 |
|
|
|
|||||
|
| اعلانات |
|
||||||
|
|
| اعلانات اضافية ( قم بتسجيل الدخول لاخفائها ) | |
|
|
|
|||||
|
الأرضى و كيف أتى للإلكترونيات
لا يفوتنا هنا أن نذكر كيف انتقل مسمى "الأرضى" للدوائر الإلكترونية رغم أنه لا علاقة لهذا بذاك و من الممكن استخدام بطارية فلا تتدخل أطراف الأرضى الكهربائى فى الحسبان، و الأغرب من ذلك، أين الأرضى فى مركبة فضاء تسبح بين كواكب المجوعة الشمسية. قديما كانت أجهزة الراديو من الصمامات وتجمع على "شاسيه" معدنى أى قاعدة معدنية، و الترددات كانت منخفضة و كانت الموجة القصيرة هى أقصى المتاح و بالتالى أطوال الهوائيات كانت بعشرات الأمتار كما سبق. لذا كان يستعاض عن نصف الطول بالأرضى والذى كان ببساطة "ماسورة المياه" و كان للتسهيل و تحقيق العزل الكهربى والأمان يوصل أيضا بهذا الشاسيه ليكون متصلا بالأرضى و يحقق الأمن ضد أى تسريب كهربى من المحولات أو الصواعق من السحب المشحونة الخ. تقول أن الهوائى عبارة عن دائرة رنين ، هل لدوائر الرنين كسب؟ لو تحدثت إليك من مسافة بصوت خفيض نوعا ماذا ستفعل؟ أجل ستضع يدك خلف أذنك لتجمع مزيد من موجات الصوت ! أليس هذا كسبا؟ نفس الأمر بالنسبة للهوائيات إلا أننا نضع قيمة حسابية نفترض أن لدينا نقطة تشع فى الفضاء ، يمكنها أيضا أن تعتبر مرجعا نقارن به إن أرسل هوائى 10 أضعاف هذا المرجع يكون ذو كسب = 10 و قبل أن تعترض سنوحد الطاقة للاثنين مثال لو أن لديك كشاف من النوع الذى يعمل بالبطارية ثم نزعت العاكس و تركت المصباح عاريا و حاولت أن تقيس الإضاءة الناتجة عنه بعد ذلك أعدت تركيب العاكس فكان ضوءا قويا مركزا و قمت بقياس الضوء مرة أخرى ، هذا هو الكسب هيه هنا نقطتان أولا هذا إرسال و ليس استقبال و الثانية هذا انعكاس وليس كسب أو تكبير. لو استبدلت مصباح الكشاف بحساس يقيس شدة الإضاءة و وفرت الإضاءة من الخارج ستجد أن الأمر مشابه لو قمت بتوحيد مساحة التعرض التى تقاس باستخدام الكشاف أو بدونه. أما ثانيا فالمسألة واحدة و القضية أنك كلما ركزت نطاق الإشعاع زادت قوته فى الإرسال و زادت حساسيته أو قدرته على الاستقبال و أمكن استقبال إشارة اضعف . إذن كسب الهوائى هو مقدار الزيادة فى الإشارة و يقاس الديسيبل الزاوية التى يشع فيها الهوائى هى التى يستقبل منها و كلما زادت قل الكسب والعكس بالعكس الهوائى فى المجال الكهرو مغناطيسى مثل السلك المتحرك فى مجال مغناطيسي ، كلما زاد عدد الأسلاك زاد التيار المتولد و بالمثل لو جمعنا أكثر من هوائى زاد الكسب. لو نظرنا لشكل الثنائى فى المشاركة السابقة نجد أنه يشع فى النطاق العمودى عليه على مدى 360 درجة للأمام والخلف و أعلى وأسفل وما بينهم ولا يشع لليمين واليسار هذا يسمى التوجيه وهو نوع من تركيز الإرسال والاستقبال إذن هو كسب. فى هذا الرابط تجد صورة توزيع الإرسال أو الاستقبال حول الهوائى القياسى (شكل الكرة العلوى) و تحته شكل مقطعى للهوائى الثنائى السابق شرحه موضوع رأسيا لذا الإشعاع حوله ولا يشع لأعلى و أسفل http://www.radartutorial.eu/18.expla...s/ex11.en.html  ومنه يستنتج أن الكسب = 2 × ط × م / مربع طول الموجة حيث م المساحة الفعلية للهوائى فى هذا الرابط مزيد من التفاصيل حيث يجد جدول يضع الكسب بالنسبة لطول الهوائى http://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna فإن كان أقصر من طول الموجة ، فالكسب = مرة ونصف أو 1.7 ديسيبل و عند 8 مرات يصبح الكسب 7.1 أو 8.5 ديسيبل طبعا تفضل أن يكون الهوائى كبير لتحقيق كسب أعلى لكن فى الإرسال ستكون المعاوقة مختلفة و فى الاستقبال يمكنه أن يستقبل الترددات الأخرى حيث يكون طول الهوائى حتى نصف طول الموجة . لذلك ربما يكون تحقيق كسب أعلى بطرق أخري أجدى. المرة القادمة إن شاء الله نتحدث عن باقى أنواع خطوط نقل القدرة |
|
|||||
|
الدايبول
الدايبول: لزيادة الكسب لا يجدى أن نجعل حجم الهوائى كبيرا فالحجم ليس عضوا فى معادلة الكسب و إذا استخدمنا هوائيين يكون الكسب أعلى من هوائى واحد بضعف القطر أو الوزن إذن كيف نجمع هوائيين معا؟ لو لصقا معا أصبحا واحدا كما سبق إذن الحل أن نجمع خرج الأول مع الثانى و هكذا كيف؟ ببساطه نضعه على بعد نصف طول الموجة سواء أفقيا أو رأسيا بما أن الموجة تسير فى السلك و تأخذ زمنا حتى تصل للتالى فاختيارنا لنصف طول الموجة يجعل الإشارة تصل معكوسة ، ولذا نحتاج لعكس أطراف السلك قبل توصيله مع الثنائى التالى  تمتاز هذه الطريقة بالسهولة لكن يعيبها الضخامة ، وهو عيب لن يمنعنا من استخدامها فهناك بعض أجهزة الرادار استخدمتها ولكن بعد أن طورت كل ثنائى لأقصى حد مناسب فهى فى نطاق ترددات VHF ستكون بالتأكيد أقل ضخامة من عاكس بشكل طبق مثلا لزيادة الكسب كما قلنا المرة الماضية يمكن أن نستخدم العاكسات، لكنها تعتمد أساسا على طول الموجة، كلما زاد طول الموجة كبر بالتبعية حجم العاكس الذى يعطى نفس الكسب. لماذا؟ لأن جميع أجزاء العاكس يجب أن تكون موازية للموجة حتى تنعكس معا، فلو أردنا عمل عاكس كروى أو على شكل قطع مكافئ يجب أن يكون كبيرا بالقدر الكافى ليكون الانحناء مهملا بالنسبة لطول الموجة.  ففى الرسم الأيمن نجد عاكسين من النوع الطبقى، العاكس الأيسر صغير جدا بالنسبة لطول الموجة و طول الثنائى Diople أيضا ولذا ستجد أن الموجة على الأطراف تصل قبل الوسط مما يجعلها غير متساوية فتضيع إحداهما الأخرى، أما العاكس الأيمن فلأنه أكبر بكثير من طول الموجة فتصل كلها فى نفس اللحظة (نفس الوجه) لتضاف لبعضها – تذكر أننا نتحدث عن قيمة المجال الكهرومغناطيسى هو الذى يجمع أو يضعف أحدهما الآخر لذا وجب أن نذكر أن بعض "الخبراء" وضعوا ما يشبه "غطاء حلة" كعاكس لهوائى تليفزيون لإيهام البعض أن هذا العاكس الثورى يعمل أفضل من الثلاث عاكسات فى الهوائى العادى و لكن لا بد أن لديهم قوانين غير القوانين التى تدرس فى كل أنحاء العالم لا تقل لدى واحد من هذه الهوائيات و يعمل بكفاءة مقارنة الهوائيات ليست بوصلة بتلفاز والفرجة على الصورة فالكل ربما يعمل بكفاءة مع محطات محلية ولكن للمفاضلة بين هوائيين ، أولا يجب تساوى عدد أعضاء (مكونات) الهوائى فالهوائى ذو عاكسات أكثر لا بد أن يكون كسبه أعلى إذا روعيت الأبعاد الصحيحة للتردد المعنى. ثانيا توضع إشارة ما أمامه و يقاس ما يلتقطه الهوائى ثم