اقرأ في هذا المقال
- أساسيات الهوائيات في الاتصالات اللاسلكية
- آلية عمل الهوائيات في الاتصالات اللاسلكية
- أنواع الهوائيات في الاتصالات اللاسلكية
- تنوع الهوائي في محطات الاتصالات اللاسلكية
أحد أهم المكونات لتشغيل شبكة لاسلكية ناجحة هو امتلاك الهوائيات المناسبة، وتأتي الهوائيات بأشكال وأحجام مختلفة وكل منها مصمم لوظيفة معينة، كما يُعد اختيار الهوائيات المناسبة لشبكتك أمراً بالغ الأهمية لتحقيق الأداء الأمثل للشبكة، بالإضافة إلى ذلك يمكن أن يؤدي استخدام الهوائيات المناسبة إلى تقليل تكاليف الشبكة نظراً لأنّك ستحتاج إلى عدد أقل من الهوائيات ونقاط الوصول.
أساسيات الهوائيات في الاتصالات اللاسلكية
شهدت السنوات الأخيرة طلباً متزايداً على خدمات الاتصالات اللاسلكية ذات النطاق العريض مثل تصفح الويب أثناء التنقل ونقل البيانات عالي السرعة وتدفق الوسائط المتعددة عالية الوضوح، واستجابةً لهذا النمو كان هناك تقدم سريع في البحث والتطوير للتقنيات التي تدعم الشبكات اللاسلكية عالية السرعة والتي توفر المرونة والقابلية للتوسع لمتطلبات المستهلك غير المتجانسة.
كما يتمثل التحدي الأساسي للتشغيل الموثوق لوصلة اتصال لاسلكي في القناة اللاسلكية التي تتأثر بالضوضاء المتغيرة بمرور الوقت والتداخل وتعدد المسيرات وندرة طيف التردد المتاح، ونظراً للطبيعة اللاسلكية لإرسال الإشارة والطريقة التي يتم بها توزيع الطاقة أو تجميعها فإنّ للهوائي تأثير عميق على التشغيل الفعال للوصلة اللاسلكية، ونظراً لأنّ الهوائي مطلوب في الوقت الحاضر للعمل مع العديد من المعايير اللاسلكية.
كما إنّه يطرح واحدة من أصعب مشاكل التصميم والتطوير التكنولوجي، حيث تركزت العديد من تصميمات الهوائي على التطبيقات الخارجية التقليدية، مثل الاتصالات الساتلية والاتصالات الأرضية من نقطة إلى نقطة ومحطات القاعدة الخلوية، وفي هذه التطبيقات كان هدف التصميم الأساسي هو الأداء الكهربائي للهوائي، وفي حالة التطبيقات الداخلية يجب على المصمم الانتباه ليس فقط للأداء الكهربائي ولكن أيضاً للميزات الميكانيكية والبيئية والجمالية للهوائي.
كما يتم إجراء التحقيقات في تصميم وتطوير هوائي لأنظمة الاتصالات اللاسلكية الداخلية المنتشرة حالياً أو التي تدخل بسرعة إلى السوق الاستهلاكية، حيث يُقترح هوائي صفيف فتحة خط شعاعي أحادي النطاق مستقطب دائرياَ يغطي طيف تردد “ISM” حوالي “2.4 جيجا هرتز” لبروتوكول “IEEE 802.11b / g”.
ومع ذلك يتم وصف هوائي نقطة الوصول لتطبيقات “IEEE 802.11a / b / g WLAN” التي تعمل في نطاق تردد مزدوج يغطي أطياف التردد “2.4 جيجا هرتز” و”5.2 جيجا هرتز”، وهو يتألف من هوائي “RLSA” وهوائي رقعة مجتمعين في جسم واحد، وخلال مرحلة التصميم بالإضافة إلى الخصائص مثل فقدان العودة ونمط الإشعاع والاستقطاب يتم الاهتمام بالصلابة الميكانيكية والوزن الخفيف والتأثير البصري المنخفض لهذه الهياكل المشعة.
تُعد تكلفة التصنيع المنخفضة أيضاً جزءاً من استراتيجية التصميم، وهذا مهم بسبب السوق التجاري التنافسي لتطبيقات “WLAN” الحساسة لتكلفة التطوير، كما تُستخدم طريقة المطابقة الميدانية لتحقيق تقريب من الدرجة الأولى للانتقال المحوري إلى الدليل الموجي الذي يشكل عنصر التغذية لهوائي “RLSA”، وبعد ذلك يتم تطبيق تحليل “EM” الكامل “HFSS” المستند إلى طريقة العنصر الميداني لمحاكاة الهوائيات أحادية النطاق ومزدوجة النطاق.
- “WLAN” هي اختصار لـ “Wireless Local Area Network”.
- “EM” هي اختصار لـ “electromagnetic”.
- “RLSA” هي اختصار لـ “Small Radial Line Slot Array”.
- “ISM” هي اختصار لـ “Industrial, scientific and medical networks”.
- “IEEE” هي اختصار لـ “Institute of Electrical and Electronics Engineers Standards”.
