ما هو هوائي اللوحة المستخدمة؟

مقدمة في هوائيات لوحة

تلعب هوائيات لوحة دور حاسم في عالم الاتصالات اللاسلكية. تم تصميم هذه الهوائيات بهيكل مسطح يشبه اللوحة يوفر مزايا مميزة في مختلف التطبيقات. يُعرف بخصائصه هوائي اللوحة الاتجاهية ، مما يعني أنه يمكن أن يركز على نقل الإشارات واستقبالها في اتجاه معين. هذا يجعلها فعالة للغاية في السيناريوهات حيث يكون هناك حزمة إشارة مركزة ، كما هو الحال في روابط الاتصال من نقطة إلى نقطة أو لتغطية مناطق محددة في شبكة لاسلكية.

واحدة من الميزات الرئيسية لهوائيات اللوحة هي حجمها المضغوط نسبيًا مقارنة ببعض أنواع الهوائي الأخرى. يتيح هذا الاكتئاب تسهيل التثبيت في المساحات التي يكون فيها المساحة قيدًا. على سبيل المثال ، في البيئات الحضرية التي يتم فيها استخدام أسطح المنازل أو واجهات البناء لتركيب الهوائيات ، يمكن تثبيت تصميم اللوحة المسطحة بشكل أكثر سهولة دون أن يشغل مساحة مفرطة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تصميم هوائيات الألواح للعمل في نطاقات تردد مختلفة ، مما يجعلها متعددة الاستخدامات للاستخدام مع العديد من التقنيات اللاسلكية. سواء كان ذلك لشبكات Wi-Fi التي تعمل في نطاقات 2.4 جيجاهرتز أو 5 جيجاهرتز ، أو للاتصال الخلوي في نطاقات تردد محددة ، يمكن تصميم هوائيات اللوحة لتلبية المتطلبات.

أنواع هوائيات لوحة

هناك عدة أنواع من هوائيات الألواح ، ولكل منها مجموعة من الخصائص والتطبيقات الخاصة بها. نوع واحد شائع هو هوائي اللوحة المسطحة ، والذي يستخدم غالبًا في منشآت Wi-Fi الداخلية والخارجية. عادةً ما تكون هذه الهوائيات ذات مظهر منخفض ويمكن تركيبها على الجدران أو الأسقف لتوفير التغطية في منطقة معينة. على سبيل المثال ، في مبنى مكتبي كبير ، يمكن وضع هوائيات Wi-Fi المسطحة في وضع استراتيجي لضمان اتصال لاسلكي سلس في جميع أنحاء مساحة العمل.

نوع آخر هو هوائي لوحة القطاع. تم تصميم هوائيات لوحة القطاع لتغطية قطاع معين أو نطاق زاوي ، عادة في أنظمة الاتصالات اللاسلكية الخارجية مثل الشبكات الخلوية. غالبًا ما يتم استخدامها في المحطات الأساسية لتوفير تغطية لمنطقة معينة داخل الخلية. على سبيل المثال ، في تثبيت البرج الخلوي ، يمكن استخدام هوائيات لوحة قطاع متعددة ، كل منها يغطي قطاعًا مختلفًا من المنطقة المحيطة لضمان تغطية شاملة لمستخدمي الأجهزة المحمولة.

هناك أيضًا هوائيات لوحة مصممة خصيصًا للتطبيقات عالية التردد ، مثل تلك المستخدمة في شبكات 5G موجة. تم تصميم هذه الهوائيات للتعامل مع الترددات العالية للغاية المرتبطة بتقنية 5G وهي حاسمة لتمكين نقل البيانات عالي السرعة والاتصالات المنخفضة الإنشاء التي وعدت بها 5G. يأخذ تصميم هذه الهوائيات في الاعتبار خصائص الانتشار الفريدة لترددات الموجة ملليمتر ، مما يضمن انتقال الإشارة الفعال واستقباله.

نطاقات التردد والهوائيات اللوحة

تتوفر هوائيات الألواح لمجموعة واسعة من نطاقات التردد ، ويمكن أن يختلف أدائها اعتمادًا على التردد المحدد الذي تم تصميمه للعمل فيه. في عالم Wi-Fi ، تم استخدام هوائيات لوحة 2.4 جيجا هرتز على نطاق واسع لسنوات عديدة. يوفر نطاق 2.4 جيجاهرتز تغلغلًا جيدًا من خلال عقبات مثل الجدران ، مما يجعله مناسبًا لتوفير التغطية اللاسلكية في البيئات الداخلية. ومع ذلك ، فإنه يحتوي أيضًا على قيود من حيث النطاق الترددي المتاح والقابلية للتداخل من الأجهزة الأخرى التي تعمل في نفس النطاق.