تدار حوله 360 درجة و ترسم استجابته للإشارة أمامه و خلفه و كل الجهات حتى يعلم مدى قبوله للإشارة المرغوبة و رفضه للإشارة الغير مرغوبة و يكرر ذلك للترددات المختلفة لتحديد عرض نطاقه الترددى الأفضل فى حال الهوائى ذو أبعاد لا تسمح باستخدام عاكس طبقى أن نستخدم قضيب معدنى يوضع خلفه و على مسافة ربع طول الموجة عند وصول الموجة و لنفترض لحظة الوجه = صفر لغرض الشرح، فبعد زمن ربع طول موجة تكون قد وصلت للعاكس و تكون 90 درجة عند الهوائى ، العاكس يعمل كهوائى و حتى الآن لم نقل هوائى إرسال أم استقبال لأنه حقيقة لا فرق بينهما والهوائى يعمل فى الحالتين وهذا ما يحدث ، ففى نفس الوقت يستقبل الموجة ويرسلها حوله فتعود نسبة منها تجاه الهوائى. بعد أن تصل الموجة له تكون قطعت ربع طول موجى آخر بمجموع نصف طول موجى فتجد الموجة عند الهوائى بعد نصف موجة أيضا فيكون الجمع بينهما محسنا للأداء قبل أن نترك الموضوع يجب أن نصحح كلمة ذكرت ، فلا فرق بين هوائى الإرسال والاستقبال إلا إذا كانت طاقة الإرسال عالية حيث يجب أن يتحمل التصميم الجهود والتيارات المصاحبة و سيأتى ذكر ذلك عن شاء الله فى حينه المرة القادمة إن شاء الله نكمل الحديث عن أنواع خطوط القدرة |
|
|||||
|
أنواع خطوط نقل القدرة
أنواع خطوط نقل القدرة هناك أنواع عديدة لنقل القدرة وهى تعتمد أساسا على التردد ثم الجهد، لذا نجد أنواع عديدة لخطوط التغذية و التى تختلف عند نقل الطاقة مسافات طويلة مما يتطلب رفع الفولت لعدة كيلو و قد تصل إلى ميجا فولت، أما فى مجال الإلكترونيات فدوائر الإرسال تتعامل مع بضع مئات من الكيلو وات كحد أقصى، و كلما زاد التردد قلت القدرة المطلوبة لعدة أسباب أهمها أن الموجات البالغة القصر مثل إرسال التلفاز يسير فى خط مستقيم ولا يتبع انحناء الأرض، مما يجعل أقصى مدى محدود بمسافة 80 كم تقريبا ما عدا الإرسال للأقمار الاصطناعية. إذن كيف ننقل القدرة للهوائيات؟ وما الخطأ فى استخدام السلك العادى؟ كما ذكرنا الخط يتكون من مقاطع حث وسعة، لذا فالأفضل أن تكون قيمها أقل حتى لا تفقد كثير من الطاقة فيها، ولا يزداد الزمن اللازم لبناء المجال وشحن السعات. هذا يوحى على الفور بطبيعة هذه النوعية من الكابلات بكونها تعمل كمرشحات تمرير الترددات المنخفضة. كما لا ننسى المقاومة النوعية و ضرورة كونها منتظمة على مدى الكابل. لذا فلتقليل السعة نبعد المسافة بين الموصلين و لتقليل الحث نتجنب التجعد قدر الإمكان.  التصور يقودنا للكابل ثنائى السلك المبين بالصورة وهو مستخدم فى الاستقبال، لكن بالنظر لمقطع الكابل و نتصور ما يحدث،  سنجد أن السلك مبين باللون الأخضر و المجال الكهربى بينهما باللون الأحمر و المجال المغناطيسى باللون الأزرق وهو يوحى أن الفقد فيه قد يكون مرتفعا بسبب أن نسبة من خطوط المجال تسرى خارجة وهى جزء من الطاقة العابرة مما يشكل مشكلة فى تثبيته و تمريره من مكان المرسل لمكان الهوائى. الحل لهذه المشكلة أن نجعل أحد الموصلين يحيط بالآخر من جميع الجهات حتى يحتوى كل خطوط المجالين الكهربى و المغناطيسى . المرة القادمة إن شاء الله نضع تصورا جديدا للعلاج. |
|
|||||
