حبال الشد
الاستخدامات > حبال الشدّ لأعمدة الهوائيات

هي كابلات مشدودة تُستخدم لتثبيت أعمدة الهوائيات وضمان استقرارها، خاصةً عند تعرضها لرياحٍ عاتية أو أحمال جانبية أخرى.
تُثبّت هذه الحبال عادةً بنمط شعاعي حول العمود، بحيث ترتبط قمّتها بأعلى العمود بينما تُغرس أطرافها الأخرى في الأرض عند نقاط موزّعة بعناية، مما يُحقق توازنًا محكمًا ويُعزِّز ثبات الهيكل.
وتُعتبر حبال الشدّ ضرورة تقنية للهياكل الطويلة والنحيلة كأعمدة الهوائيات، حيث تمنع الانحناء أو الانكسار الناتج عن القوى الجانبية، وتُسهم في نقل هذه القوى بفعالية إلى نقاط التثبيت في الأرض.
ويمثل هذا التصميم تطبيقًا متقدما للهندسة الإنشائية، يجمع بين بساطة المبدأ وقوة الأداء، ما يؤدي في ان تكون صامدةً في مواجهة مختلف التحديات الطبيعية.
سارية مدعومة بحبال الشدّ
برج هوائي موجات AM مدعوم بحبال شدّ موصولة عبر عوازل شدّ بزاوية 120 درجة. تُثبّت حبال الشدّ على البرج عند نقاط مدروسة، حيث ترتبط عبر عوازل شدّ تعمل على فصل الحبال كهربائيًا عن البرج. ويتم توزيع الحبال بزاوية 120 درجة شعاعيًا حول الهيكل.
إنَّ الحقول الكهرومغناطيسية المنبعثة من الهوائيات تُعقّد تصميم حبال الشدّ التي تدعم أعمدة الهوائيات، إذ إنَّ الحبال المعدنية الموصلة، إذا ما تقاربت أطوالها من مضاعفات ربع الطول الموجي للتردد المُرسل، قد تؤدي إلى تشويه نمط الإشعاع للهوائي، فينعكس ذلك على كفاءته.
وينطبق هذا الأمر أيضًا على حبال شدّ الأعمدة المجاورة أو الهياكل المعدنية القريبة، مما يجعل التصميم بحاجة إلى عناية فائقة لتجنب مثل هذه التأثيرات. ولمواجهة هذا التحدي، يتم تقسيم حبال الشدّ إلى أقسام متعددة باستخدام عوازل شدّ، بحيث يكون طول كل قسم غير رنّان بالنسبة إلى الطول الموجي للتردد المُرسل، مما يُزيل احتمالية التشويش.
وغالبًا ما تُستخدم عوازل السيراميك الأسطوانية أو البيضوية الشكل، المعروفة باسم "كرات جوني" أو "عوازل البيض"، لتأدية هذا الدور بفعالية، إذ تُفصل الأجزاء الموصلة للحبال عن بعضها البعض.
وفي التطبيقات الحديثة، تُستخدم حبال غير موصلة مصنوعة من ألياف الكيفلار (Phillystran) أو قضبان الألياف الزجاجية المُشكّلة بالضغط. وتُعتبر هذه المواد بدائل ممتازة لعدم تأثيرها على نمط الإشعاع، حيث تجمع بين القوة والمتانة مع خصائص تمدد منخفضة تُقارب تلك الموجودة في الفولاذ.
ومع ذلك، فإنَّ ألياف الكيفلار شديدة الحساسية للتدهور بفعل الأشعة فوق البنفسجية، ولهذا تُغلف بغطاء من البلاستيك المقاوم للأشعة لضمان بقائها سليمة وحفاظها على أدائها. وهذا يزيد من تطور التصاميم التقنية وتوائمَ بينَ متطلبات الأداء الكهربائي والقوة الهيكلية.
إنَّ الأقسام الفردية لحبال الشدّ الموصلة قد تتراكم عليها شحنات كبيرة من الكهرباء الساكنة، خاصةً في الأعمدة الشاهقة، حيث يمكن أن تصل الفولتية الناتجة عن هذه الشحنات إلى مستويات تفوق بكثير تلك الناتجة عن المرسل نفسه. ولمواجهة خطر التفريغات الكهربائية الخطيرة وغير المتوقعة، تُصمَّم العوازل لتحمّل هذه الفولتية العالية، مما يتطلب استخدام عوازل خلفية مُكبّرة الحجم في الأعمدة العالية.
