اقرأ في هذا المقال
- ما هو هوائي الميكروويف؟
- تصنيف هوائيات الميكروويف
- أساسيات هوائي الميكروويف
- أنواع أنظمة اتصالات الميكروويف
يسمى النظام المستخدم لنقل البيانات بين الأشخاص والمعدات نظام الاتصال، حيث يتكون النظام عادة من شبكات اتصالات فردية ومحطات ترحيل، وكذلك نظام إرسال ومعدات طرفية وكابل ربط وعمليات واجهية تعمل كوحدة متكاملة، حيث يُعد للهوائي دوراً مهماً في نظام الاتصال هذا، والذي يستعمل لإرسال البيانات واستلامها، كما يعتمد تصنيف الهوائي على مواصفات مثل التردد والاستقطاب والإشعاع.
ما هو هوائي الميكروويف؟
هوائي الميكروويف “Microwave Antennas”: هو الهوائي الذي يتم تشغيله على تردد الميكروويف، حيث هناك أنواع مختلفة من هوائيات الميكروويف على نطاق واسع من التطبيقات بما في ذلك التطبيقات القائمة على الاتصالات المنزلية، وهو جهاز إرسال يستخدم لنقل إرسالات الميكروويف من موقع إلى آخر، كما تُستخدم الهوائيات بشكل شائع في الإلكترونيات والرادار وعلم الفلك الراديوي.
تُعتبر هوائيات الميكروويف مهمة وتستخدم بشكل شائع في تطبيقات مختلفة مثل أبراج الاتصالات وأجهزة الراديو والأقمار الصناعية لتحديد المواقع العالمية وكذلك أنظمة الاتصالات اللاسلكية، وهناك أنواع مختلفة من هوائيات الميكروويف ولها استخدامات مختلفة، حيث يتميز هوائي الميكروويف بخصائص مختلفة تجعله مناسباً لتطبيقات مختلفة.
نظام الاتصال مسؤول عن نقل البيانات من جهاز أو أكثر إلى آخر أو بين موقعين أو أكثر، وهوائيات الميكروويف هي جوانب مهمة لشبكات الميكروويف، حيث يتم إنشاء هوائيات الميكروويف لتلائم على وجه التحديد المتطلبات الميكانيكية والكهربائية للمعدات.
تصنيف هوائيات الميكروويف:
أولاً: هوائي الشريط الصغير التصحيح:
هوائي الشريط الصغير التصحيح: تُعرف هذه الهوائيات أيضاً باسم هوائيات التصحيح، حيث يتكون هوائي التصحيح الشريطي الصغير من رقعة مشعة مرتبطة بطبقة أساسية عازلة على أحد الجانبين ولها مستوى أرضي على الجانب الآخر.
تتضمن الرقعة بشكل عام على مواد موصلة مثل النحاس أو الذهب، حيث يتراوح التردد التشغيلي لهذه الهوائيات بين “100 ميجاهرتز” و”100 جيجاهرتز”، ونظراً للمزايا مثل الوزن الخفيف والحجم المنخفض وتكلفة التصنيع المنخفضة يمكن تصنيع هذه الهوائيات بكميات كبيرة، كما تُعرف هوائيات التصحيح الشريطي الصغير بأدائها ومدى استعمالها.
كما يمكن أن يعمل استعمال الهوائيات الشريطية الصغيرة في النطاق الواسع إلى اعتماد الهوائيات التقليدية في التطبيقات، وهناك العديد من التطبيقات التي تعتمد على هوائيات التصحيح ذات الشريط الصغير، مثل الأقمار الصناعية والهواتف الخلوية ونظام الاتصال الشخصي وأجهزة الترحيل.
