لعلَّ من أكثر ما يرد البحث عنه يوميًا إلى محركات البحث هو شرح الميكروويف في الاتصالات وتطبيقاته الأخرى المختلفة.
إذ وبإلقاء نظرةً سريعةً على تاريخ أنظمة الميكروويف سنجد أنها مثلت حجرًا رئيسيًا في العديد من التطبيقات التي نستخدمها في حياتنا اليومية.
على سبيل المثال، أفران الميكروويف المستخدمة في الطبخ السريع، الاستخدامات الطبية وتطبيقات الرادار والمجالات العسكرية. وغيرها من التطبيقات التي تعتمد على أنظمة الميكروويف وتخضع لها.
لكن وبفضل الخصائص التي اتسمت بها الأمواج الميكروية كان لمجال الاتصالات حظًا وافرًا من ناحية استخدام تقنيات الميكروويف حتى أمست أنظمة الميكروويف في الاتصالات هي الأكثر شهرةً والأكثر شيوعًا.
تأسيسًا على ذلك عمِدنا في هذا المقال إلى شرح الميكروويف في الاتصالات والأساسيات التي بنيت عليها، لعلنا نكوِّن في ذهنك القاعدة الرئيسية التي ستكون لك بمثابة نقطة الانطلاق في هذا المجال.
في أثناء الحرب العالمية الثانية وعندما دعتِ الحاجة إلى ابتكار أساليب عسكرية جديدة. برزت استخدامات الرادار بصورة واسعة والذي كان يعتمد مبدؤه على إرسال نبضات من إشارة المايكرويف ليجري عبرها التعرف على الأهداف المعادية مثل الطائرات والصواريخ.
إذ يرتد جزءًا من هذه الإشارة نحو الأرض عند الاصطدام بأي هدف، ليستقبلها جهاز الرادار ويحدد بُعد الهدف المعادي وسرعته طبقًا لقياس الوقت المنقضي بين فترة الإرسال وفترة الاستقبال.
من هنا بدأ تطور مفهوم تكنولوجيا المايكرويف، فبعد انقضاء الحرب العالمية الثانية برزت هذه التكنولوجيا كوسيلة جديدة في بث الإشارات إلى مسافات بعيدة إلى حدٍ ما. نظرًا لأنها تستخدم الموجات الميكروية ذات الترددات العالية.
الجدير بالذكر أنَّ الموجات الميكروية هي جزء من الطيف الكهرومغناطيسي الترددي الممتد من إشارات الترددات الصوتية إلى الترددات فوق الموجات الضوئية والمقسم تبعًا للإشعاع الكهرومغناطيسي بحسب الطول الموجي أو التردد.
إذ يقع بين هذين الحدين كل من ترددات الراديو والتلفزيون وكذلك ترددات المايكرويف وترددات الأشعة تحت الحمراء، وغيرها. لذا سنرفق لك مخططًا توضيحيًا لتقسيمات هذا الطيف تبعًا للتردد والطول الموجي.
من خلال التمعن بهذا المخطط الذي يصف جزءًا من شرح الميكروويف في الاتصالات. ستجد أنَّ موجات الميكروويف تحجز نطاقًا تردديا أعلى من موجات الراديو، لذا فإنَّ تطبيقاتها في الاتصالات تتصف بالخصائص التالية:
كما نعلم أنَّ مفهوم النطاق الترددي يتمثل في إمكانية نقل كمية معينة من البيانات من نقطة إلى أخرى خلال فترة زمنية معينة عادةً ما تقاس بالثانية. أي أنه يشير إلى معدل نقل البيانات ويقاس بوحدة البت في الثانية.
فكلما زاد عرض النطاق الترددي زادت كمية البيانات التي يمكن إرسالها واستقبالها في آنٍ واحد. تمامًا كما في أنبوب المياه كلما اتسع قطره كلما أتاح تدفقًا أعلى للمياه من خلاله.
