اقرأ في هذا المقال
- ما هي إشارة التردد اللاسلكي RF؟
- أساسيات إشارة التردد اللاسلكي
- كيفية اختيار تردد RF
- أنواع ترددات RF
- تطبيقات إشارة التردد اللاسلكي
تُستخدم اتصالات الترددات الراديوية “RF” في العديد من الصناعات بما في ذلك البث التلفزيونيوأنظمة الرادار وشبكات منصات الكمبيوتر والهواتف المحمولة، وكذلك التحكم عن بعد والقياس أو المراقبة عن بُعد.
ما هي إشارة التردد اللاسلكي RF؟
إشارة التردد اللاسلكي “RF”: هي إشارة لاسلكية كهرومغناطيسية تستخدم كشكل من أشكال الاتصال في الإلكترونيات اللاسلكية، وموجات الراديو هي شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي مع ترددات راديو محددة تتراوح من “3 كيلو هرتز” إلى “300 جيجا هرتز”.
يُشير التردد إلى معدل التذبذب لموجات الراديو، ويحدث انتشار الترددات الراديوية بسرعة الضوء ولا يحتاج إلى وسيط مثل الهواء من أجل التنقل، وتحدث موجات “RF” بشكل طبيعي من إشعاعات الشمس والبرق ومن النجوم في الفضاء التي تنتج موجات “RF” مع تقدم العمر، ويتواصل المستخدمين مع موجات الراديو التي تم إنشاؤها بشكل مفتعل والتي تكون عند ترددات مختارة متنوعة.
- “RF” هي اختصار لـ “Radio Frequency”.
أساسيات إشارة التردد اللاسلكي:
يمكن تنويع مكونات الراديو الفردية مثل الخلاطاتوالفلاتر ومضخمات الطاقة اعتماداً على نطاق تردد التشغيل، إلّا أنّه لا يمكن تصنيفها بشكل مناسب حسب المعيار اللاسلكي، مثل “Wi-Fi” و”Bluetooth” لأنّ هذه الأجهزة تتيح طبقة مادية فقط “PHY” للدعم، وفي المقابل غالباً ما تحتوي وحدات “RF” وأجهزة الإرسال والاستلام و”SoCs” على دعم طبقة ارتباط البيانات لواحد أو أكثر من بروتوكولات الاتصال اللاسلكي.
لا يتوفر سوى طيف كهرومغناطيسي واحد ولكن باستعمال ترددات حاملة متنوعة يمكن أن تشتغل العديد من أجهزة “RF”، والترددات الراديوية عالم من الترددات داخل نظام واحد مع الأخذ في الاعتبار أنّ تصميم “RF” قد يتضمن إشارات في نطاقات تردد متعددة، وبشكل أكثر تحديد جزء من الطيف الكهرومغناطيسي المستخدم بشكل شائع للاتصالات اللاسلكية.
يتم تضمين الضوء في الطيف الكهرومغناطيسي وكذلك موجات الراديو ذات التردد المنخفض للغاية والتي لها استخدام محدود في الأنظمة الهندسية، كما يُعد الضوء وسيلة مفيدة لنقل المعلومات ولكنّه يتصرف بشكل مختلف تماماً عن الإشعاع الكهرومغناطيسي متوسط التردد “EMR”، وبالتالي نضعه في فئته الخاصة، والاتصال البصري بدلاً من الاتصال اللاسلكي.
تستخدم “EMR” منخفضة التردد استخدامات متخصصة ويتم إنشاؤها أيضاً باستمرار في جميع أنحاء العالم بواسطة شبكة الطاقة، ولكنّها ليست جزءاً من الاتصالات اللاسلكية السائدة.
- “EMR” هي اختصار لـ “electromagnetic medical radiation”.
- “PHY” هي اختصار لـ “Physical Layer”.
- “SoCs” هي اختصار لـ “Service-oriented communications”.
التشوش في “RF”:
يتسبب اثنان أو أكثر من أجهزة الإرسال التي تعمل على نفس التردد في حدوث تداخل، أي أنّها تجعل من الصعب على جهاز الاستقبال فصل إشارة التردد اللاسلكي، وذات الصلة عن إشارات التردد الراديوي غير ذات الصلة، وتختفي هذه المشكلة إلى حد كبير عند استخدام ترددات مختلفة، ولا تؤدي الإشعاعات الكهرومغناطيسية عند تردد واحد إلى “إفساد” الإشعاع الكهرومغناطيسي عند تردد مختلف، ويمكن بسهولة تجاهل الإشارات غير ذات الصلة عبر التصفية.
لا يختفي التداخل لمجرد فصل إشارتين بجزء من هرتز ويؤدي المزيد من فصل التردد إلى تداخل أقل، ومع ذلك فإنّ استخدام ترددات مختلفة لأنواع مختلفة من اتصالات التردد اللاسلكي فعال بشكل مذهل، وفي جميع أنحاء العالم تعمل العديد من الأنظمة اللاسلكية في وقت واحد دون فقدان كبير للوظائف.
كيفية اختيار تردد RF:
تختلف خصائص الإشعاع الكهرومغناطيسي وفقاً للتردد، وعلى سبيل المثال يمكن للموجات ذات التردد المنخفض للغاية أن تخترق المياه بشكل فعال، وبالتالي يمكن أن تكون مفيدة عندما تحتاج إلى التواصل مع غواصة، وتمكّن ترددات معينة إشارة الراديو من السفر لمسافات طويلة جداً لأنّ هذه الترددات تتعرض للانكسار الجوي، والنقطة المهمة هي أنّ الأهداف السائدة لنظام معين للترددات الراديوية تؤثر بشدة على عملية اختيار مدى التردد التشغيلي.
