تصميم الهوائيات المباشرة للاتصالات من نقطة إلى نقطة

إن نظم الاتصالات بالموجات الدقيقة من نقطة إلى نقطة هي العمود الفقري للهياكل الأساسية الحديثة للاتصالات السلكية واللاسلكية، مما يتيح نقل البيانات ذات القدرة العالية على مسافات طويلة، وفي قلب هذه النظم هوائيات ذات توجهات عالية، تركز الطاقة الترددية اللاسلكية على شعاع ضيق لتعظيم قوة الإشارة والتقليل إلى أدنى حد من التدخل، إذ أن تصميم هذه الهوائيات يتطلب فهما متطورا لنظرية الكهرومغناطيسية، وعلم المواد، وحواجز تشغيلية في العالم الحقيقي.

أساسيات الهوائيات المباشرة لوصلات الموجات الدقيقة

الهوائيات المباشرة ضرورية في الاتصالات من نقطة إلى نقطة الموجات الدقيقة لأنها تركز على الطاقة المشعّة في اتجاه محدد، وتزيد من النطاق الفعال وتخفض احتمالات التدخل من أو إلى نظم أخرى، بخلاف الهوائيات الشاملة التي تشع بالتساوي في جميع الطائرات الأفقية، فإن الهوائيات المتجهة تحقق مكاسب أكبر بتضييق نطاق الترددات الفوقية،

Three primary[FLes dominate the microwave point-to-point landscape. Parabolic plates] use a curved reflective surface to collimate waves from a feed horn, producing very high gain (typically 20-40 dBi) and narrow beamtham (a few degrees2]

معايير التصميم الحرج والمبادلات

ويتوقف تصميم الهوائي التوجيهي لربط الموجات الدقيقة من نقطة إلى نقطة على عدة بارامترات مترابطة، ويجب على المهندسين أن يوازنوا بين هذه البارامترات لتلبية متطلبات محددة من ميزانية الربط، والقيود التنظيمية، والبيئات التشغيلية، وتفصل الأقسام الفرعية التالية أهم المعايير.

Gain and Beamwidth

ويُعتبر الكسب الذي تحققه الهوائي من حيث الفعالية، هو تركيز طاقة التردد اللاسلكي في اتجاه معين بالمقارنة مع جهاز مشع مضلل، وهو يتصل مباشرة بحجم الانقطاع والكفاءة الكهربائية، أما بالنسبة للصحن الشاذة، فتتمثل في زيادة القدرة على الانتقال من خلال G = الزوايا الميكانيكية (مزيد من التركيزات)/() حيث يكون الضبط الفعلي.

نسبة من الجبهة إلى باك

نسبة الـ (إف بي) تُعدّل كبت الإشعاعات في الاتجاه المعاكس للفص الرئيسي، مُعبّر عنها في الوسوم، نسبة عالية من الـ (إف بي) إلى (إكس بي) إلى الأطباق العالية الأداء) هي ذات أهمية حاسمة في بيئة الطيف المُحتَمَلة لتقليل التدخل إلى الوصلات المُتواجدة أو المتلاصقة

الاستقطاب والتمييز عبر الحدود

إن المواءمة بين الهوائيات المرسلة والمستقبلة إلزامية لنقل الطاقة بكفاءة، وفي وصلات الموجات الدقيقة، فإن الاستقطاب الخطي (الأفقي أو الرأسي) أمر شائع، وإن كان الاستقطاب الدائري يمكن أن يكون مفيدا في بعض ظروف الأمطار أو الجليد، ويتخذ التمييز بين الأقطاب القدرة على التحلل السريع (XPDDDDD) قدرة على التكاثر على رفض الاستقطاب العالي.

Impedance Matching and VSWR

ويجب أن يقدم الهوائي مدخلات ثابتة (عادة 50 درجة مئوية) على نطاقه التشغيلي؛ وإلا فإن القوة تعكس كفاءة ويمكن أن تلحق الضرر بمرسل النقل، وتصنف نسبة الموجات الثابتة ذات النطاق الترددي (VSWR) على أن تطابق أرقام الترددات بين 1.5:1 أو أقل، هي نموذجية بالنسبة للأنواع العازلة.

العوامل البيئية والمتركزة

وحتى أكثر الهوائيات كفاءة من حيث الطاقة الكهربائية ستفشل إذا لم تكن قوية بالنسبة لبيئة النشر، والعوامل التالية هي عوامل أساسية لأداء العالم الحقيقي.

التضاريس وخط البصر

ويمكن أن تؤدي وصلات الموجات الدقيقة من نقطة إلى نقطة إلى خط غير مقصود من الأنابيب، حيث يمكن أن تؤدي سمات التضاريس مثل التلال والمباني والنباتات إلى فقدان الانتشار وتلاشي الاضطرابات المتعددة، ولضمان التشغيل الموثوق به، يقوم المهندسون بتشخيص المسار باستخدام نماذج الارتفاع الرقمي وتحليل المناطق ذات الترميز، وقد تؤدي أول حواجز واضحة في منطقة النفق إلى الحد الأقصى من التضاريس.

Atmospheric Effects and Rain Fade

وفي ارتفاع ترددات الموجات الدقيقة (لا سيما أكثر من 10 جيهرتز)، تتسبب الأمطار والغازات الجوية في ارتفاع كبير في الارتفاع، ويوفر الاتحاد الدولي للاتصالات نماذج لتقديرات زهور الأمطار استنادا إلى إحصاءات معدلات الأمطار الإقليمية، ويجب أن يُحسب تصميم الأنتين لهذه الخسائر في ميزانية الوصلة، التي تتطلب في كثير من الأحيان زيادة المكاسب أو زيادة في المنافذ للحفاظ على هامش التحلل، بالإضافة إلى أن تكديس الجليد على العناصر المفكرة يمكن أن يخفض الأداء، أو يُحدث ذلك.

القدرة على تحمل الريح والثبات الميكانيكي

يمكن أن تهدم الرياح العالية هوائي ضيق، مما يؤدي إلى فقدان المواءمة والربط بين المسافات، ويجب أن يكون هيكل الهوائي متصلبا بما يكفي للحفاظ على الرسو داخل جزء من البيسبول في ظروف الرياح السيئة، وأن يحسن هذا التحليل الهيكلي الدقيق للمركب والبرج ومساندة الهوائيات، وبالنسبة للصحائف المتناقضة، يجب الحفاظ على شكل الضغط المختلط الذي يستخدمه المفكرون في إطار الريح.

التسامح مع الانحرافات

وبالنسبة للحيوانات التي تبلغ درجاتها ١-٢ درجة، يجب أن تكون المواءمة الميكانيكية دقيقة للغاية في حدود ١,١ درجة إلى ٥,٥ درجة بحسب المكسب، وهذا يتطلب استخدام نطاقات البصر، أو أجهزة الإكلينوائية الرقمية، أو حتى أدوات الاقتناء المزودة بمقياس للجرع، ويكتسي الاستقرار الطويل الأجل أهمية حاسمة: فالتوسع الحراري في البرج يمكن أن يغير من سرعة استخدام الحيوانات بعدة أعشار من درجات الحرارة.

اختيار المواد والإنشاءات

وتؤثر المواد التي اختيرت من أجل الهوائيات التوجيهية تأثيرا مباشرا على أدائها الكهرومغناطيسي وقابليتها للدوام والتكلفة، ولكل نوع من الهوائيات متطلبات متميزة.

الأنائيات المتوحشة

والمجس هو العنصر الأكثر أهمية، ويجب أن يكون المفارقة مشبوهة بدقة مع شدة السطح، وهي عادة أقل من 1/16 من موجة التشغيل - في 18 جيهرتز، وهذا يعني انحرافات سطحية دون 1 ملم.

Yagi-Uda Antennas

وتستخدم صفائف اليغي من أجل ترددات الموجات الدقيقة (مثلاً، 2-4-6 جيهرتز) عادة الألومنيوم أو النحاس للعناصر، والعنصر المدفوع هو ديبول مطوي أو تطابق مع غاما لمكافحة الإغراق، بينما تكون العناصر الطفيلية (المحررة والمخرجة) محصورة ومربوطة بدقة، ومقاومة الكورزيون هامة لأن اليوغد كثيراً ما تتعرض للازد.