ثانياً: هوائي القرن:
هوائي القرن أو بوق الميكروويف: هو هوائي يتكون من دليل موجي تتوهج جدرانه النهائية للخارج لتشكيل هيكل يشبه مكبر الصوت، كما تُستخدم هذه الأبواق على نطاق واسع كهوائيات عند ترددات عالية جداً وترددات ميكروويف أعلى بكثير من “300 ميجاهرتز”، كما تُستخدم هذه لقياس كسب الهوائيات الأخرى، مثل هوائيات المعايرة والهوائيات التوجيهية لأجهزة، مثل فتاحات الأبواب الأوتوماتيكية وعدادات راديو الميكروويف.
تتضمن مزايا هوائي البوق الاتجاهية المعتدلة ونسبة الموجة المنخفضة وعرض النطاق الترددي العريض حيث يكون كسب هوائي البوق يصل حتى “25 ديسيبل”، وتستعمل على نطاق واسع في تردد الميكروويف عندما يكون كسب الطاقة المحدد مناسباً.
ثالثاً: الهوائي المكافئ:
الهوائي المكافئ: هو هوائي يستخدم عاكساً مكافئاً، وهو سطح منحني ذو شكل مقطعي من القطع المكافئ لتوجيه موجات الراديو، كما أنّ شكل الهوائي على شكل طبق، لذلك يُعرف شعبياً باسم هوائي الطبق أو طبق القطع المكافئ، والاتجاهية العالية هي الميزة الرئيسية للهوائي المكافئ.
يمكن تطبيق هذه الهوائيات في تطبيقات مثل هوائيات عالية الكسب للتواصل من نقطة إلى نقطة “P2P” وأيضاً كتلسكوبات راديوية، وبالإضافة إلى ذلك تُستعمل الهوائيات المقابلة أيضاً كهوائيات رادار؛ لأنّ الرادارات تحتاج إلى إرسال حزمة ضيقة من موجات الراديو إلى الأجسام المحلية مثل السفن والطائرات.
رابعاً: هوائي البلازما:
هوائي البلازما: هو نوع من أنواع الهوائيات الراديوية تستخدم فيه البلازما كعنصر تطوير بدلاً من العناصر المعدنية المستخدمة في الهوائي التقليدي، حيث يستخدم الغاز المتأين كمادة موصلة؛ لأنّ هذا الغاز يتأين عند النقل أو الاستقبال.
يمكن اعتماد هوائي البلازما لكل من إرسال واستقبال إشارات الراديو؛ لأنّها قادرة على تشغيل نطاق تردد يصل إلى “90 جيجاهرتز”، كما يتضمن هوائي البلازما على قطع تردد عالٍ ويمكنه إرسال واستلام إشارات التردد العالي والمنخفض دون التفاعل مع الإشارات عالية التردد، وأمّا استخدامات هوائي البلازما هي الاتصالات الرقمية عالية السرعة والذكاء الإلكتروني و”RFID” و”4G” وأنظمة الرادار.
خامساً: هوائي “MIMO”:
في الراديو يتم استعمال مدخلات متعددة ومخرجات متعددة “MIMO“، وبالتالي يتم استعمال الهوائيات المتعددة في كل من طرفي المرسل والمستلم لتحسين أداء الاتصال، كما إنّها إحدى تقنيات الهوائي الذكية، حيث يمكن استعمال الهوائيات المتعددة في “MIMO” بأسلوبين أحدهما لتكوين اتجاهية عالية الفعالية للهوائي والآخر لنقل تدفقات البيانات المتوازية لزيادة قدرة النظام.
تطبيقات هوائيات “MIMO” هي الشبكات المعشقة وأنظمة “RFID”، كما تُعتبر هوائيات الموجات الصغيرة أجهزة أساسية في أنظمة الاتصالات اللاسلكية وأيضاً في اتصالات الأقمار الصناعية والراديو والرادار.
- “MIMO” هي اختصار لـ “Multiple input multiple output”.
- “RFID” هي اختصار لـ “Radio Frequency Identification”.
