طيف الترددات الراديوية في الاتصالات

قبل عام 1930م، كان الطيف الراديوي فوق “30 ميجاهرتز” خالياً تقريباً من الإشارات الاصطناعية، أمّا اليوم تملأ إشارات الراديو المدنية الطيف الراديوي في ثمانية نطاقات تردد، حيث تتراوح من التردد المنخفض جداً “VLF” بدءاً من 3 كيلوهرتز، وتمتد إلى التردد العالي للغاية “EHF”.

ما هو طيف الترددات الراديوية في الاتصالات؟

طيف الترددات الراديوية في الاتصالات: هو جزء من الطيف الكهرومغناطيسي يحتوي على أقل نطاق تردد وأعلى طول موجي، كما يُشار إليه أحياناً بالطيف الراديوي أو طيف الموجات الراديوية، وبشكل عام يحتوي الطيف الراديوي على نطاق تردد بين “30 كيلو هرتز” إلى “300 جيجاهرتز”.

كما أنّ الطيف الكهرومغناطيسي يحتوي على نطاق ترددي واسع بداخله، وطيف الترددات الراديوية هو جزء من هذا الطيف الكهرومغناطيسي، وفي الطيف الكهرومغناطيسي تنتقل الطاقة على شكل موجات كما أنّ الموجة الراديوية ليست سوى الموجات التي تحصل على الجزء الأقل تردداً في الطيف الكهرومغناطيسي.

• “VLF” هي اختصار لـ “Very Low Frequency”.

• “EHF” هي اختصار لـ “Extreme High Frequency”.

أساسيات طيف الترددات الراديوية في الاتصالات:

إنّ الطيف الكهرومغناطيسي يحتوي على نطاق تردد واسع بين “3 * 10⁵ هرتز” إلى “3 * 10²¹ هرتز” كما أنّ التردد وطول الموجة متبادلان لبعضهما البعض، وبالتالي فإنّ انخفاض التردد سيكون أكثر طول الموجة حيث أنّ حاصل ضرب التردد وطول الموجة يوفر سرعة انتشار الموجة، وكما أنّ سرعة الانتشار في الفراغ أو الهواء تبلغ حوالي “3 * 10⁸ م / ث”.

لذلك، كلما انخفض التردد زاد الطول الموجي والعكس صحيح، ولذلك تحتل موجات الراديو أدنى نطاق تردد في الطيف الكهرومغناطيسي بطول موجة أكبر، ومن ثم تُعد بإنّها المنطقة الترددية الأقل من الطيف الكهرومغناطيسي، حيث يتراوح طولها الموجي من “1 مم” إلى “100 كم” بتردد يتراوح بين “30 كيلوهرتز” إلى “300 جيجاهرتز”.

بسبب النطاق الواسع للغاية لتردد الطيف الكهرومغناطيسي، هناك أشكال أخرى مختلفة من الموجات الكهرومغناطيسية، وباستثناء موجات الراديو في الطيف، حيث تشمل هذه الأشعة تحت الحمراء والأشعة المرئية والأشعة فوق البنفسجية وأشعة الميكروويف والأشعة السينيةوأشعة جاما وما إلى ذلك، وعلى الرغم من وجود أسماء مختلفة واعتبارها كياناً منفصلاً، إلّا أنّ هذه كلها أشكال من الطاقة الكهرومغناطيسية.

ومع ذلك، فإنّ الاختلاف الأساسي بين الأنواع المختلفة من الموجات هو نطاق التردد المختلف الذي تكمن فيه هذه الموجات، ونتيجةً لذلك فإنهم يمتلكون خصائص مختلفة وبالتالي يجدون تطبيقات في مجالات متعددة، وبالتالي فإنّ الطيف الكهرومغناطيسي ليس سوى تمثيل للموجات الكهرومغناطيسية المختلفة وفقاً لترددها وطولها الموجي، حيث يمثل الشكل التالي الموجات المختلفة الموجودة في الطيف الكهرومغناطيسي:

كما أنّ الطيف الكهرومغناطيسي يمتلك نطاقاً كبيراً جداً من الترددات، ومع ذلك حتى موجات الراديو لها نطاق تردد كبير جداً، وبالتالي يتم تقسيم النطاق الترددي الكامل لطيف الموجات الراديوية إلى أقسام مختلفة ويتم تعيين كل قسم باسم محدد، كما يوضح الشكل التالي طيف الموجات الراديوية:

وكما يمكن أن يكون هناك نطاق تردد واسع في طيف الموجات الراديوية مقسم إلى نطاقات مختلفة، وكما أنّ مدى التردد في حالة الموجات الراديوية هو “30 كيلو هرتز” إلى “300 جيجاهرتز”، لذلك في مخطط التردد هذا، تم ذكر تردد “30 كيلو هرتز” في منطقة التردد المنخفض من الطيف، بينما تردد “300 جيجاهرتز” هي منطقة الترددات العالية للغاية، ومع ذلك في بعض الأحيان يعتبر في النطاق من “30 هرتز” إلى “300 جيجاهرتز”، أي مع مراعاة نطاق التردد المنخفض جداً.

