الهندسةهندسة الاتصالات

التداخل الكهرومغناطيسي في الاتصالات اللاسلكية Electromagnetic Interference  

اقرأ في هذا المقال
  • ما هو التداخل الكهرومغناطيسي؟
  • أنواع التداخل الكهرومغناطيسي
  • طرق تقليل التداخل الكهرومغناطيسي
  • معايير EMI
  • آليات اقتران EMI

تطورت الاتصالات اللاسلكية بشكل كبير، حيث إنّها الطريقة الأساسية التي يتم من خلالها إجراء الاتصال اللاسلكي، كما يتم نقل البيانات لاسلكياً بمساعدة موجات الراديو والموجات الكهرومغناطيسية، حيث تنتشر الموجات التي يتم إنشاؤها من جهاز الإرسال عبر وسيط لاسلكي للوصول إلى جهاز الاستقبال وتعمل الهوائيات كمحولات طاقة تقوم بتحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات كهرومغناطيسية والعكس صحيح.

 

ما هو التداخل الكهرومغناطيسي؟

 

عندما تتسبب إشارات الضوضاء هذه في إتلاف الدائرة الكهربائية عن طريق رفع الحث الكهرومغناطيسي أو الاقتران الكهروستاتيكي، فإنّ هذا يسمى التداخل الكهرومغناطيسي، ويمكن أن يكون المصدر الخارجي مصدراً من إنتاج الإنسان أو مصدراً طبيعياً، كما يمكن أن يؤدي الاضطراب إلى إتلاف الدائرة الكهربائية أو إيقاف عملها.

 

عندما تتأثر إشارات البيانات، فقد يؤدي ذلك إلى زيادة معدل الخطأ والخسارة الكلية للبيانات، كما يمكن أن يؤثر التداخل الكهرومغناطيسي “EMI” على راديو “AM” وراديو “FM” والهواتف المحمولة وأجهزة التلفاز وعلم الفلك الراديوي، أمّا التفريغ المفاجئ للطاقة الكهربائية كما يحدث أثناء البرق، تولد العواصف موجات تردد الراديو قصيرة المدى في الغلاف الجوي، وإذا تم تشغيل هوائي في هذه البيئة، فسيتم التقاط هذه الإشارات العابرة بواسطة الهوائي.

 

وبالتالي، فإنّها تتداخل مع إشارات الاتصال الأصلية ممّا يؤدي إلى تشويه المعلومات وفقدانها، وهذا هو السبب أيضاً وراء الخشخشة التي تسمع على مستقبل راديو معدل الاتساع أثناء العواصف الكهربائية وأحد التحديات التي تواجهها هذه التكنولوجيا هو الضرر الناجم عن “إشارات الضوضاء”.

 

وإشارات الضوضاء هي إشارات التردد الراديوي قصيرة المدة التي تنتج خارجياً إمّا بطرق من صنع الإنسان بشكل طبيعي وعندما تلتقط هذه الإشارات بواسطة الهوائي سوف تتسبب في تدهور أنظمة الاتصالات وأحد هذه الاضطرابات هو التداخل الكهرومغناطيسي.

 

  • “EMI” هي اختصار لـ “Electromagnetic interference”.

 

  • “AM” هي اختصار لـ “Amplitude modulation”.

 

  • “FM” هي اختصار لـ “Frequency modulation”.

 

أنواع التداخل الكهرومغناطيسي:

 

يُعرف التداخل الكهرومغناطيسي أيضاً باسم تداخل التردد اللاسلكي، وبناءً على مصدر وعرض النطاق الترددي لإشارة الضوضاء الخارجية، يُصنف التداخل المغناطيسي إلى أربعة أنواع:

 

أولاً: عرض النطاق الترددي:

 

تم تصنيف “EMI” على أنّها “EMI” ذات النطاق العريض و”Narrowband EMI”، كما يحدث “EMI” ضيق النطاق بسبب عمليات الإرسال المقصودة، مثل محطات الراديو أو محطات التلفاز أو الهواتف المحمولة بينما يحدث “EMI” واسع النطاق بسبب الإشعاعات غير المقصودة مثل الإشعاعات من الشمس، حيث يتم ملاحظة جيل مستمر من القوس.

