الهندسةهندسة الاتصالات

اتصالات الميكروويف Microwave communications

اقرأ في هذا المقال
  • ما هي اتصالات الميكروويف؟
  • ما هي موجات الميكروويف؟
  • اتصالات الميكروويف والطاقة
  • ما هي وصلات اتصالات الميكروويف؟
  • أساسيات اتصالات الميكروويف

حتى مع ظهور كابلات الألياف الضوئية، لا تزال معظم شركات الاتصالات تستخدم رابط الميكروويف في خطوة ما لتزويدك بخدماتها، حيث يستخدم معظم الناس مصطلح الميكروويف بشكل مترادف ليعني جهاز المطبخ.

 

ما هي اتصالات الميكروويف؟

 

اتصالات الميكروويف: هي الاتصالات التي تستخدم الموجات الكهرومغناطيسية بأطوال موجية تتراوح بين “0.1 مم” إلى “1 متر”، ويتوافق نطاق الطول الموجي مع نطاق تردد من “300 ميجاهرتز” إلى “300 جيجاهرتز”، وتختلف عن طرق الاتصال الحديثة مثل الكابل المحوري والكابل الضوئي، وهو وسيلة لتبادل المعلومات يقوم بها الميكروويف كوسيلة اتصال.

 

يمكن إنشاء اتصالات الميكروويف طالما لا توجد عوائق بين النقطتين، وتُعتبر الاتصالات الميكروية متطلبة للغاية على البيئة بسبب ظاهرة الحيود، حيث أنّ الطول الموجي للميكروويف لا يتجاوز “1 متر” على الأكثر، لذلك من المحتمل جداً أن يضعف هذا العائق أو يختفي عند مواجهة العوائق.

 

ومع ذلك، لا تخلو اتصالات الميكروويف من الفوائد، حيث تتميز اتصالات الميكروويف بسعة المعلومات الكبيرة ونوعية المعلومات الجيدة ومسافة الإرسال الطويلة، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع في اتصالات الطوارئ الوطنية، وعلى الرغم من أنّ فرن الميكروويف الشائع يستخدم الموجات الدقيقة لتسخين الطعام، إلّا أنّ ترددات الميكروويف هي أعلى من تردد موجات الراديو.

 

وبنفس الطريقة التي تنقل بها محطة الراديو المعلومات إلى سيارتك يمكن لأجهزة الميكروويف نقل المعلومات، وترددات الموجة التي تقع بين “1 جيجاهرتز” و”100 جيجاهرتز” هي موجات ميكروويف، ويمكن أن ترسل ترددات الميكروويف المعلومات على الفور من نقطة إلى نقطة.

 

ما هي موجات الميكروويف؟

 

موجات الميكروويف: هي إشارات راديو ذات طول موجي قصير جداً، ويمكن تركيز إشارات الميكروويف عن طريق الهوائيات تماماً كما يركز الكشاف الضوء في حزمة ضيقة، وتنتقل الإشارات مباشرة من مصدر إلى جهاز استقبال، ولا يمتد نطاق إشارة الميكروويف الموثوق به إلى ما هو أبعد من الأفق المرئي.

 

إذا كانت إشارات الميكروويف مرئية للعين، فسيُنظر إلى المدن على أنّها تتقاطع مع عمليات إرسال الموجات الدقيقة التي تحمل إشارات مهمة، ويمكن نقل أي نوع من المعلومات التي يمكن أن تتحرك عبر أسلاك الهاتف أو الكابلات المحورية عبر دائرة الميكروويف بكفاءة من خلال الأسلاك والكابلات التي تكملها.

 

اتصالات الميكروويف والطاقة:

 

تؤدي القدرة على تركيز إشارات الميكروويف في حزم ضيقة إلى كسب هوائي مرتفع للغاية، ويزيد كسب الهوائي من القدرة المشعة الفعالة لإشارة الميكروويف بقدر ما ينتج العاكس الموجود في المصباح اليدوي شعاعاً ضيقاً من الضوء قوياً بدرجة كافية لإضاءة الأشياء البعيدة، ويركز هوائي الميكروويف الأكثر شيوعاً الإشارة عن طريق عكسها من سطح عاكس منحني بشكل مكافئ يسمى أحياناً طبق.

 

انتشار الميكروويف:

 

تنتقل إشارات الميكروويف عادةً من المرسل إلى المستقبل على طول مسارات شبه مستقيمة، وهناك استثناءات عرضية، ويمكن أن تسبب نفس الظروف الجوية التي تسبب السراب البصري مشاكل خبو الميكروويف، وتنحرف إشارات الميكروويف قليلاً عند المرور بشكل غير مباشر عبر طبقات ذات كثافة هواء مختلفة، ويمكن احتجاز إشارة الميكروويف تحت انعكاس درجة الحرارة، ممّا يتسبب في تلاشي إشارة قوية عندما لا تتمكن الإشارة من الوصول إلى جهاز استقبال على قمة جبل.

 

يمكن أن تتسبب مجاري الغلاف الجوي في أن تتبع إشارة الميكروويف انحناء الأرض بحيث تصل إلى ما هو أبعد من الأفق، وقد تكشف إشارات الرادار عند ترددات الميكروويف عن وجود سفن سطحية على مسافات تصل إلى مئات الأميال، ولكنّها غير قادرة على عرض عودة الرادار من الطائرات أثناء الطيران، كما يحدث هذا بشكل غير متوقع ولكن المشاكل عادةً ما تستمر لفترات قصيرة فقط.