أنواع موجات الراديو:

في الأساس، يمكن إنشاء هذه الأنواع من الموجات الكهرومغناطيسية إمّا بشكل طبيعي أو اصطناعي حيث تشمل المصادر الطبيعية البرق أو الظواهر الفلكية، بينما يمكن أن تكون المصادر الاصطناعية من الراداروالأقمار الصناعية وأبراج الراديو وما إلى ذلك، حيث تصنف موجات الراديو بشكل رئيسي على النحو التالي:

أولاً: موجات الراديو “AM”:

موجات الراديو “AM”: هي موجات راديوية معدلة الاتساع يتم فيها تعديل اتساع الموجة الحاملة وفقاً لاتساع إشارة الرسالة، كما  ينقل إشارات الراديو للاتصالات في النطاق من “540 كيلو هيرتز” إلى “1600 كيلو هرتز”.

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

ثانياً: موجات راديو “FM”:

موجات راديو “FM”: هي موجات راديو معدلة التردد، حيث يتم تغيير تردد الموجة الحاملة وفقاً لإشارة التعديل، ومع ذلك فإنّ موجات راديو “FM” لها تردد يتراوح من “88 ميجاهرتز” إلى “108 ميجاهرتز”، وهذا هو السبب في أن أنظمة البث الإذاعي “FM” لها تردد يتراوح بين “88 ميجاهرتز” إلى “108 ميجاهرتز”.

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

الفرق بين موجات راديو FM وموجات الراديو AM:

موجات راديو “FM” أقل عرضة للضوضاء من موجات الراديو “AM“، وذلك لأنّ مستقبلات “AM” تفسر الضوضاء حتى كجزء من إشارة المعلومات، ونظراً لأنّ الضوضاء تسبب تبايناً في الاتساع، فإنّ “FM” يكون أقل عرضة للضوضاء المضافة؛ لأن التردد فقط يختلف ويظل الاتساع ثابتاً في حالة إشارات “FM”، كما أنّ محطة راديو على “92.8 FM”، وهذا يعني أنّ محطة الراديو هذه تبث إشارات “FM” بتردد “92.8 ميجاهرتز” كما تُشير وحدة “ميجاهرتز” إلى حدوث ملايين الدورات في ثانية واحدة.

كما أنّ هوائي الإرسال يرسل إشارة تتأرجح “92.800.000 دورة في كل ثانية”، لذلك عندما يتم ضبط الراديو على هذا التردد المحدد، كما يتم استقبال الإشارة المطلوبة، ولكن أمّا بالنسبة لبث إشارات الموجات الراديوية “AM”، فإنّ النطاق من “535 كيلو هرتز” إلى “1600 كيلو هرتز”، لذا فإنّ تردد تذبذب الإشارة سيكون “535000 دورة في كل ثانية”، كما أنّ الموجات الراديوية ذات الترددات المختلفة لها سلوك مميز أثناء انتشارها في الغلاف الجوي.

حيث تنتشر الموجات ذات مدى التردد القصير بشكل أساسي من خلال انتشار الموجة الأرضية، وبينما ينتشر تردد أعلى نسبياً، من خلال الانعكاس من الأيونوسفير، ممّا يسمح بانتشار الموجات الأيونوسفيرية، ومع ذلك تُغطي الترددات الأكبر جزءاً أكبر من الأرض وتنتشر الإشارة من خلال انتشار الموجات الفضائية، كما تعتمد قدرة الاختراق لموجات الراديو على طولها الموجي، وهذا يعني أنّ الطول الموجي أكبر، وسيكون مستوى الاختراق أكبر والعكس صحيح.

وصلات موجات الميكروويف على خط البصر:

تستخدم وصلة الميكروويف لخط البصر هوائيات إرسال واستقبال عالية الاتجاه للتواصل عبر حزمة راديوية ضيقة التركيز، كما يمكن إنشاء مسار الإرسال لوصلة الميكروويف لخط البصر بين هوائيين أرضيين، أو بين هوائي أرضي وهوائي قائم على القمر الصناعي، أو بين هوائيين ساتليين، حيث تعمل وصلات خط البصر ذات النطاق العريض على ترددات تتراوح بين “1 جيجاهيرتز” و”25 جيجاهيرتز”، أي نطاق الطول الموجي السنتيمتر، ويمكن أن يكون لها عرض نطاق إرسال يقترب من 600 ميجا هرتز.

فمثلاً، في الولايات المتحدة تُستخدم وصلات الميكروويف لخط البصر للاتصالات العسكرية، وتغذية الاستوديو للبث والتلفاز الكابلي وجذوع الناقل الشائعة لحركة الهاتف بين المدن، كما يربط نظام الترحيل اللاسلكي الرقمي عالي السعة والمسافات الطويلة بين نقطتين على بعد “2500 كم” باستخدام مجموعة من تسعة مكررات أرضية وأقمار صناعية، حيث يعمل كل مكرر بسرعة “4 جيجاهرتز”، ويرسل سبع قنوات ذات عرض نطاق ترددي يبلغ “80 ميجاهرتز” بمعدل “200 ميجابت في الثانية” لكل قناة.