 

ثانياً: بناءً على مصدر التداخل:

 

1- “EMI” المقصودة:

 

يتم إنشاء هذا التداخل الكهرومغناطيسي عن قصد بواسطة الجهاز، وبعض هذه المعدات هي الرادارات وأجهزة الإرسال اللاسلكية وأجهزة التشويش، كما تولد هذه الأجهزة طاقة كهرومغناطيسية، وتُستخدم هذه الأجهزة في الحروب الإلكترونية، ويسمى هذا النوع من “EMI” أيضاً باسم “EMI” الوظيفي.

 

2- “EMI” غير مقصود:

 

مصادر هذا التداخل الكهرومغناطيسي من صنع الإنسان، ولكنّها ليست مصممة لتوليد الطاقة الكهرومغناطيسية، ومع ذلك فإنّ هذه الأجهزة تشع طاقة كهرومغناطيسية، وبعض هذه الأجهزة هي محركات التيار المستمر وأجهزة التحكم الكهربائية وإشعال المحرك وأجهزة الكمبيوتر وخطوط الطاقة وآلات اللحام، ويُعرف هذا النوع من “EMI” بأنّه غير وظيفي.

 

3- “Intra system EMI”:

 

تسبب ارتفاعات الجهد أو التيار التي تظهر على كابلات الطاقة وأدوات الطاقة في حدوث تشويش ذاتي وربط انبعاث غير مرغوب فيه داخل النظام، وهذا يؤدي إلى “EMI” في النظام.

 

4- “Inter system EMI”:

 

يمكن ملاحظة هذا “EMI” في الأنظمة التي تعمل ضمن نطاق تردد واسع من “50 هرتز” إلى عدة جيجاهرتز.

 

طرق تقليل التداخل الكهرومغناطيسي:

 

مع تطور البيئة الصناعية، عادةً ما تتفاعل الأجهزة الإلكترونية ودوائر معالجة الإشارات وأسلاك الطاقة والأجهزة الكهربائية الأخرى مع بعضها البعض، وهذا يعمل على إنتاج ضوضاء و”EMI” في الدوائر والتي يمكن أن تحط من القياسات الحرجة، ولحماية النظام من الأضرار الناجمة عن التداخل الكهرومغناطيسي يجب القيام في بعض الاحتياطات، كما يمكن لتقنيات التأريض والدرع الجيدة أن تنقذ الإشارات من التدهور.

 

لتخفيض “EMI” في الدوائر، فإنّ العناصر التي يجب العناية بها هي التخلص من مصدر الضوضاء أو إزالة أو ترقية جهاز الاستقبال المتأثر بإشارات الضوضاء، والتحقق من قناة الاقتران بين المصدر والمستقبل، كما يتم القيام في حماية الكابلات لحماية المعدات من التداخل المقترن بالسعة، ويتم استعمال طريقة الاقتران الاستقرائي والأزواج الملتوية لتخفيض التداخل المقترن مغناطيسياً.

 

مع زيادة استعمال المصادر الكهرومغناطيسية في المعدات، تتزايد أيضاً أخطار وتأثيرات التداخل الكهرومغناطيسي، ويؤثر التداخل الكهرومغناطيسي اليوم على العديد من الأنظمة مثل أنظمة النقل والأنظمة الطبية وأنظمة القطارات وأنظمة الاتصالات، كما تعمل المصادر الكهرومغناطيسية المحيطة على المعدات الإلكترونية الحساسة المتوفرة بالقرب من المصدر بالأضرار، ويستطيع مصدر النبض الكهرومغناطيسي ذو الطاقة العالية أن يدمر المعدات الكهربائية أو الإلكترونية بالقرب من المصدر.