ومن الأمثلة التي يؤثر فيها التردد على خصائص الانتشار أي غالباً ما يكون النطاق الترددي في الأنظمة التماثلية أو معدل البيانات في الأنظمة الرقمية من الاعتبارات الأكثر أهمية، وإذا تم إرسال إشارة صوتية تحتوي على مكونات تردد عالية تصل إلى “10 كيلو هرتز” لاسلكياً، فلا يمكنك استخدام تردد جهاز إرسال “5 كيلو هرتز” أي الناقل.
يتوافق التردد مع المعدل الذي يمكن للإشارة أن تنقل المعلومات به لذلك لا يمكنك احتواء “10 كيلو هرتز” من المعلومات الصوتية في ناقل “5 كيلو هرتز”، وعلاوةً على ذلك تتطلب الاعتبارات العملية أن يكون تردد الموجة الحاملة أعلى بكثير من تردد المعلومات أي النطاق الأساسي، وبالتالي يجب أن تشغل أنظمة النطاق الترددي العريض وأنظمة معدل البيانات الأعلى أجزاء تردد أعلى من الطيف الكهرومغناطيسي.
أنواع ترددات RF:
ينتشر الطيف الراديوي أي جزء من الاتصالات الراديوية من الطيف الكهرومغناطيسي من النطاق “VLF” أي التردد المنخفض جداً إلى النطاق “EHF” أي التردد العالي للغاية، وأي من حوالي “3 كيلو هرتز” إلى “300 جيجاهرتز”، والنطاقات الأخرى التي تفصل “VLF” عن “EHF” هي:
- التردد المنخفض “LF”.
- التردد المتوسط “MF”.
- التردد العالي “HF”.
- التردد العالي جداً “VHF”.
- تردد الفائق “UHF”.
- التردد العالي للغاية “SHF”.
هذه التقسيمات تعسفية إلى حد ما وليست هناك حاجة ماسة لمعرفة نطاقات التردد الدقيقة، وسيكون من الأفضل ببساطة إعطاء بعض الأمثلة لفئات الاتصالات اللاسلكية الموجودة في أجزاء مختلفة من الطيف لأنّ هذا سيساعد على اكتساب أهمية بنطاقات التردد الأكثر ملاءمة لأنواع معينة من الأنظمة.
ملاحظة:“EHF” هي اختصار لـ “Extremely High Frequency” و”VLF” هي اختصار لـ “Very Low Frequency”.
ملاحظة:“LF” هي اختصار لـ “Low Frequency” و”MF” هي اختصار لـ “Medium frequency”.
ملاحظة:“HF” هي اختصار لـ “High frequency” و”VHF” هي اختصار لـ “Very High Frequency”.
ملاحظة:“UHF” هي اختصار لـ “Ultra-High Frequency” و”SHF” هي اختصار لـ “Super high frequency”.
تطبيقات إشارة التردد اللاسلكي:
تستخدم الاتصالات الراديوية “AM” النطاق “MF” وبشكل أكثر تحديداً، فإنّ الترددات الحاملة تختلف من “540 كيلو هرتز” إلى “1600 كيلو هرتز”، كما أنّ راديو “AM” يتمتع بنطاق جيد ومقاوم للتداخل المادي من المباني، لكنّ “AM” لا تتمتع بسمعة طيبة في جودة الصوت الممتازة.
يعتمد اتصال راديو “FM” النطاق “VHF” مع ترددات الموجة الناقلة من “88.1 ميجاهرتز” إلى “108.1 ميجاهرتز”، ويكون الانحراف المسموح به عن الموجة الحاملة أعلى بكثير في “FM” منه في “AM”، ممّا يعني أنّ إشارات “FM” يمكنها نقل معلومات أكثر لكل وحدة زمنية من إشارات “AM”.
تعمل أنظمة الاتصالات الرقمية مثل البلوتوث وبعض بروتوكولات “802.11” في نطاق منخفض جيجاهيرتز وبشكل أكثر تحديداً عند ترددات قريبة من “2.4 جيجاهرتز”، وهذه أنظمة قصيرة المدى عموماً لكنّها توفر اتصالاً موثوقاً به ويتيح تردد الموجة الحاملة العالية معدلات بيانات عالية، كما يمكن استخدام هذه البروتوكولات بواسطة أجهزة صغيرة جداً ولكنّها توفر عمراً طويلاً نسبياً للبطارية.
تميل الأقمار الصناعية التي تمثل تطبيقاً مهماً فيه المدى الطويل إلى العمل عند ترددات عالية جداً، وفي الطرف الأدنى من هذا النطاق أي من 1 جيجاهرتز” إلى “2 جيجاهرتز” يوجد النطاق “L”، والذي تستخدمه الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي “GPS“.
ويتم استخدام النطاق “C” من “4 جيجاهرتز” إلى “8 جيجاهرتز”، على سبيل المثال بواسطة شبكات التلفزيون الفضائية، ويتم استخدام نطاق “Ku” والذي يمتد إلى التردد المذهل البالغ “18 جيجاهرتز” لتطبيقات الأقمار الصناعية المختلفة وهو جزء مهم من معدات الاتصالات في محطة الفضاء الدولية.
- “AM” هي اختصار لـ “Amplitude modulation”.
- “GPS” هي اختصار لـ “Global Positioning System”.
- “FM” هي اختصار لـ “Frequency modulation”.
- “MF” هي اختصار لـ “Medium frequency”.