وبما أنَّ عرض النطاق الترددي هو الفرق بين أعلى تردد وأدنى تردد ضمن هذا النطاق. فإن الترددات الأعلى سيقابلها نطاقًا تردديًا أوسع.
لذا وبكون ترددات المايكروويف تقع بين الـ 300MHz إلى 300GHz فإنها تحجز نطاق ترددي أوسع من نطاق الترددات الراديوية. أي أنها ذات قدرة أعلى على استيعاب عدد أكبر من القنوات المتاحة لنقل المعلومات.
وهذا هو الهدف الرئيسي من التوجه لاستخدام موجات المايكرويف بعدما أصبح النطاق الترددي الراديوي في حالة إشباع نتيجة لزيادة التنافس عليه من قبل أنظمة البث الإذاعي والتلفزيوني والاتصالات البحرية وغيرها من التطبيقات الأخرى مما استدعى الحاجة إلى الانتقال لنطاق ترددي أوسع.
إذ تجدر بنا الإشارة إلى أنَّ كل نطاق ترددي محكوم بيد الجهة الحكومية في أي بلد. ولاستخدامه يجب شراءها من قِبل شركات الاتصالات المزودة للخدمة مثل zain في السعودية.
إنَّ قصر طول الموجات الميكروية بالتوازي مع ارتفاع ترددها، جعل إحدى أهم خواصها هو الانتشار وفق خط مستقيم. يطلق علميًا على هذا الخط اسم خط النظر أو البصر.
إذ لا يمكن إتمام عمليتي إرسال واستقبال إشارات الأمواج الميكروية ما لم يتحقق وجود خط نظر بينهما لا يخترقه جبالًا ولا أبنيةً ولا أية عوائق أخرى.
إنَّ من أهم المعلومات التي سنتطرق لها في شرح الميكروويف في الاتصالات هو تأثرها بالعوامل الجوية. فنظرًا لارتفاع ترددات الأمواج الميكروية فإنَّ سلوكياتها تقترب من سلوكيات الأمواج الضوئية إلى حدٍ ما.
فكما أنَّ العوامل الجوية المتمثلة بالضباب على سبيل المثال قد تحجب عنك الرؤية الجيدة نتيجة لتضعيف الأمواج الضوئية. فإنه كذلك بالنسبة للأمواج الميكروية التي تتأثر بالعوامل الجوية تأثرًا قد يفقدها جزءًا من البيانات الموكلة في نقلها.
لذا عند تصميم أي وصلة ميكروية (microwave link) فإنَّ إحدى أهم الاعتبارات التي تؤخذ بالحسبان هي احتمالات الطقس مثل تساقط الأمطار والثلوج والضباب وغيرها. ليجري تصميم وصلة ميكروية فعَّالة قدر الإمكان.
ضمن شرح الميكروويف في الاتصالات لا بدَّ أن نتطرق إلى المكونات والأجزاء الأساسية التي لا تخلو منها أي منظومة اتصال عبر المايكرويف والتي تعتبر مكملة لـ أجزاء أبراج الاتصالات ومكوناتها.
فـ لأنَّ الغاية الرئيسية منها تتمثل في الربط بين المحطة القاعدية الثابتة (BTS) ووحدة التحكم بهذه المحطات الثابتة الـ (BSC) أو بين المحطات القاعدية الثابتة بعضها ببعض. فإنّ أولى الركائز الأساسية بهذه المنظومة هو وجود جهاز إرسال وجهاز استقبال يتحقق بينهما وجود خط النظر الذي تطرقنا إلى شرحه آنفًا.
ثمَّ لتحقيق عمليتي الإرسال والاستقبال للإشارات بين أي موقعين. يلزم الاعتماد على وصلة ميكروية متكاملة (microwave link).
تشمل عدة مكونات رئيسية يكمل بعضها عمل الآخر. سنحاول رسمها في ذهنك عبر المرور على مكوناتها من أعلاها إلى أسفلها.
كـ تعريف موجز للهوائيات بشكلها العام، يمكن اختصاره بأنها عبارة عن أداة موصلة تستطيع إشعاع أو التقاط الموجات الكهرومغناطيسية من الفضاء الحر. ويشمل ذلك تحويل هذه الموجات إلى شكل الطاقة الأنسب.
فهوائيُّ الإرسال يشع القدرة الكهربائية باتجاه الفضاء الحر على شكل أمواج كهرومغناطيسية. وهوائيُّ الاستقبال يحول الأمواج الكهرومغناطيسية المُستقبلة إلى قدرة كهربائية يمكن التعامل معها. وإن كانت بنية كل من الهوائيين لا تختلف عن الأخرى.
كذلك، لا يختلف مبدأ عمل هوائيات المايكروويف عن الهوائيات المعروفة الأخرى. لكن ولأنَّ خصائص الإرسال عبر المايكرويف تفرَّدت بسماتٍ معينة مثل طول الموجة القصير جدًا والتردد العالي من رتبة الـ 30GHZ إضافة إلى متطلبات الإرسال التي يشترطها. كالانتشار وفق مستقيم.
فإنَّ ذلك أوجبَ استخدام هوائيات خاصة ذات اتجاهية بث عالية وربح كبير. وكذلك قطر يتناسب مع المسافة التي ستقطعها أمواج الميكروويف تناسبًا طرديًا.
لكن الشائع غالبًا أن أقطار هوائيات المايكرويف تتراوح بين 20cm إلى 3m.
يتمثل هذا الجزء من نظام اتصالات المايكرويف بالـ (Radio Access Unit) أو ما يعرف اختصارًا بالـ (RAU).
إذ يتصل هذا الجزء بهوائي المايكروويف من الجهة الخلفية عبر اتصالٍ مباشر أي أسلاك. أو بشكل منفصل باستخدام دليل الموجة (Waveguide).
يمكن اختصار وظيفة الـ (ODU) بقدرته على القيام بعملية الـ (modulation) أي التعديل على الإشارة بين تكبير وتصغير بما يتناسب مع ظرف الإرسال أو الاستقبال.
بمعنى آخر، يجري هذا الجزء مرحلتي تكبير لتردد الإشارة في حالة الإرسال. ومرحلتي تصغير لتردد الإشارة في مرحلة الاستقبال.
وذلك لإتمام عملية انتقال الأمواج بين مكونات نظام الاتصالات الميكروي. إذ لا يمكن مثلًا لـ (IF cable) أن يمرر أمواجًا ذات تردد عالي من هوائي الميكروويف إلى الـ (indoor unit) وكذلك في الرحلة العكسية.
أي أنه يكبر الإشارة القادمة من الـ (IF cable) حتى يمكن نقلها إلى مسافات بعيدة دون أن يحدث لها أي تضعيف أو توهين.
كذلك يحتوي هذا الجزء على (low noise amplifier) إذ تتمثل مهمته في التعامل مع الإشارة القادمة من الفضاء الحر. والتي قد تكون تعرضت للضجيج أو التوهين أو الانعكاس نتيجة لإحدى العوامل المؤثرة على أمواج المايكرويف مثل العوامل الجوية أو الاصطدام بالمعادن، فيزيل الضجيج ويقوي الإشارة.
يطلق على هذا الجزء ثلاث ألقاب مختلفة هي الـ (IF cable) والـ (Radio cable) والـ (coaxial cable)، ذكرناها لك حتى لا يختلط عليك ربط الجزء بالمسميات عند سماع أيٍّ منهما.
تكمن المهمة الأساسية لهذا الجزء في ربط الـ (outdoor unit) مع الـ (indoor unit) لنقل الإشارات بينهما سواء المرسلة أو المستقبلة. كذلك يقع على عاتق هذا الجزء مهمة تغذية الـ (RAU) بالجهد المناسب.
يمكن تمثيل هذا الجزء من أجزاء منظومة المايكروويف بالحقيبة التي تحتوي عددًا من الـ (electronic cards).
