beam divergence

فهم انحراف الشعاع: انتشار الموجات الكهرومغناطيسية

في عالم الهندسة الكهربائية، يلعب مفهوم **انحراف الشعاع** دورًا حاسمًا في فهم سلوك الموجات الكهرومغناطيسية المشعة. يشير إلى **الانتشار الهندسي لشعاع كهرومغناطيسي** أثناء انتشاره عبر الفضاء. تؤثر هذه الظاهرة على شدة الإشارة المشعة وكثافة الطاقة وفعالية الإشارة بشكل عام.

تخيل مصباح يدوي يشع شعاعًا ضوئيًا. عندما تتحرك بعيدًا عن المصباح، يبدو أن الشعاع يتسع، وتقل شدة الضوء على سطح بعيد. هذا التأثير الموسع هو انحراف الشعاع.

**العوامل الرئيسية المؤثرة على انحراف الشعاع:**

• تصميم الهوائي: يؤثر شكل وحجم هوائي الإرسال بشكل كبير على انحراف الشعاع. على سبيل المثال، ينتج هوائي موجه عاليًا شعاعًا ضيقًا مع انحراف ضئيل، بينما يشع هوائي متعدد الاتجاهات الطاقة في جميع الاتجاهات، مما يؤدي إلى انحراف شعاع أوسع.
• التردد: تميل الترددات الأعلى إلى تجربة انحراف شعاع أقل مقارنة بالترددات المنخفضة. وذلك لأن طول موجة الموجات ذات التردد الأعلى أقصر، مما ينتج عنه شعاع أكثر تركيزًا.
• الوسط: يؤثر الوسط الذي تسافر فيه الموجات الكهرومغناطيسية أيضًا على انحراف الشعاع. على سبيل المثال، ستواجه الموجة التي تسافر عبر فراغ انحرافًا أقل من الموجة التي تسافر عبر الهواء أو الماء.

**عواقب انحراف الشعاع:**

• انخفاض قوة الإشارة: مع انحراف الشعاع، تنتشر الطاقة على مساحة أكبر، مما يؤدي إلى انخفاض قوة الإشارة عند نهاية الاستقبال.
• تقليل منطقة التغطية: يؤدي انحراف الشعاع الأوسع إلى منطقة تغطية أوسع، والتي قد تكون مرغوبة لبعض التطبيقات مثل البث. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تداخل مع الإشارات الأخرى ويقلل من القدرة على استهداف مواقع محددة.
• زيادة الضوضاء: مع انحراف الشعاع، يصبح أكثر عرضة للتداخل من مصادر خارجية، مما يؤدي إلى زيادة مستويات الضوضاء في الإشارة المستقبلة.

**تطبيقات انحراف الشعاع:**

• اتصالات الأقمار الصناعية: يلعب انحراف الشعاع دورًا حاسمًا في اتصالات الأقمار الصناعية، حيث يتم تصميم الهوائيات لتركيز الإشارة نحو منطقة محددة على الأرض.
• أنظمة الرادار: يتم استخدام انحراف الشعاع في أنظمة الرادار لتحديد مدى واتجاه الأجسام.
• الشبكات اللاسلكية: في الشبكات اللاسلكية، تتحكم تقنيات تشكيل الشعاع في انحراف الشعاع لتركيز الإشارات نحو أجهزة محددة، مما يحسن معدل نقل البيانات ويقلل من التداخل.

**قياس انحراف الشعاع:**

يتم قياس انحراف الشعاع عادةً بالدرجات أو الراديان ويتميز غالبًا بواسطة **عرض الشعاع عند نصف القدرة (HPBW)**. يمثل HPBW العرض الزاوي للشعاع حيث تكون كثافة الطاقة نصف قيمتها القصوى.

الاستنتاج:

إن انحراف الشعاع هو مفهوم أساسي في الهندسة الكهربائية يصف انتشار الموجات الكهرومغناطيسية. إن فهم هذه الظاهرة أمر بالغ الأهمية لتصميم أنظمة الاتصال والاستشعار الفعالة والكفاءة. من خلال إدارة انحراف الشعاع بعناية، يمكن للمهندسين تحسين قوة الإشارة والتغطية والأداء العام في مختلف التطبيقات.