وعند كل عازل خلفي، يتم تثبيت مانع صواعق على هيئة فجوة قوسية، تُستخدم لتوفير حماية فائقة من الفولتية الزائدة في حال ضرب البرق. ويتطلب هذا النظام صيانة دقيقة للعوازل ومانعات الصواعق، إذ إنَّ أيّ عطل في العازل قد يؤدي إلى انهيار كامل للعمود، وهو أمر كارثي.
وتتميز عوازل البيض، المصنوعة من الخزف، بأنها مصممة لتحمل الضغط. وحتى إذا تعرضت للفشل، فإنَّ الحلقات الطرفية لحبال الشدّ تظل متشابكة، مما يمنح الهيكل فرصة إضافية للحفاظ على استقراره مؤقتًا.
إنَّ هذا التصميم المحكم ليُبرز ميزانًا متينًا بين بأس القوة الميكانيكية وحرز الحماية الكهربائية، ويُشدِّد على وجوب اقتران الصيانة المستدامة بتدبيرٍ هندسيٍ، درءًا لما قد يُفضي إلى انهيار الأعمدة الشاهقة .
إنَّ أبراج البث الإذاعي لموجات AM غالبًا ما تُجهَّز بعوازل تُثبت عند قواعدها، حيث تُغذى الطاقة بترددات الراديو (RF) عند تلك النقطة، فيُوجَّه الإشعاع بكفاءة مدروسة تُبرز أهمية التصميم في تحقيق الأداء الأمثل.
وفي بعض التصاميم، تُعزل الأبراج عند مركزها لتُغذى الطاقة هناك، مما يُتيح توزيعًا أكثر توازنًا للإشعاع، وهو إجراء هندسي يعكس براعة في تطويع التقنية لتلبية احتياجات الإرسال المختلفة.
كما تُستخدم حبال الشدّ المعدنية بكثرة في دعم هذه الأبراج، وتُقسَّم إلى أجزاء متعددة بواسطة عوازل مُحكمة، لتجنب تأثير التيارات الكهربائية على الحبال، ولضمان عدم تشويه نمط الإشعاع الصادر من البرج، وهو ما يُظهر إتقانًا في الجمع بين القوة الميكانيكية والكفاءة الكهربائية.
ولما كانت هذه الأبراج معزولة، فإنها تحتاج إلى حماية مكثفة من الصواعق، حيث تُصمم أنظمة حماية فائقة لضمان تصريف الفولتية الناتجة عن ضربات البرق، ما يدرأ الأخطار ويُبقي الهيكل ثابتًا وصامدًا. هذا التوازن الدقيق بين العزل والحماية يصون كفاءة الإرسال.
إنَّ حبال الشدّ المستخدمة في هوائيات الموجات الطويلة (Long-wave) والترددات فائقة الانخفاض (VLF) قد تُناط بها وظائف كهربائية، فتُستخدم إما لإطالة السارية بأسلوبٍ سَعَويٍّ، أو لتغذيتها بطاقة الإشعاع، مما يُظهر بديع الحيلة الهندسية في الاستفادة من الحبال ذاتها لتحقيق غايات وظيفية إضافية.
وفي مثل هذه الحالات، تُثبّت الحبال مباشرة على السارية دون عوازل، إذ يُعتمد على تماسكها الهيكلي والكهربائي، غير أنَّ الحاجة قد تقتضي وضع عازل واحد على الأقل ضمن الحبال عند الضرورة، درءًا لما قد يُفضي إلى تشويش أو انحراف في الإشعاع.
وحين تُستخدم الحبال لتغذية السارية بالطاقة عالية التردد، قد يُتاح تصميم الهيكل مع سارية مؤرضة، فيُبنى النظام على أساسٍ من التناغم بين الكفاءة الكهربائية والسلامة الهيكلية، مما يُبرز مرونة التصميم واستجابته للمتطلبات التقنية.
وتُنقل الطاقة إلى الحبال عبر أسلاك ممتدة من وحدة ضبط تُوصل إلى نقطة التغذية على الحبال ذاتها، مما يعكس دقة في نقل الطاقة واستثمارها بفاعلية.