 

تنعكس إشارات الميكروويف عن طريق الأسطح المستوية، ويمكن استخدام عاكسات الطائرة لترتد إشارة الميكروويف حول تل أو مبنى من شأنه أن يسد مساره بطريقة أخرى، وغالباً ما توضع العاكسات المسطحة أعلى أبراج مرحلات الميكروويف الطويلة، وهوائيات الأطباق المكافئة على مستوى الأرض تواجه السماء وموجهة نحو العاكسات التي ترتد إشاراتها إلى الأفق.

 

يحتاج عاكس الميكروويف السلبي إلى القليل من الصيانة ولا يحتاج إلى طاقة، وعيبهم الأساسي هو أنّ قوة إشارة الميكروويف تنخفض كقوة رابعة معكوسة للمسافة الكلية عندما تنعكس من مكرر سلبي، ممّا يزيد بشكل كبير من خسارة المسار، وتؤدي مضاعفة المسافة الإجمالية إلى تقليل قدرة الإشارة المستقبلة بمقدار واحد على ستة عشر.

 

تتفاعل جميع الظواهر القائمة على الموجة بقوة مع الأجسام التي لها حجم مشابه لطول الموجة وتتشابه قطرات المطر وحجر البرد في الحجم مع الطول الموجي لأفران الميكروويف عالية التردد، ويمكن للعاصفة المطيرة أن تمنع اتصالات الميكروويف ممّا ينتج عنه حالة تسمى التلاشي الناجم عن المطر ويستخدم رادار الطقس عن عمد موجات ميكروويف ذات أطوال موجية أقصر لزيادة التفاعل مع المطر.

 

ما هي وصلات اتصالات الميكروويف؟

 

وصلات الميكروويف: هو نظام اتصال يربط الإشارات اللاسلكية لنقل البيانات بين موقعين أو أكثر من المواقع الثابتة، وتشكل وصلات الميكروويف المتعددة شبكة ميكروويف، وتستخدم للاتصالات من نقطة إلى نقطة ويسمح الطول الصغير لموجاتها للهوائيات بتوجيهها في حزم ضيقة، ويمكن توجيه الحزم مباشرة إلى هوائي استقبال الميكروويف.

 

تسمح وصلات الميكروويف لأجهزة الميكروويف القريبة باستعمال الترددات المتشابهة دون التداخل معاً كما تقوم به موجات الراديو ذات التردد القليل، وفائدة أخرى لوصلات الميكروويف هي أنّ التردد المرتفع لأفران الميكروويف يوفر لنطاق الميكروويف طاقة مرتفعة على إرسال المعلومات.

 

أساسيات اتصالات الميكروويف:

 

على عكس موجات الراديو ذات التردد القليل، فإنّ وصلات الميكروويف قابلة للتكيف للغاية وذات نطاق عريض، وهذا يعني أنّ وصلة الميكروويف بين موقعين يمكنها التعامل مع كميات هائلة من المعلومات وربما يكون هذا الاتصال الفوري واسع النطاق هو سبب اعتماد العديد من الصناعات على وصلات الميكروويف:

 

  • تستخدم محطات التلفاز روابط الميكروويف لإرسال لقطات من الاستوديو إلى موقع جهاز الإرسال.

 

  • تستخدم شركات الهواتف المحمولة وصلات الميكروويف لنقل المكالمات بين مواقع الأبراج الخلوية.

 

  • تعتمد شركات الإنترنت اللاسلكية على وصلات الميكروويف لتوصيل الإنترنت عبر منطقة واسعة بدون كابلات أو أسلاك.

 

  • تستخدم وكالة ناسا والجيش والبرامج الفيدرالية الأخرى روابط الأقمار الصناعية والميكروويف لإرسال المعلومات الخاصة بسرعة وأمان.

 

يعتبر نقل الميكروويف أحد تقنيات “خط البصر”:

 

يُعتبر الإرسال بالموجات الدقيقة تقنية “خط البصر”، وذلك لأنّ الأداء السليم لنقل الموجات الصغرية يتطلب فراغاً جوياً، ويجب أن يكون المجال الجوي بين برجي ميكروويف من نقطة إلى نقطة خالياً من الجبال والمباني والأشياء الأخرى، ويمكن أن تمنع هذه العوائق إشارات الميكروويف، وتستخدم هذه التقنية اللاسلكية حزماً عالية التردد من موجات الراديو؛ لتوفير اتصالات عالية السرعة يمكنها إرسال واستقبال الصوت والفيديو ومعلومات البيانات.

 

على الرغم من المسافات الطويلة والمحدودة بسبب هذه الحاجة إلى خط رؤية واضح، يمكن أن يتدخل الغلاف الجوي والتلاشي بسبب المطر في الإرسال اللاسلكي، ولهذه الأسباب عادةً ما يتم استخدام الإرسال بالموجات الدقيقة فقط في المناطق التي لا تحتوي على شبكة “LAN” أو طرق نقل أخرى.

المصدر
Introduction to Analog and Digital Communications /Simon HaykinData Communication and Computer NetworkWIRELESS COMMUNICATIONS / Andreas F. MolischTheory and Problems of Signals and Systems / Hwei P. Hsu, Ph.DOptical Fiber Communications Principles and Practice Third Edition \ JOHN M. SENIOR

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى