وقد أحدثت تكنولوجيات الهوائيات القابلة للتداول تحولا أساسيا في الاتصالات اللاسلكية، لا سيما في نظم متعددة النواتج، وبتغيير دينامي، أو نمط الإشعاع، أو الاستقطاب، فإن هذه الهوائيات تتيح وصلات اتصال أكثر مرونة وكفاءة وقوة، حيث أن هياكل الإدارة المتعددة للمنتجات تنمو في 5G وW-Fi 6/7، وما بعد ذلك، تحولت عملية إعادة التشكيل من شرط تصميم المواد الواعدة إلى قدرات واعدة.

مقدمة إلى الهوائيات القابلة للثقة

وتنتمي الهوائيات القابلة للتداول إلى فئة من الهوائيات الذكية التي تكيف خصائصها الكهرومغناطيسية في الوقت الحقيقي، وعلى عكس الهوائيات الثابتة التصميم، يمكن أن تغير المتغيرات القابلة لإعادة التشكيل وتيرة التشغيل، والنمط الإشعاعي، والاستقطاب، أو مزيج من هذه البارامترات من خلال التحولات المتكاملة، أو المواد القابلة للتكرار، أو التعديلات الميكانيكية، مما يتيح للأجهزة اللاسلكية أن تعزز الأداء في ظل ظروف مختلفة من القنوات.

وفي نظم المنظمة المتعددة الجنسيات - حيث تعمل هوائيات متعددة في آن واحد من أجل تعزيز تعدد الأماكن، وكسب التنوع، وإضفاء الصبغة على المكاسب - الثقة، يتيح مزايا كبيرة بوجه خاص، وتعتمد النظم التقليدية للمنظمة على صفائف ثابتة من الطرازات توفر استجابة مكانية ثابتة، غير أن إعادة تشكيل هذه المنظمة يمكن أن تصمم الخصائص الإشعاعية للصفائف بحيث تصبح حالة زواج غير قابلة للاختبار الفوري.

وقد استخدمت الهوائيات القابلة للتعديل في وقت مبكر التحولات البسيطة القائمة على أساس الوصل بين الشبكة أو المحركات، ولكن التطورات الأخيرة استحدثت آليات أكثر تطورا، بما في ذلك النظم الميكانيكية الدقيقة لمحطة الإبلاغ، والهياكل الميتامتيرية، والفلزات السائلة، والمواد الأسمدة، وتستكشف الفروع التالية هذه التطورات بالتفصيل.

مبادئ الثقة

ويمكن تصنيف الهوائيات القابلة للتداول إلى ثلاث فئات رئيسية استنادا إلى البارامترات التي تتغير: إعادة تشكيل التردد، وإعادة تشكيل النمط، وإعادة تشكيل الاستقطاب، وتجمع بعض التصميمات المتقدمة بين قدرتين أو أكثر من هذه القدرات.

قابلية التداول

ويمكن أن تبدل الهوائيات القابلة للتداول بالترددات نطاق عملها بين ترددات متعددة منفصلة أو تلتحم باستمرار عبر نطاق واسع، وهذه القدرة ضرورية أيضاً لأجهزة متعددة المعايير يجب أن تدعم LTE و WiFi و Bluetooth و5G الناشئة دون الحاجة إلى هوائيات منفصلة، وتشمل عناصر التربة المشتركة أجهزة التقلب المصغرة (للمعاين المستمرين)

إعادة الثقة في أنماط الحياة

ويُعدل الهوائيات القابلة للتداول في الأنابيب اتجاه نمط الإشعاعات أو شكله أو تصوره، مما يتيح توجيه الشعاع في الاتصالات الموجهة، والتوجيه اللاغي لتلافي التدخل، والتغطية التكييفية، وتشمل التقنيات تحويل العناصر الطفيلية، وشبكات التغذية بالصفوف المرحلية، والتصوير المُعاد تشكيله، وفي نظم الرصد، يمكن استخدام إعادة تشكيل النظام بشكل فعال لخلق قنوات فضائية افتراضية متعددة.

القدرة على الاستقطاب

ويمكن أن يتحول الهوائيات القابلة للتداول إلى مناطق شاسعة (الفقية والرأسية) وعمودي (الناعمة أو اليمينية) الاستقطاب، وهذا أمر ذو قيمة خاصة في البيئات التي تتسم بسوء الفهم الشديد، مثل التكاثر الداخلي مع انعكاسات متعددة، أو للاتصالات الساتلية، ومن خلال الاعتماد الدينامي للعمود الاستقطاب الذي يصل إلى أقصى حد إلى قوة الإشارة، فإن هذه العضلات تؤدي إلى تحسين الربط.