من ناحية أخرى ، اكتسبت هوائيات لوحة 5 جيجاهرتز شعبية في السنوات الأخيرة بسبب قدرتها على توفير معدلات نقل بيانات أعلى. يحتوي النطاق 5 جيجاهرتز على عرض النطاق الترددي المتاح مقارنة بـ 2.4 جيجاهرتز ، مما يتيح اتصالات لاسلكية أسرع. ومع ذلك ، فإن التردد الأعلى يعني أن الإشارة لديها تغلغل أقل من خلال العقبات ونطاق أقصر. هذا يجعل هوائيات لوحة 5 جيجاهرتز أكثر ملاءمة للتطبيقات حيث يكون التواصل في خط البصر ممكنًا أو في البيئات التي يكون فيها التداخل في نطاق 2.4 جيجا هرتز مشكلة مهمة.

في مجال الاتصالات الخلوية ، تم تصميم هوائيات اللوحة للعمل في نطاقات تردد محددة مخصصة لشبكات الهاتف المحمول. على سبيل المثال ، في شبكات 4G LTE ، يمكن استخدام هوائيات اللوحة في المحطات الأساسية لنقل واستلام الإشارات في نطاقات التردد ذات الصلة. مع ظهور 5G ، تم تقديم نطاقات تردد جديدة في نطاق الموجة ملليمتر ، وتم تطوير هوائيات لوحة متخصصة للتعامل مع هذه الترددات. تعتبر هذه الهوائيات اللوحة موجة ملليمتر ضرورية لتحقيق الإمكانات الكاملة لـ 5G من حيث نقل البيانات عالية السرعة والاتصالات المنخفضة الإنقاذ.

تطبيقات هوائيات لوحة

تجد هوائيات اللوحة استخدامًا واسع النطاق في مختلف التطبيقات ، سواء في قطاعات المستهلك والمؤسسات. في سياق شبكات Wi-Fi ، تُستخدم هوائيات اللوحة عادة لتوسيع مساحة تغطية نقطة الوصول اللاسلكية. على سبيل المثال ، في منزل كبير أو مبنى متعدد الطوابق ، يمكن أن يساعد تثبيت هوائي اللوحة على نقطة الوصول في تعزيز قوة الإشارة والوصول إلى مناطق ذات تغطية ضعيفة أو معدومة. هذا مفيد بشكل خاص في المواقف التي لا تكون فيها الهوائيات القياسية في نقطة الوصول كافية لتغطية المبنى بأكمله.

في عالم الأعمال ، غالبًا ما يتم استخدام الهوائيات في المباني المكتبية ومراكز التسوق والفنادق لتوفير اتصال لاسلكي موثوق للعملاء والموظفين. يمكن تثبيتها بطريقة موزعة في جميع أنحاء المبنى لضمان تغطية سلسة في جميع المجالات ، بما في ذلك قاعات المؤتمرات والضغط والمكاتب الفردية. يتيح ذلك للمستخدمين البقاء على اتصال بالشبكة سواء كانوا يتحركون حول المبنى أو البقاء في موقع ثابت.

تلعب هوائيات لوحة أيضًا دورًا حيويًا في التواصل الخلوي. في المحطات الأساسية الخلوية ، يتم استخدام هوائيات اللوحة لإرسال وتلقي الإشارات من وإلى الأجهزة المحمولة. تم تصميمها لتغطية مناطق أو قطاعات محددة حول المحطة الأساسية ، مما يضمن أن مستخدمي الأجهزة المحمولة داخل منطقة التغطية يمكنهم إجراء المكالمات واستلامها وإرسال الرسائل النصية والوصول إلى خدمات البيانات. مع زيادة الطلب على البيانات المتنقلة عالية السرعة ، أصبح أداء وكفاءة هوائيات اللوحة في الشبكات الخلوية أكثر أهمية.

هناك تطبيق مهم آخر لهوائيات اللوحة في روابط الاتصال من نقطة إلى نقطة. غالبًا ما يتم استخدام هذه الروابط في سيناريوهات مثل توصيل مبنيين قريبة نسبيًا من بعضهما البعض ولكن ليس في نطاق شبكة سلكية. يمكن استخدام هوائيات الألواح لإنشاء اتصال لاسلكي عالي السرعة بين النقطتين ، مما يتيح نقل البيانات أو الاتصال الصوتي أو حتى تدفق الفيديو. على سبيل المثال ، في بيئة الحرم الجامعي ، يمكن استخدام هوائيات الألواح لتوصيل المباني المختلفة لمشاركة موارد الشبكة أو للاتصال بين المباني.

هوائيات لوحة في شبكات Wi-Fi

في شبكات Wi-Fi ، تقدم هوائيات الألواح العديد من المزايا على الهوائيات المتطايرة متعددة الاتجاهات التي غالبًا ما يتم تضمينها في نقاط الوصول اللاسلكية. كما ذكرنا سابقًا ، فإن هوائيات اللوحة هي اتجاهية ، مما يعني أنها يمكن أن تركز إشارة Wi-Fi في اتجاه معين. هذا يسمح بتغطية أكثر استهدافًا ، وتقليل تسرب الإشارة والتداخل في الاتجاهات غير المرغوب فيها. على سبيل المثال ، إذا كان لديك نقطة وصول Wi-Fi في زاوية من الغرفة وترغب في توفير تغطية قوية فقط في منطقة معينة من الغرفة ، فيمكن توجيه هوائي لوحة في هذا الاتجاه لتحقيق التغطية المطلوبة.

علاوة على ذلك ، يمكن أن توفر هوائيات اللوحة مكاسب أعلى مقارنة بالهوائيات متعددة الاتجاهات. الكسب هو مقياس لقدرة الهوائي على تركيز الإشارة في اتجاه معين. يمكن أن ينقل هوائي لوحة الكسب الأعلى إشارة Wi-Fi على مسافة أطول أو اختراق العقبات بشكل أكثر فعالية. هذا مفيد في المواقف التي تكون فيها المسافة بين نقطة الوصول وأجهزة العميل كبيرة نسبيًا أو عندما تكون هناك عقبات مثل الجدران أو الأقسام في الطريق. على سبيل المثال ، في مستودع كبير أو إعداد مصنع ، يمكن أن يساعد استخدام هوائيات اللوحة عالية الأداء في ضمان اتصال Wi-Fi موثوق به في جميع أنحاء المنشأة.

عندما يتعلق الأمر بتثبيت هوائيات اللوحة في شبكات Wi-Fi ، فإن الموضع المناسب أمر بالغ الأهمية. يجب وضع الهوائي بطريقة تزيد من منطقة التغطية مع تقليل التداخل. على سبيل المثال ، إذا كانت نقطة الوصول موجودة في الطابق الأول من المبنى وترغب في توفير تغطية للأرضيات العليا ، فقد يلزم تثبيت هوائي اللوحة على السقف أو على جدار يواجه الطوابق العليا. بالإضافة إلى ذلك ، من المهم النظر في اتجاه الهوائي لضمان توجيه الإشارة نحو المناطق التي تحتاج إلى تغطية.

هوائيات لوحة في الاتصالات الخلوية

في أنظمة الاتصالات الخلوية ، تعد هوائيات اللوحة جزءًا لا يتجزأ من البنية التحتية للمحطة الأساسية. إنهم مسؤولون عن نقل الإشارات واستلامها من وإلى الأجهزة المحمولة داخل منطقة التغطية في المحطة الأساسية. إن تصميم وأداء هوائيات اللوحة في الشبكات الخلوية له تأثير كبير على جودة الخدمة المقدمة لمستخدمي الأجهزة المحمولة.

أحد الجوانب الرئيسية لهوائيات اللوحة في التواصل الخلوي هو قدرتها على توفير تغطية قطاعية. كما ذكرنا سابقًا ، يتم استخدام هوائيات لوحة القطاع لتغطية قطاعات محددة أو نطاقات زاوية حول المحطة الأساسية. هذا يسمح باستخدام أكثر كفاءة للطيف المتاح وإدارة أفضل لحركة المرور داخل الخلية. على سبيل المثال ، في تثبيت محطة القاعدة الخلوية النموذجية ، يمكن استخدام ثلاثة هوائيات لوحة قطاع ، كل منها يغطي قطاعًا 120 درجة حول البرج. هذا يضمن أن المنطقة بأكملها حول المحطة الأساسية مغطاة بأقل تداخل وتداخل بين القطاعات.

