انتشار القناة في الاتصالات Duct Propagation

بشكل أساسي في انتشار القناة، على الرغم من انعكاسها من طبقة الأيونوسفير أو الانزلاق فوق سطح الأرض، تنتشر الموجات من طرف إلى آخر، عن طريق الانكسار المتتالي من طبقة التروبوسفير كما يُشار أحياناً إلى انتشار القناة باسم الانكسار الفائق.

ما هو انتشار القناة في الاتصالات Duct Propagation؟

انتشار القناة في الاتصالات “Duct Propagation”: هي تقنية انتشار الموجات الراديوية التي تسمح بإرسال الموجات الكهرومغناطيسية “UHF” و”VHF” عبر المنطقة القريبة من الطبقة التروبوسفيرية من الغلاف الجوي.

يسمح انتشار القناة بانتشار الإشارات إلى ما وراء الأفق، وهذا يعني أنّه على عكس انتشار الموجة السطحية، فإنّه يسمح بنقل الإشارة دون ضمان الحاجة إلى وجود خط رؤية بين الهوائيين، كما أنّه في نطاقات التردد التي تزيد عن “30 ميجاهرتز”، يتم استخدام انتشار الموجات الفضائية، وذلك لأنّ مثل هذه الإشارات عالية التردد على الرغم من انعكاسها من الأيونوسفير يتم اختراقها.

وبالتالي يتم استخدام الموجة الفضائية لإرسال إشارات عالية التردد، لكن العيب الرئيسي المرتبط بانتشار الموجات الفضائية كان اتصال “LOS”، أمّا بسبب التردد العالي تتطلب الإشارات في طبقة التروبوسفير مساراً خالٍ من العوائق؛ لأنّ الأطوال الموجية لهذه الإشارات عالية التردد قصيرة، وبالتالي فإنّ أسلوب الانتشار هذا يحد من مدى إرسال الإشارة.

لذلك من أجل إرسال إشارة “UHF” و”VHF” إلى مسافة أكبر، يتم استخدام القناة الموجودة في منطقة التروبوسفير من الغلاف الجوي، كما تعمل هذه القناة كقناة لتوجيه الموجة عالية التردد إلى الطرف الآخر عن طريق الانكسار المتتالي، ومن ثم يشار إلى الانكسار الفائق.

• “UHF” هي اختصار لـ “Ultra High Frequency”.

• “VHF” هي اختصار لـ “Very High Frequency”.

• “LOS” هي اختصار لـ “Line of Sight”.

ما هي قناة الغلاف الجوي Atmospheric duct؟

القناة الغلاف الجوي “Atmospheric duct”: هي المنطقة أو الطبقة الموجودة في الغلاف الجوي السفلي، والتي تنتج عن انعكاس درجة الحرارة، كما تتصرف القناة كدليل موجي في الغلاف الجوي وتوجه موجات الراديو على طول انحناء الأرض ممّا يسمح بانتشار جبهات الموجة بطريقة أفقية فقط.

كما أنّ طبقة التروبوسفير تمتد بشكل عام إلى “15 كم” من سطح الأرض، ويحدث انتشار قناة الغلاف الجوي على ارتفاع حوالي “50 متراً” فوق طبقة التروبوسفير، وبالتالي يمكننا اعتبار أنّ انتشار قناة الغلاف الجوي يحدث في طبقة التروبوسفير والتروبوبوز أي الستراتوسفير، كما يحدث انتشار قناة الغلاف الجوي عندما تتشكل قناة الغلاف الجوي في الطبقة السفلى من الغلاف الجوي، وقناة الغلاف الجوي ليس سوى منطقة الهواء البارد الموجودة بين طبقات الهواء الدافئ، حيث تشكيل القناة هو نتيجة انقلاب درجة الحرارة.

ما هو انعكاس درجة الحرارة؟

إنّ الستراتوبوز هي المنطقة الموجودة التالية أعلى طبقة التروبوسفير، حيث تبقى درجة حرارة هذه المنطقة ثابتة بشكل عام،  كما تحتوي المنطقة على ثابت عازل أكبر إلى حد ما من “1” على سطح الأرض؛ لأنّها أكثر كثافة من منطقة الغلاف الجوي العلوي، حيث أثناء التحرك صعوداً مع انخفاض كثافة الهواء إلى “0”، يصل ثابت العزل الكهربائي إلى قيمة الوحدة.

لذلك يمكن اعتبار أنّ الهواء الجاف له ثابت عازل أكثر من “1” ووجود بخار الماء يعزز ثابت العزل بشكل أكبر وهكذا يمكن أن يكون ثابت العزل الكهربائي يعتمد على الظروف الجوية، كما أنّه في الغلاف الجوي القياسي تظهر درجة الحرارة انخفاضاً مع الارتفاع، وهذا يعني أنّه مع الحركة الصعودية في الغلاف الجوي يجب أن ينخفض ​​ثابت العزل بشكل موحد، لذلك سيؤدي هذا إلى الحصول على ثابت عازل واحد في منطقة كثافة الهواء الصفرية.

