المتطورة والتكوين الشعاعي لتحقيق مستويات جانبية منخفضة للغاية ، مما يعزز الكشف المستهدف مع التقليل من الضعف في التدابير المضادة الإلكترونية.
في البيئات الحضرية الكثيفة ، يقلل تقليل مستويات Sidelobe في هوائيات المحطة الأساسية من تدخل القناة المشتركة ، مما يحسن أداء الشبكة. يقوم المشغلون بتنفيذ الهوائيات ذات أنماط الإشعاع المحسنة لتعزيز السعة والتغطية.
مع تقدم التكنولوجيا ، تظهر اتجاهات جديدة في السيطرة على Sidelobe:
يمكن للهوائيات القابلة لإعادة التكوين تغيير أنماط الإشعاع الخاصة بها ديناميكيًا ، بما في ذلك مستويات Sidelobe ، استجابةً لتغيير المتطلبات التشغيلية. هذه القدرة على التكيف أمر بالغ الأهمية لأنظمة الراديو المعرفية وإدارة الطيف الديناميكي.
يستلزم بدء تشغيل شبكات 5G الهوائيات ذات إمكانات الدعامة الدقيقة ومستويات جانبية منخفضة لإدارة التداخل في نطاقات التردد المكتظة بالسكان. يتم تطوير بنية الهوائي المتقدمة لتلبية هذه المطالب.
مستوى Sidelobe (SLL) هو معلمة حرجة في تصميم الهوائي ، مما يؤثر على أداء وكفاءة أنظمة الاتصالات. إن تحقيق مستويات Sidelobe المنخفضة يعزز وضوح الإشارة ، ويقلل من التداخل ، وهو أمر ضروري عبر التطبيقات المختلفة من رادار إلى اتصالات عبر الأقمار الصناعية. من خلال تقنيات مثل Aperture Tapering ، وتحسين المصفوفة ، واستخدام المواد والخوارزميات المتقدمة ، يمكن للمهندسين تصميم الهوائيات التي تلبي متطلبات Sidelobe الصارمة. مع تطور التكنولوجيا ، سيلعب الابتكار المستمر في Sidelobe Control دورًا محوريًا في تعزيز قدرات الاتصالات وتوازن تحديات الأنظمة اللاسلكية الحديثة.