|
الكابل المحورى Co-axial Cable
الكابل المحورى Co-axial Cable التصور الجديد يفرض الكابل المحورى المبين بالصورة. كما سبق الشرح، أن التردد العالى يسبب ظاهرة تأثير القشرة أو Skin Effect حيث يمر التيار بالقشرة فقط بينما يبقى القلب بدون تيار مما يزيد المقاومة الأومية الفعلية للموصل، لذا نجد أن هناك العديد من التركيبات المختلفة للكابلات المحورية حيث بعضها ذات قلب مصمت و البعض الآخر من سلك رفيع مجدول لتقليل تأثير هذه الظاهرة،  كما أن السلك المجدول أكثر مرونة و تحمل من المصمت لذا يستخدم أيضا فى الكابلات التى تتعرض للالتواء العشوائى مثل أجهزة القياس حيث يضطر المستخدم لفك طرف القياس لتوصيله فى نقاط متتالية. المقاومة النوعية القياسية للكابلات هى 50 أوم لعدة أسباب عملية، لذا مهما تغيرت خواص الكابلات المحورية فهى تكون قياسية أى 50 أوم، و مما سبق قد نحتاج لتغيير خواص القلب ليناسب الاستخدام، كما أيضا نحتاج لزيادة العازل بينهما ليتحمل مزيد من القدرة الكهربية، هذا يقترح أن المقاومة النوعية ستختلف، ولكن لو نظرنا لمعادلة المقاومة النوعية للكابل سنجد أنها تساوى مقدار ثابت مقسوما على جذر معامل المادة العازلة للكابل مضروبا فى لوغاريتم نسبة القطر الخارجى (من الداخل) إلى الداخلى (من الخارج) و هكذا يمكن دوما إعادة المقاومة النوعية للقيمة المطلوبة. أيضا هناك حالات لا يكون هذا النوع هو الأنسب مثل توصيل الأجزاء المختلفة داخل كابينة جهاز الإرسال أو الاستقبال وذلك لكونها تفتقر للثبات و تحتاج لتحزيم و ربط مما يخلق مشكلة أخرى وهى الحاجة للترقيم حتى تعلم من أين يبدأ و إلى أين ينتهى، لذلك تصنع كابلات ذات غلاف صلب كما بالصورة يسهل تشكيلها و تتحمل وزنها ولا تحتاج للتحزيم و الترقيم.  الشكل يبين توزيع المجال الكهربى و المغناطيسى داخل الكابل فنجد المجال الكهربى من الغلاف إلى القلب بينما خطوط المجال فى اتجاه عقارب الساعة و بعد نصف طول الموجة تنعكس الاتجاهات ليصبح المجال الكهربى من القلب للغلاف و المجال المغناطيسى عكس عقارب الساعة و تظل مركبة الطاقة عمودية على مستوى الصفحة. كيف نقيس الطاقة داخل الكابل؟ هذا موضوعنا القادم إن شاء الله |
|
|||||
|
قياس الطاقة داخل الكابل
كيف نقيس الطاقة داخل الكابل؟ بالطبع لا يمكننا استخدام مقياس مثل "بنسة أمبير" المعروفة باسم Clamp meter لأن كلا الموصلين سيكونان داخله ولا يمكن تغيير فصلهما للقياس لذا تصمم وحدة تسمى "رابط اتجاهى" أو Directional Coupler وهو عبارة عن "أنشوطه" أو نصف لفة من السلك داخل الكابل كما بالرسم باللون الأخضر.  يقطع المجال المغناطيسى (باللون الأزرق) مساحة هذا الجزء مسببا تيار تأثيرى ذو اتجاه واحد كما باللون الأزرق بينما المجال الكهربى يسقط على طول السلك كما باللون الأحمر مسببا تيار خارج من الطرفين كما باللون البرتقالى. باختيار المساحة المناسبة للطول يتساوى التيارين. نظرا لكون التيارين متحدى الاتجاه فى أحد الأطراف و متعاكس فى الطرف الآخر، سيخرج فقط من أحد الأطراف فقط مجموع التيارين وهو حيث تدخل الطاقة لهذه الوحدة و عند عكس اتجاه مسار القدرة سينعكس اتجاه المجال المغناطيسى بينما سيظل اتجاه المجال الكهربى ثابتا مما يجعل التيار يخرج من الطرف الآخر.  بهذه الخاصية يمكننا وضع مقياسين أحدهما يقيس القدرة الصادرة Incident wave والآخر للقدرة المنعكسة Reflected wave وهذا يمكننا من حساب نسبة الموجات الموقوفة Standing wave Ratio  واضح بالصورة على اليسار مدخل الطاقة و مخرج العينة و على جسم الوحدة النطاق الترددى الصالح لاستخدامه و نسبة الخرج للطاقة الكلية المارة به. كما ذكرنا، الكابلات المحورية بطبعها تمرر التيارات المنخفضة وهذا يعنى أن ارتفاع التردد عن حد الكابل يزيد الاضمحلال و امتصاص الطاقة به Attenuation ، و كلمة التردد المنخفض هذه نسبية فتردد 1 جيجا هو منخفض بالنسبة للتردد 6 جيجا. ماذا نفعل إذن للترددات الأعلى؟ هناك حل بسيط، أن نتركها تسير فى الفراغ و نوجهها فقط حيث نشاء وهو ما يسمى دليل الموجات Wave Guide |
|
|||||
|
دليل الموجة Wave Guide
دليل الموجة Wave Guide لو وضعنا هوائى رأسيا على سطح أفقى كما بالرسم ، فإن الطاقة ستنبعث أفقيا فقط فى اتجاه 360 درجة حول الهوائى كما بالخطوط الزرقاء، كما أيضا سينعدم الإرسال رأسيا. من المتوقع لو نظرنا جانبيا لشكل الإشعاع أن نجده على شكل  حول الخط الأفقى، وهو صحيح لو يكن السطح المعدنى العاكس موجودا.  نظرا لوجود هذا السطح، سينعكس النصف السفلى ليضاف للنصف العلوى مكونا الشكل المقطعى المبين، وجدير بالتذكر أنه على مدى 360 درجة أفقيا. هذا يسمى استقطاب رأسى لأن كما سنرى لاحقا سيكون اتجاه المجال الكهربى رأسيا. الآن، نحن لا نريد للإرسال أن يذهب فى اتجاه الجانبين، يمكننا بالطبع وضع حاجزين رأسيين. و لمنع التسرب من أعلى نكمل المستطيل وهو ما يسمى دليل الموجة.  الصورة توضع شكل دليل الموجة وجدير بالذكر أن أهم أبعاده هى العرض و المسمى a و الارتفاع b و سمك المادة الموصلة الداخلية. السمك طبقا لظاهرة التأثير السطحى Skin effect سيكون عند 1 جيجا هرتز 2 مايكرو متر أى 0.002 مللى متر، لذا من السهل بناء الجسم الخارجى من أى مادة حسب الحاجة – أحيانا من المطاط للمرونة- و طلائها بهذه السماكة من الداخل بالنحاس. هذا الرابط لوسيلة حساب سمك هذه الطبقة http://www.microwaves101.com/encyclopedia/calsdepth.cfm أيضا نحن لا نريد للموجات أن تسير فى الاتجاهين، نريد فقط نحو الحمل، لهذا نعود لخواص خطوط نقل القدرة و نحن نعلم أن خط مغلق على مسافة / 4 سيبدو مفتوحا مما يمنع مرور الطاقة فى هذا الاتجاه، و من المهم أن يكون مغلقا حتى لا تدخل الأتربة و العوالق و الرطوبة فتتآكل الطبقة الموصلة و تتغير المقاومة النوعية مسببة انعكاسات غير مرغوب فيها.  مما سبق يكون موقع التغذية كما بالصورة كما أن الآمر ليس فقط للخلف، بل من الجانبين أيضا، فلو نظرنا من أعلى على قطاع فى دليل الموجة سنجد الهوائى فى منتصفه و على بعد / 4 من الجهات الثلاث. هذا الشكل يقترح قيمة لعرض دليل الموجة أو المسافة a السابق ذكرها وهى أن تكون نصف طول الموجة.  الصورة توضح صورة مجس التغذية  المرة القادمة إن شاء الله نتحدث عن المجالات الكهرو مغناطيسية داخله |