آلية عمل الهوائيات في الاتصالات اللاسلكية
يتم تصنيع كلا النوعين من هوائيات نقطة الوصول، وكما تُستخدم وسيلة الاختبار هذه لقياس مستويات قوة الإشارة لوصلة اتصال بين جهاز لاسلكي محمول، ونقطة وصول عندما تكون مزودة بهوائيات متعددة العناصر “MEAs”، كما يتم توفير تفاصيل التصميم الكاملة بما في ذلك الميزات الكهربائية والميكانيكية وبالنسبة لتكوين تغذية معين يسمح الاختبار بقياس قوة الإشارة المستقبلة عند تحريك وحدة الاستقبال فوق منطقة دائرية في بيئة داخلية.
وتتعلق بنظام “MEA” الذي يستخدم جهازي إرسال واستقبال أحادي المنفذ كل منهما مجهز إمّا بزاوية “180 درجة” أو “90 درجة” لـ “3 ديسيبل”، ومن خلال استخدام أحد منفذي الإدخال للهجين لتغذية زوج من الهوائيات أحادية القطب يتم فحص العديد من أوضاع الإرسال أو الاستقبال المختلفة لوصلة الاتصال “2×2 MEA”، وتركز على أداء نظام لاسلكي داخلي يستخدم هوائيات مستقطبة خطياً أو دائرياً على جانبي وصلة الاتصال.
تشير نتائج التنوع الكلي إلى أنّه من خلال زيادة تعقيد النظام بشكل هامشي وباستخدام دوائر وهوائيات هجينة بسيطة، يمكن أن توفر أنظمة الإرسال والاستقبال التقليدية المجهزة بـ “MEA” تحسينات كبيرة في جودة الارتباط اللاسلكي الداخلي، وكما تقدم الهوائيات المستوية أحادية القطب خصائص جيدة لخسارة العودة وخصائص نمط الإشعاع متعدد الاتجاهات عبر نطاق تردد عريض للغاية “UWB” ويمتد من “3.1 جيجاهرتز” إلى “10.6 جيجاهرتز”.
تم فحص نوعين من الهوائيات المستوية أحادية القطب، ويتم إدخال نوع الحلقة المربع مع هوائي أحادي القطب شبه دائري يتم وضعه عمودياً فوق مستوى أرضي محدود متبوعاً بتصميمه، والهوائي “UWB” هو مربع مطبوع بهوائي أحادي القطب شبه دائري، كما يتم وضع هذا الهوائي في نفس المستوى مثل الأرض وبالتالي يوفر تكاملاً مباشرًا مع الدائرة الأمامية لجهاز الإرسال والاستقبال اللاسلكي.
تم تصميم وتصنيع واختبار العديد من أشكال هذا النوع من الهوائيات التي تتميز بخطوط خارجية مختلفة حيث تظهر النتائج التجريبية التي تم الحصول عليها توافقاً جيداً مع نتائج المحاكاة، كما تم تحقيقه باستخدام برنامج المحاكاة والتحليل الكهرومغناطيسي الكامل “HFSS”.
- “UWB” هي اختصار لـ “ultra-wideband”.
أنواع الهوائيات في الاتصالات اللاسلكية
- هوائي “Microstrip Patch”.
- هوائي صفيف مرحلي.
- الهوائي الاتجاهي.
- هوائي ثنائي القطب مطوي.
- هوائي المستوى الأرضي.
- هوائي السجل الدوري.
تنوع الهوائي في محطات الاتصالات اللاسلكية
تتكون محطة الاتصالات اللاسلكية من قسم المبنى الأول بما في ذلك الهوائي لتمكين الاتصالات اللاسلكية مع المحطة وقسم المبنى الثاني بما في ذلك هوائي الاتصالات الثاني، ويتم توصيل قسم المبنى الثاني بشكل قابل للتمديد بالمبنى الأول بطريقة مثل عندما يكون المبنى الثاني القسم في موضعه الممتد ويقع الهوائي الثاني على بعد نصف طول موجة من الهوائي الأول.
قد يكون أحد الهوائيين أو كليهما من النوع الثابت وعلى سبيل المثال سوط أو كعب أو نوع قابل للسحب على سبيل المثال تصغير، كما قد تكون الهوائيات خارجية أو داخلية وعلى سبيل المثال هوائيات من نوع التصحيح في أقسام المبنى.
تشتمل أجهزة الاتصالات اللاسلكية المحمولة الصغيرة عادةً على هوائي مفرد أو رقعة أو هوائي على شكل حرف “L” للاستقبال أو الإرسال عبر ارتباط اتصالات لاسلكية بالجهاز، بينما تعمل ترتيبات الهوائي هذه بشكل جيد بشكل عام ولا تزال هناك نقاط ميتة أو ضعيفة تتطلب من المستخدم تغيير موضعه أو التحرك للحصول على استقبال أو إرسال أفضل.
وهذا ينطبق بشكل خاص على الأجهزة مثل المساعدة الرقمية الشخصية “PDA” التي تستخدم هوائي التصحيح الذي يتم وضعه عادة على الجزء الخلفي من المساعد الرقمي الشخصي، وغالباً ما يجب توجيه أجهزة المساعد الرقمي الشخصي “PDA” بحيث يكون الجزء الخلفي مواجهاً للاتجاه العام للمحطة الأساسية للحصول على استقبال جيد.
لكن نظراً للأبعاد الصغيرة لأجهزة الاتصال اللاسلكي هذه لا توجد طريقة عادةً لإضافة هوائي ثانٍ لتوفير تنوع الهوائي، وبالتالي هناك حاجة مستمرة لتحسين أداء أجهزة الاتصال اللاسلكي هذه.
- “PDA” هي اختصار لـ “Personal digital assistant”.