يعتمد أداء هوائيات اللوحة في الشبكات الخلوية أيضًا على عوامل مثل مكاسبها وعرضها الشعاعي والاستقطاب. يحدد GAIN قدرة الهوائي على تركيز الإشارة في اتجاه معين ، على غرار الحالة في شبكات Wi-Fi. يمكن أن يوفر هوائي لوحة الكسب الأعلى تغطية إشارة أقوى على مسافة أكبر. يشير عرض العاصفة إلى العرض الزاوي لنمط إشعاع الهوائي. يعني عرض الحزمة الأضيق أن الإشارة أكثر تركيزًا في اتجاه معين ، والتي يمكن أن تكون مفيدة في المواقف التي تكون فيها التغطية المستهدفة مطلوبة. الاستقطاب ، من ناحية أخرى ، يصف اتجاه المجال الكهربائي للإشارات المرسلة والمستلمة. يمكن استخدام مخططات الاستقطاب المختلفة لتحسين أداء الهوائي في بيئات مختلفة.

تصميم وبناء هوائيات لوحة

يتضمن تصميم وبناء هوائيات اللوحة العديد من العناصر الرئيسية التي تسهم في أدائها ووظائفها. في قلب هوائي لوحة ، يوجد العنصر المشع ، وهو مسؤول عن انبعاث واستلام الموجات الكهرومغناطيسية. يمكن تصميم عنصر الإشعاع بطرق مختلفة ، اعتمادًا على المتطلبات المحددة للهوائي. على سبيل المثال ، في بعض هوائيات اللوحة ، يتم استخدام مشعات التصحيح. مشعات التصحيح هي عناصر مسطحة ، موصلة يتم تثبيتها عادة على ركيزة عازلة. وهي معروفة ببسطتها وسهولة التكامل في بنية هوائي اللوحة.

مكون آخر مهم في تصميم هوائيات لوحة هو العاكس. عادة ما يتم وضع العاكس خلف العنصر المشع ويعمل على عكس الموجات الكهرومغناطيسية مرة أخرى نحو مقدمة الهوائي ، وبالتالي زيادة الكسب وتوجيه الإشارة بطريقة أكثر تركيزًا. يمكن تحسين شكل وحجم العاكس لتحقيق نمط الإشعاع المطلوب ومكاسب الخصائص. على سبيل المثال ، يمكن استخدام عاكس مكافئ لإنشاء شعاع اتجاهي للغاية ، في حين أن العاكس المسطح قد يكون كافياً للتطبيقات الأقل تطلبًا حيث يكون عرض شعاع أوسع مقبولًا.

تلعب العلبة من هوائي اللوحة أيضًا دورًا في أدائها. تم تصميم العلبة لحماية المكونات الداخلية من العوامل البيئية مثل الرطوبة والغبار والأضرار المادية. عادة ما يكون مصنوعًا من مادة متينة مثل البلاستيك أو المعدن. يجب أن يأخذ تصميم العلبة أيضًا عوامل مثل التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) للتأكد من أن الهوائي لا يتداخل مع الأجهزة الإلكترونية الأخرى القريبة والعكس بالعكس.

العناصر المشعة في هوائيات لوحة

كما ذكرنا سابقًا ، يعد العنصر المشع جزءًا حاسمًا من هوائي اللوحة. تُستخدم مشعات التصحيح بشكل شائع في هوائيات الألواح بسبب بساطتها وخصائص الأداء الجيدة. يتكون المبرد التصحيح من رقعة مسطحة موصلة عادة ما تكون مربعة أو مستطيلة الشكل. يتم تثبيته على ركيزة عازلة ، والتي توفر العزلة الكهربائية والدعم الميكانيكي. يرتبط حجم الرادياتير التصحيح بتردد التشغيل للهوائي. لتردد معين ، هناك حجم التصحيح الأمثل يمكن حسابه على أساس النظرية الكهرومغناطيسية.

عندما يتم تطبيق التيار الكهربائي على الرادياتير التصحيح ، فإنه يولد مجالًا كهرومغناطيسيًا يشع إلى الخارج. عادةً ما يكون نمط الإشعاع في المبرد التصحيح واسع النطاق ، مما يعني أن أقوى الإشعاع يحدث بشكل عمودي على مستوى التصحيح. ومع ذلك ، يمكن تعديل نمط الإشعاع عن طريق ضبط شكل وحجم التصحيح ، وكذلك عن طريق إضافة عناصر إضافية مثل العناصر الطفيلية أو الفتحات. على سبيل المثال ، عن طريق إضافة عناصر طفيلية حول الرادياتير التصحيح ، يمكن تعديل عرض الحزمة واكتساب الهوائي لتلبية متطلبات محددة.