مرحل من طراز Array Antennas

وتستخدم هذه الهوائيات تكنولوجيا اللوحات المطبوعة من أجل أجهزة التشعيع وشبكات التغذية، وتنتج عن ذلك مواد فرعية مثل روجرز 4350B أو بوليمر البلوري السائل فقداناً منخفضاً واستقراراً في القدرة على الرخصة على درجة الحرارة، وتحتاج الصفوف المرحلية إلى العديد من المتحولات والمضخمات التي يجب أن تُحدَّد بدقة، ويستوعب الإغلاق البيئي مع التصفيات الإلكترونية المتوافقة أو المضبوطات الميكانيكية من الحماية.

الاختبار والتحقق والصيانة

وبعد التصميم والتصنيع، يكفل الاختبار الشامل استيفاء الهوائي للمواصفات، ثم يتأكد الاختبار الميداني من أن الأداء يربط بينه وبين الظروف الحقيقية.

اختبار المختبر

(أ) إجراء اختبارات النطاقات في حقول الطائرات وفي المناطق البعيدة [(FLT:1]) لقياس أنماط الإشعاع، والكسب، والبيزويث، ونسبة F/B، والاستقطاب، وفي غرفة علمية، يتم تركيب الهوائي على اختبارات لتحديد المواقع، وتضفي عليه علامة على المقياس؛ وتعالج البيانات من حيث التواتر لاستخراج أنماط النطاق الترددي (VSWR) مع قياس المقياس المقياس المقياس التراكمي (eect)

النشر الميداني والوصول إلى الموقع

وتستخدم في أثناء التركيب محلل للطيف الميداني ومتر للكهرباء للتحقق من قوة الإشارة المتلقاة، وتصحح الأخطاء المؤقتة عن طريق تعديل معدل الزموثي والارتفاع في الهوائيين، مع رصد المستوى المتلقاه أو معدل الخطأ في الضيق، وتستخدم نظم حديثة كثيرة التحكم في الطاقة الكهربائية الآلية للتنقل، للتكييف من أجل التزييف، ولكن هذا لا يحل محل المواءمة السليمة، وبعد التواؤ، يتضمن اختبارا نهائيا للوصل رصدا لأداء دورة الريح مدتها 24 ساعة

الصيانة الدورية

ومع مرور الوقت، يمكن أن يتحلل أداء الهوائي بسبب التآكل، وتراكم التراب أو الجليد، وتفكيك الأجهزة، أو الزاحف في شكل المجس، وينبغي أن يتضمن جدول أعمال الصيانة التفتيش البصري، وتنظيف المفكر والزجاج، وإعادة تفتيت المزلاجات، وإعادة التحقق من التوافق مع نطاق الرؤية، وفي المناطق التي يكثر فيها نشاط الطيور، يمكن أن تحول آثار الطيور أو النسيج إلى عوامل أكثر تحول دون حدوث إعاقة.

الاتجاهات المستقبلية في التصميم المباشر للمحيطات

وبالإضافة إلى ذلك، فإن ارتفاع معدلات البيانات ينمو، ووصلات الموجات الدقيقة إلى مستويات مميتة، وتصل إلى مستويات عالية من التقلبات، وتصل بين تركيبات الترددات العالية، وتصل بين أجهزة التكاثر ذاتيا، وتصل بين التكاثر المغناطيسي المتطورة، وتصل القدرة على إحداث العزلة بين الأشعة، وتزيد العزلة الميكانيكية في الغلاف الجوي.

خاتمة

إن تصميم الهوائيات الموجهة للاتصالات من نقطة إلى نقطة مصغرة يشكل تحديا هندسيا متعدد الأوجه لا يمكن أن يؤدي إلى وجود خطوط نظرية الكهرومغناطيسية، وعلم المواد، والقيود العملية على الانتشار، ومن خلال تحقيق توازن دقيق بين المكاسب، ونسبة الشعاع من جهة إلى جهة، ونسبة الاستقطاب، والتوسع في استخدام أجهزة الاتصال، والمواءمة الدقيقة بين عوامل بيئية مثل التضاريس، وتركيب الأمطار، وموثوقية الوصلات الوصلات الواعدة.