 

معايير EMI:

 

تم إنشاء معيار “EMI” في الأصل لحماية الدوائر الإلكترونية من التداخل الكهرومغناطيسي الذي قد يمنعها من الأداء بالطريقة التي صُممت بها في الأصل، كما قد تؤدي هذه التداخلات أحياناً إلى تعطل الجهاز تماماً ممّا قد يشكل خطورة على المستخدمين، وأصبح أول الأمر مصدر قلق في الخمسينيات من القرن الماضي.

 

وكان في المقام الأول محل اهتمام الجيش بسبب عدد قليل من الحوادث الملحوظة الناشئة عن أعطال الملاحة بسبب التداخل الكهرومغناطيسي في أنظمة الملاحة، وانبعاثات الرادار التي أدت إلى إطلاق أسلحة غير مقصود، وعلى هذا النحو أراد الجيش التأكد من أنّ الأنظمة متوافقة مع بعضها البعض وأنّ عمليات أحدهما لا تؤثر على الآخر؛ لأنّ ذلك قد يؤدي إلى وفيات في حرفتهم.

 

إلى جانب التطبيقات العسكرية، ساهمت التطورات الحديثة في مجال الطب والحلول المتعلقة بالصحة مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب في الحاجة إلى لوائح “EMI”؛ لأنّ التداخل في أجهزة مثل هذا قد يؤدي إلى مواقف تهدد الحياة.

 

آليات اقتران EMI:

 

تصف آلية اقتران “EMI” كيفية انتقال “EMIs” من المصدر إلى جهاز الاستقبال أي الأجهزة المتأثرة، ويُعد فهم طبيعة “EMI” جنباً إلى جنب مع كيفية اقترانه من المصدر إلى جهاز الاستقبال هو المفتاح لمعالجة المشكلة، ومدعوماً بالمكونين المجال “H” والحقل الإلكتروني، تقترن “EMIs” من مصدر إلى مستقبل عبر أربعة أنواع رئيسية من اقتران “EMI”.

 

1- التوصيل:

 

يحدث اقتران التوصيل عندما يتم تمرير انبعاثات “EMI” على طول الموصلات أي الأسلاك والكابلات التي تربط مصدر “EMI” والمستقبل معاً، كما تُعتبر “EMI” المقترنة بهذه الطريقة شائعة في خطوط إمداد الطاقة وعادةً ما تكون ثقيلة على مكون الحقل “H”.

 

ويمكن أن يكون اقتران التوصيل على خطوط الطاقة إمّا توصيل الوضع العام يظهر التداخل في الطور على خط “+ve” و”-ve” أو خطوط “tx” و”rx”، أو توصيل الوضع التفاضلي ويظهر التداخل خارج الطور على اثنين من الموصلات، أمّا الحل الأكثر شيوعاً للتداخل المقترن التوصيل هو استخدام المرشحات والدرع فوق الكابلات.

 

2- الإشعاع:

 

اقتران الإشعاع: هو الشكل الأكثر شيوعاً والأكثر خبرة من اقتران “EMI”، وعلى عكس التوصيل لا يتضمن أي اتصال مادي بين المصدر والمستقبل، حيث ينبعث التداخل أي يشع عبر الفضاء إلى المستقبل.

 

3- اقتران بالسعة:

 

يحدث هذا بين جهازين متصلين، ويوجد الاقتران السعوي عندما ينقل الجهد المتغير في المنبع بالسعة شحنة إلى الضحية.

 

4- اقتران حثي أو مغناطيسي:

 

يُشير هذا إلى نوع التداخل الكهرومغناطيسي الذي يحدث نتيجة لتداخل الموصل في موصل آخر قريب منه بناءً على مبادئ الحث الكهرومغناطيسي.

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.D./ JOHN M. SENIOR Optical Fiber Communications Principles and Practice Third Edition

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

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

زر الذهاب إلى الأعلى