ومع ذلك، فإنّ حالة الغلاف الجوي القياسية هذه عملياً تُظهر وجوداً نادراً، والسبب في ذلك هو أنّ الهواء ذو ​​طبيعة مضطربة، كما توجد طبقات مختلفة من الهواء، حيث تحتوي طبقات الهواء المتعددة هذه على محتويات بخار ماء مختلفة وبالتالي درجات حرارة مختلفة، لذلك لا تتحقق خاصية حدوث انخفاض كبير في درجة الحرارة مع الارتفاع، وهذا يؤدي إلى تطور حالة غير عادية في الغلاف الجوي، حيث توجد طبقة من الهواء الدافئ فوق الهواء البارد، كما يُعرف هذا باسم انعكاس درجة الحرارة وهذا يؤدي إلى ظهور ظاهرة الانكسار الفائق في الغلاف الجوي.

أساسيات انتشار القناة في الاتصالات:

انتشار القناة هو ظاهرة إرسال إشارات “UHF” و”VHF” إلى مسافات أطول، كما أنّ وجود طبقة من الهواء البارد بين الهواء الدافئ يولد مجرى هواء يوجه الإشارات عالية التردد بداخله مثل دليل الموجة، حيث تنتشر الموجة بشكل أساسي داخل القناة عن طريق المرور بانكسارات متتالية بداخلها، كما يؤدي التغيير في معامل الانكسار بسبب الطبقات الدافئة والباردة في الغلاف الجوي إلى انتشار قناة الغلاف الجوي.

إنّ الظروف الجوية غير العادية هي التي تسبب توليد القناة، ومع ذلك لكي يحدث انتشار في القناة فإنّ الشرطين الضروريين هما كما يلي:

• يجب أن يمتد هوائي الإرسال إلى منطقة القناة في الغلاف الجوي.

• يجب أن تكون زاوية حدوث الموجات الراديوية أقل من قيمة الزاوية الحرجة.

كما أنّ الهواء الدافئ والبارد يمتلك تبايناً في معامل الانكسار، وهذا بسبب الاختلاف في كثافتها، لذلك عندما تنبعث مثل هذه الموجة عالية التردد من هوائي الإرسال في منطقة القناة، أي الهواء البارد بزاوية حدوث منخفضة، وعند وجود مشكلة من معامل الانكسار المنخفض من منطقة الهواء الدافئ بسبب انخفاض الكثافة، تنكسر الموجة مرة أخرى إلى سطح الأرض.

وعلاوةً على ذلك، من المعروف أنّ درجة حرارة الهواء فوق سطح الأرض أعلى، وبالتالي فإنّ المنطقة الدافئة موجودة أسفل القناة، لذلك فإنّ الموجة أثناء انتشارها عبر المنطقة الباردة، أي ذات معامل الانكسار العالي نحو الأرض تنكسر مرة أخرى عند تفاعلها مع وسيط معامل الانكسار المنخفض، ويرجع هذا الاختلاف المفاجئ في معامل الانكسار للوسط إلى التغير في ثابت العزل الكهربائي للغلاف الجوي.

لهذا السبب، تخضع الموجة لانكسارات متعددة وتتأرجح بين حدي القناة ويستقبلها هوائي الاستقبال وبهذه الطريقة يتم تحقيق الإشارة المرسلة بواسطة الهوائي في الطرف المقابل بأقل توهين، كما يسمح انتشار القناة بنقل إشارات عالية التردد إلى مسافات أكبر دون شرط انتشار خط البصر، حيث من خلال انتشار القناة، يمكن إرسال هذه الإشارات عالية التردد حتى مسافة “1000 كم” في الغلاف الجوي.

ما هو الأثر الذي يحدثه انتشار القناة؟

نظراً لأنّ الإشارات يمكن أن تنتقل إلى أماكن أبعد، فقد يصبح من الممكن تلقي الخدمات التي لا يمكنك الحصول عليها عادةً، كما يمكن أن يلتقط الهوائي الخاص بك الإشارات من أجهزة الإرسال البعيدة وكذلك الإشارات من المرسل المحلي الخاص بك، أو إذا كانت الإشارة قوية جداً فسوف تلتقط خدمة الراديو البعيدة.

أمّا إذا كانوا على نفس التردد، فقد يتسبب ذلك في حدوث تداخل في نفس القناة، كما سيؤدي ذلك إلى فقد مؤقت للاستقبال أو سماع خدمتين راديو في نفس الوقت، حيث يمكن أن تتسبب هذه الإشارات الإضافية أحياناً في حدوث مشكلات مع أجهزة إرسال الترحيل في الشبكة.