التطورات التكنولوجية الأخيرة

وقد أسفرت البحوث الهامة التي أجريت خلال العقد الماضي عن مجموعة واسعة من تصميمات الهوائيات القابلة لإعادة التشكيل باستخدام مواد جديدة وتقنيات التكامل، ويرد أدناه أكثر التطورات الجديرة بالملاحظة.

التصميمات المتطورة

Metamaterials-engineered composites with electromagnetic properties not found in nature-have enabled unprecedented control over antenna behavior. By embedding electrically small resonators, such as split------------------ complement SRRs, into antenna structures, designers can achieve frequency a frequencygility, pattern refimoability, even beam

RF MEMS Switch Integration

(أ) أن تكون مفاتيح آلية متعددة الأطراف ذات قدرة عالية على إحداث تغييرات في المحركات الصلبة: خسارة منخفضة للغاية في الإدخال (0.1 إلى 0.2 من الدي بي مقابل 0.5 إلى 1 من الدي بي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي دي، و، وس، وس، خطي، خطية عالية، و خطوبة عالية، استهلاك غير مهم، استهلاك غير مهم، و لا يُغية، وز، وز، وز، وزه ميكروه ميكروهات، وزهات مميته، وزهات

المرحلة وخط البيسام

(أ) أن تعدل [ميغاهيكل قابل للتداول] مرحلة من مراحله القصوى كميدان مشع، ويمكن أن تستخدم في توجيه الشعاع بدون صفائف كبيرة أو محولات مكلّفة، وتشمل التقنيات المصفوفة القابلة لإعادة التشكيل، والمتحولات في مراحل الانتقال، والأسطح المُعاكسة، ويمكن استخدام توجيه الأشعة لتوجيه الشعاع الرئيسي نحو نسبة اللامعتدلة إلى اللافتات النهائية.

القدرة على الاستقطاب

(أ) تحولت [الآهانات القابلة للتداول في كل مكان من تصميمات خطية/مناظيرية بسيطة إلى هياكل أكثر تعقيداً يمكن أن تتحول بين دول استقطاب متعددة، فعلى سبيل المثال، حققت البلدان ذات الرقعة الصغيرة ذات الصبغة المضغوطة ذات الصبغة الكمية المزدوجة ومفاتيح التبديل PINdiode() للتغلب على ما بين LP و LHCP و RHCP.

تكنولوجيات أخرى ناشئة

وفيما عدا ما سبق، يقوم الباحثون باستكشاف هوائيات المعادن السائلة (مثلاً، غالينستان في القنوات الميكروفونية) من أجل التواؤم المستمر مع معدلات إعادة التشكيل الكبيرة جداً، وتقدِّم المواد الخاملة والمتعددة الإيثريات قدرة على الصنع غير القابل للزراعة من أجل توجيه الأشعة المشابهة.

إدماج الهوائيات القابلة للثقة في نظم إدارة المعلومات البحرية

تتحقق الفوائد العملية من الهوائيات القابلة لإعادة التشكيل عندما تدمج في أجهزة نقل تابعة للبعثة، ويمتد هذا التكامل بين طبقات متعددة من النظام، من واجهات الهوائيات إلى خوارزميات النطاقات الأساسية، وفيما يلي نناقش أربعة مجالات رئيسية يعزز فيها إعادة التشكيل أداء البعثة.

الديناميكية

وفي إطار المبادرة التقليدية، يعتمد التصفيق على صفائف ثابتة - عالية ووزن رقمي، حيث يمكن للصفيفة نفسها أن تُدير شعاعها الرئيسي وأن تعدل مستوياتها الجانبية، بينما يؤدي هذا النهج المختلط إلى خفض عدد السلاسل المطلوبة لمصائد الأسماك، وانخفاض استهلاك الطاقة، وتبسيط نظام التجهيز الرقمي.

التدخل في التخفيف

ويمكن أن تؤدي الميكروفونات القابلة لإعادة تشكيلها إلى قمع التدخل في الميكانيكيات الكثيفة، وفي حالات النشر الكثيفة في المناطق الحضرية أو سيناريوهات الانتقال الخلوي، إلى إحداث باطلا عميقا في اتجاه محطات القاعدة المتقاطعة أو معدات المستخدمين (UE- - - - - - - - - - - - - - - إلى زيادة كبيرة في قدرة الشبكة على تغيير مسارها، مما يضيف بعدا آخر: إذا كان هناك تعطل في نسبة الاستقطاب المعروفة.

الاستخدام المتكرر والحشرات

ويمكن أن تتكيف الهوائيات المتعددة الترددات بصورة دينامية مع الطيف المتاح، وهو أمر حاسم بالنسبة لإمكانية الوصول المعرفي للأجهزة اللاسلكية والطوائف الدينامية، مثلاً، يمكن للجهاز المحمول أن يفحص النطاقات غير المستخدمة ويعيد تشكيل هوائيته للعمل في تلك الفرقة، بينما تكيف صفيفة البعثة الترددي بين العناصر وتضاهي الترددات المتناثرة للحفاظ على العزلة العالية وكسب التنوع.

تعزيز الأمن والخصوصية

ويمكن أن تؤدي الهوائيات القابلة للتداول إلى تحسين الأمن المادي عن طريق التشويه المتعمد للنمط الإشعاعي في الاتجاهات التي يمكن أن يكون فيها المتنقّون أكثر صعوبة، كما أن التحول في الاستقطاب يمكن أن يجعل من الاعتراض أكثر صعوبة، وفي نظم الرصد المتعدد الوسائط، باستخدام عناصر متجانسة من أجل توجيه الشعاع الرئيسي فقط نحو المستخدم الشرعي، ووضع لاغيات في جميع الاتجاهات الأخرى، يؤدي إلى وجود صلة مكانية آمنة.

استحقاقات الأداء ودراسات الحالات الإفرادية

وقد أظهرت عدة عمليات تجريبية لمزايا الهوائيات التي يمكن إعادة تشكيلها، بينما حقق نموذج تجريبي تابع للبعثة (2 x2) مؤخراً باستخدام نظام تجريبي قابل للتداول عبر المحيط الأطلسي (Me-dipole antennas) زيادة بنسبة 40 في المائة في القدرة على إحداث الاحتراق مقارنة بخط أساس ثابت - ممتد إلى داخلي، وأدمجت دراسة أخرى 4.4 خطوات قابلة للتداول في إطار نظام ميمور - ليشتي

التحديات في مجال النشر

ورغم النتائج المختبرية المثيرة للإعجاب، فإن عدة حواجز تعوق اعتماد الهوائيات القابلة لإعادة التشكيل على نطاق واسع في نظم الإدارة البحرية المتعددة الجنسيات التجارية.

التصنيع

ويزيد إدماج عناصر التحويل النشطة (الديوانات العامة، والآلية المتعددة الأطراف) في خط التفريغ، وقضايا الغلة، وتكاليف الوحدات العامة، وتتطلب تصميمات كثيرة مركبات ثنائي الفينيل متعدد المستويات، من خلال المناورات، والتغليف الخلوي لأجهزة نظام الرصد المتعدد الأطراف، ويجب تبرير أي زيادة في التكاليف بمكاسب واضحة في الأداء.

استهلاك السلطة

وعلى الرغم من أن التحولات التي تقوم بها وزارة الطاقة المتعددة الأطراف تستهلك طاقة لا تُذكر في الدولة، فإن التقلبات (من 20 إلى 90 في المائة) قد تتطلب محولات من البلدان النامية تضيف رؤوسا زائدة، وتحتاج أجهزة التجميل التابعة للشبكة إلى تحيز مستمر (من 1 إلى 20 ميلا مربعا لكل عنصر)، مما يمكن أن يصبح مهما بالنسبة لمجموعات من العناصر المكونة من عشرات العناصر.

الموثوقية والطول

وتعاني العناصر القابلة للتداول من ضغط ميكانيكي (الأجهزة التي تستخدمها نظم إدارة المشاريع الصغيرة والمتوسطة الحجم، والتقلبات الحرارية، والتصريف الكهروستاني، وتملك مفاتيح التبديل التابعة لوزارة الطاقة الذرية فترات زمنية محدودة (106 إلى 109 دورات) قد لا تفي بأهداف الموثوقية الصارمة لمعدات البنية التحتية (20 عاماً)، وتغليف الرعي، وتعظيم المواد، وتقويم مواقع البحث هي مجالات نشطة.

دمج مع عقيدات الصواريخ ذات النطاق القاعدي للبعثة

إن إعادة التشكيل الديناميكي تُحدث التساهل وتتطلب حلقات تفاعلية بين الهوائي وشبكة القاعدة الرقمية، ويجب تحديث ما قبل/مجمع البعثة عندما تتغير التشكيلة الهوائية، مما قد ينطوي على قياس حالة القناة الجديدة، مما يضيف إلى الرؤوس الإضافية المحسوبة وقد يتسبب في انخفاض الناتج خلال فترات إعادة التشكيل، كما أن الوصلات البينية الموحدة، وبروتوكولات إعادة التشكيل في الوقت الحقيقي (مثلا).

Size and Form Factor Constraints

وكثيرا ما تتطلب الهوائيات القابلة للتداول خطوطا إضافية للمراقبة، وعناصر منغلقة، وشبكات متحيزة، مما يزيد من البصمة المادية، وبالنسبة للمحطات المتنقلة التي يكون فيها الفضاء في أقساط، فإن التقليل إلى أدنى حد من دون التضحية بالأداء، مما يساعد على تقليص حجم التعبئة المتقدمة ورقائق التحكم في المسافات (مثل أجهزة المراقبة المتكاملة التابعة للأجهزة المذكورة).

الاتجاهات المستقبلية

وسيؤدي استمرار الابتكار في المواد والاختلاق وتصميم النظم إلى دفع الهوائيات القابلة لإعادة تشكيلها نحو اعتماد أوسع نطاقا، وتشمل الاتجاهات الرئيسية ما يلي:

الاستخبارات الفنية والتعلم الآتي

ويمكن أن تتنبأ الخوارزميات من طراز AI/ML بأماكن إعادة التشكيل الأمثل استنادا إلى المعلومات المقدمة من الدولة، وأنماط تنقل المستخدمين، وعبء الشبكة، مثلا، يمكن لشبكة عصبية عميقة مدربة على بيانات النشر أن توصي بحجم الترددات وتوجهات الحزم لاختيار موقع معين، مما يقلل كثيرا من الوقت اللازم للبحث الشامل، وقد طُبِّق التعل على الإنفاذ من أجل تحقيق نظم التمومية المنخفضة بشكل مستقل.

Graphene and 2D Materials

وقد تمخضت حركة حاملات غرافين العالية )٠٠٠ ٢٠٠ سم2/V( وسلوكية الأشعة غير المتجانسة عن التغيير الكهربائي عن واعدة بأنواع قابلة لإعادة تشكيلها، وقد أظهرت هذه التكنولوجيات قدرة على إعادة التشكيل)١(.

الصناعة التحويلية والطباعة في مجال إنكجيت

ويمكن للطباعة وطباعة القاحلة أن يُعدّل بسرعة هنود الهوائيات المعقدة القابلة لإعادة التشكيل مع مفاتيح متغيرة متكاملة، ويمكن الجمع بين الأوكسجينات السائلة المحتوية على الجزيئات النانوية الفضية وبين أكاسيد الديكلتر لتشكيل مضاربات فرعية وأنماط هوائية، ويمكن أن تكون التبديلات المطبوعة (مثلاً باستخدام نظام الرصد المتعدد الأطراف) أقل تكلفة بالنسبة للمستشعرات القابلة للكشف.

التكامل مع بعثة الرصد المتعددة الجنسيات وشبكة رصد المياه

وبالنسبة لخمسة آلاف من العناصر الضخمة من طراز MIMO (64 أو 128 أو 256 عنصرا)، تصبح إعادة التشكيل على مستوى العنصر غير عملية بسبب التكلفة والتعقيد، وبدلا من ذلك، يقوم الباحثون باستكشاف إعادة تشكيل الهيكل الفرعي - حيث تتقاسم مجموعات صغيرة من العناصر شبكة تغذية قابلة لإعادة التشكيل، ويمكن الاستعاضة عن الترددات الثابتة وغير المجهزة بالسواتل، بالأجهزة اللاسلكية ذات الترددات الثابتة، باستخدام أجهزة القياسات الميكانيكية الثابتة أو البلورات السائلة.

بث إذاعي وقسم سبكتروم

وسيلزم تشغيل نظم البعثة المقبلة في طيف حيث يتمتع المستعملون الرئيسيون بالأولوية، إذ تتيح الهوائيات القابلة للتداول أجهزة الراديو المعرفية إمكانية الشعور بالبيئة، وتحديد النطاقات الشاغرة، وتكييف طبقاتها المادية (التواتر، والنمط، الاستقطاب) على الذباب، ويمكن أن يحقق الجمع بين الهوائيات المستشعرة على نطاق واسع، والهوائيات الضيقة القابلة لإعادة تشكيل تشكيل تشكيل هيكل البعثة معدلات عالية من البيانات مع تجنب التدخل في الخدمات.

خاتمة

ومن شأن التقدم المحرز في تكنولوجيات الهوائيات القابلة لإعادة التشكيل أن يعيد تشكيل تصميم نظام البعثة، ومن القدرة على استخدام الترددات المميتة، ومن خلال توجيه الأشعة المتعددة الأطراف إلى التنوع الاستقطابي، والارتقاء الأمثل في مجال الاتصالات، فإن المجال يتجه بسرعة إلى التعبئة، وتتصدى هذه القدرات للتحديات الأساسية في الاتصالات اللاسلكية: الازدحام، والتداخل، والفجوات في التغطية، والتهديدات الأمنية، وفي حين أن الانتشار العملي يواجه عقبات في مجال التكيف مع الهياكل الأساسية،