بالإضافة إلى مشعات التصحيح ، يمكن أيضًا استخدام أنواع أخرى من العناصر المشعة في هوائيات اللوحة. على سبيل المثال ، يمكن دمج مشعات ثنائي القطب في تصميم هوائي اللوحة. تتكون مشعات ثنائي القطب من عنصرين موصلان على قدم المساواة التي يتم فصلها بفجوة صغيرة. وهي معروفة بنمط الإشعاع متعدد الاتجاهات في الطائرة بشكل عمودي على محور ثنائي القطب. ومع ذلك ، عند استخدامه في هوائي اللوحة ، يمكن ترتيب مشعات ثنائي القطب بطريقة لتحقيق نمط إشعاعي أكثر اتجاهية ، على غرار نظير الرادياتير التصحيح.

العاكسات والمرفقات في هوائيات لوحة

تم تصميم العاكس في هوائي لوحة لتعزيز أداء العنصر المشع. كما ذكرنا سابقًا ، فإنه يعكس الموجات الكهرومغناطيسية نحو مقدمة الهوائي ، مما يزيد من المكسب وتركيز الإشارة. يعتمد اختيار نوع العاكس على المتطلبات المحددة للتطبيق. على سبيل المثال ، غالبًا ما يتم استخدام عاكس مكافئ عندما يكون هناك حزمة اتجاهية عالية. العاكس المكافئ له خاصية تركيز الموجات المنعكسة على نقطة واحدة ، والمعروفة باسم النقطة البؤرية. من خلال وضع العنصر المشع في النقطة المحورية للعاكس المكافئ ، يمكن تحقيق شعاع ضيق ومكثف للغاية.

من ناحية أخرى ، فإن العاكس المسطح هو خيار أبسط وأكثر فعالية من حيث التكلفة للتطبيقات التي يكون فيها شعاع اتجاه أقل مقبولة. لا يزال بإمكان العاكس المسطح زيادة كسب الهوائي إلى حد ما عن طريق عكس الأمواج مرة أخرى نحو الأمام. يمكن ضبط حجم وشكل العاكس المسطح لتحسين نمط الإشعاع والكسب بناءً على الاحتياجات المحددة للتطبيق.

تم تصميم حاوية هوائي اللوحة لحماية المكونات الداخلية من البيئة. عادة ما يكون مصنوعًا من مادة متينة مثل البلاستيك أو المعدن. بالإضافة إلى توفير الحماية المادية ، تحتاج العلبة أيضًا إلى ضمان التوافق الكهرومغناطيسي (EMC). هذا يعني أن الهوائي لا ينبغي أن يتداخل مع الأجهزة الإلكترونية الأخرى القريبة والعكس بالعكس. لتحقيق EMC ، يمكن تصميم العلبة مع مواد أو تقنيات التدريع لمنع التسرب الكهرومغناطيسي والتداخل. على سبيل المثال ، يمكن استخدام الطلاءات الموصلة أو الحشيات لإغلاق العلبة ومنع الموجات الكهرومغناطيسية من الهروب أو الدخول.

مقاييس الأداء لهوائيات لوحة

يتم استخدام العديد من مقاييس الأداء لتقييم فعالية هوائيات اللوحة. واحدة من أهم المقاييس هي المكسب. الكسب هو مقياس لقدرة الهوائي على تركيز الإشارة في اتجاه معين وعادة ما يتم التعبير عنها في ديسيبل (DB). يمكن أن ينقل هوائي لوحة الكسب الأعلى الإشارة على مسافة أطول أو اختراق العقبات بشكل أكثر فعالية. على سبيل المثال ، سيتمكن هوائي اللوحة الذي يحصل على مكسب قدره 12 ديسيبل من توفير تغطية إشارة أقوى مقارنة بهوائي مع كسب 6 ديسيبل في نفس البيئة.

مقياس آخر مهم هو عرض العاصفة. يشير عرض العاصفة إلى العرض الزاوي لنمط إشعاع الهوائي. عادة ما يتم قياسها بالدرجات ويمكن أن تكون إما عرض شعاع أفقي أو عرض شعاع عمودي ، اعتمادًا على اتجاه الهوائي. يعني عرض الحزمة الأضيق أن الإشارة أكثر تركيزًا في اتجاه معين ، والتي يمكن أن تكون مفيدة في المواقف التي تكون فيها التغطية المستهدفة مطلوبة. على سبيل المثال ، في رابط اتصال من نقطة إلى نقطة ، يمكن استخدام هوائي لوحة مع عرض شعاع ضيق لإنشاء اتصال بين نقطتين محددين دون إهدار طاقة الإشارة في اتجاهات أخرى.