أساسيات هوائي الميكروويف:
توفر أنظمة الموجات الدقيقة الثابتة من نقطة إلى نقطة إرسالاً رقمياً متوسط السعة بين مواقع محددة جيداً، والأكثر شيوعاً في المواقف التي تكون فيها الألياف الضوئية أو الاتصالات عبر الأقمار الصناعية غير عملية، يتم استخدامها بشكل شائع للتوصيل البيني الخلوي أو موقع “PCS”، حيث يلزم الاتصال الرقمي ولكنّه غير متاح اقتصادياً من مصادر أخرى، وفي الشبكات الخاصة حيث تكون الموثوقية أكثر أهمية.
من السهل تحديد النظام الذي يستخدم اتصالات الميكروويف من خلال ملاحظة أطباق الأقمار الصناعية الموجودة عادةً أعلى المبنى، وهذه الأطباق ضرورية لإرسال أشعة مركزة من الطاقة لمسافات طويلة حيث تتكون الحزمة المركزة من ترددات جيجاهرتز منخفضة من الطيف الكهرومغناطيسي، كما توفر هذه الترددات إنتاجية وأداء أفضل من وسائط الإرسال اللاسلكية الأخرى.
أنواع أنظمة اتصالات الميكروويف:
1- النظام الأرضي:
يعتمد على الإرسال من خلال هوائيات مكافئة اتجاهية، ويمكن للإشارة أن تنتقل فقط إلى المتلقي في خط البصر، وعادةً ما يتم استخدامه في السيناريوهات التي يحتاج فيها مبنيان إلى اتصال ويكون الحل بالكابل إمّا مستحيلاً أو غير فعال من حيث التكلفة.
مواصفات نظام الميكروويف الأرضي هي:
- تردد منخفض جيجاهرتز من “4 جيجاهرتز” – “6 جيجاهرتز” و”21 جيجاهرتز” – “23 جيجاهرتز”.
- التكلفة المنخفضة للأنظمة التي تقل مسافات نقلها عن بضع مئات من الأمتار أي تكلفة عالية لحلول المسافات الطويلة.
- عملية التثبيت المعقدة بسبب متطلبات محاذاة خط البصر.
- معدلات البيانات بين “1 ميجابت في الثانية” و”100 ميجابت في الثانية”.
- قد يتأثر التوهين بالعديد من العوامل، بما في ذلك الطقس والتردد وقوة الإشارة وحجم الهوائي.
- يمكن أن تتأثر الإشارة بالمجال الكهرومغناطيسي.
- التنصت سهل.
2- نظام الميكروويف عبر الأقمار الصناعية:
تستخدم نهجاً مشابهاً مع اختلاف فقط أنّ أحد الهوائيات موجود على قمر صناعي على ارتفاع “50000 كيلومتر” فوق الأرض، كما يسمح القمر الصناعي بتغطية مناطق أوسع بكثير ممّا هو ممكن مع النظام الأرضي، وبما أنّ القمر الصناعي قادر على إعادة إرسال الإشارة إلى قمر صناعي آخر، فإنّ النظام يسمح بالتواصل مع أي نقطة على سطح الأرض.
ومع ذلك نظراً لأنّ الإشارة تحتاج إلى الانتقال إلى الفضاء والعودة، فإنّها تولد تأخيرات حتى لو كانت المسافة على الأرض بين المرسل والمستقبل عدة كيلومترات فقط، ويطلق عليه تأخير الانتشار ويمكن أن يصل إلى خمس ثوان.
ميزات نظام الميكروويف عبر الأقمار الصناعية:
- تردد التشغيل “11 جيجاهرتز” – “14 جيجاهرتز”.
- إنّه حل مكلف للغاية، حيث قد يحتاج المرء إلى استئجار أو بناء وإطلاق قمر صناعي.
- التثبيت صعب للغاية.
- السعة بين “1 ميجابت في الثانية” و”10 ميجابت في الثانية”.
- يعتمد التوهين على الطقس والتردد وقوة الإشارة وحجم الهوائي.
- يتعرض للتنصت.
ملاحظة: “PCS” هي اختصار لـ “Permanent Change of Station”.