إذ تتكاتف مع بعضها البعض لإنجاز المهام الملقاة على عاتق الـ (indoor unit). سنستعرض الآن أهم هذه الـ (cards) مع إلقاء نظرة موجزة على مهمة كل منها.
سابقًا كان يُستخدم في جزء الـ (indoor unit) من منظومة الاتصال الميكروي (card) واحد يكون مسؤول عن كافة المهام المتعلقة بهذا الجزء.
بدءًا من جلب التغذية للمنظومة وانتهاءً بتمرير الإشارة إلى الـ (IF cable). لكنَّ ذلك يعد سلبيًا نظرًا لضرورة استبدال هذا الجزء بالكامل عند تعرض الـ (card) لأي عطل.
لكن بعد تطوير بعض المكونات الخاصة بـ نظام اتصالات المايكرويف أمسى هناك عدد من الـ (cards) داخل كل(indoor unit) كل منها له مهمة مختلفة عن الآخر.
ومجموع الـ (cards) تقع ضمن محفظة واحدة تتولى مهمة الربط بينها. ويطلق عليها اسم الـ (Back plane).
يمكننا اقتباس النظرة العامة لمهمة هذا المكون تبعًا لمسمَّاه. والذي يعني التحكم بعمليات نظام اتصالات المايكرويف مما جعله مستحقًا لوصف العقل المدبرالمسؤول عن تسيير وتنسيق المهام بين باقي الـ(electronic cards).
ناهيك عن دوره في كشف الأعطال الدقيقة التي قد تصيب نظام اتصالات المايكرويف. مما يجعل مهمة فني الصيانة أسهل في تحديد الأعطال وتصحيحها.
كما قد تحتوي بعض الـ (control cards) المتطورة على مكونات الـ (E1 card) والذي تتلخص مهمته في ربط الـ (indoor unit) بوجهته الأخرى.
يعتبر الـ (power card) هو المسؤول الأول عن جلب التغذية المستمرة لجزء الـ (indoor unit) بالكامل ومن ثم توزيع هذا الجهد الكهربائي على الـ (electronic cards)، أي أنَّه الحجر الأساسي في كل منظومة اتصال ميكروي.
كذلك نظرًا لأهميته تداعت الأبحاث والدراسات سعيًا في تأمين حماية أكبر لهذا المكون. حتى توصلت إلى ابتكار شقين لهذا الـ card أحدهما يكون أساسيًا والثاني ثانويًا.
إذ يكمل الثاني منهما عمل الأول في حال حدوث أي عطل أدى إلى انقطاع التغذية عن منظومة الاتصال. وبذلك سنضمن عدم توقف هذه المنظومة عن إرسال واستقبال الإشارات من خلالها.
على الرغم من وجود نظام تهوية متكامل مسؤول عن تهوية الموقع. إلا أنه لا يمكن الاعتماد على هذا المصدر فقط في تبريد المكونات الإلكترونية للـ (electronic cards).
لذا فإنَّ الـ (Fan card) يتولى هذه المهمة بالاتكاء على بعض مكوناته المتطورة. كالحساسات مثلًا التي تقيس درجة الحرارة لتلك المكونات الإلكترونية وتفعِّل تبعًا لذلك درجة تبريد ملائمة.
قد تبدو لك تلك المهمة بسيطة إلى حدٍ ما. وذلك لأنك لا تحيُط علمًا بأهميتها على استمرار نظام اتصالات الميكروويف في أداء مهامه على النحو المطلوب.
وبالمقابل لا تدرك مدى أثرها على تعطيله فيما لو توقفت عن دورها الرئيسي في تأمين التهوية المناسبة لهذه المكونات.
مع اختتامنا لشرح جزء الـ (fan card) نكون قد أنهينا حديثنا عن مكونات وأجزاء أنظمة الميكروويف في الاتصالات. إلا أنه ولحرصنا على كمال الرؤية في ذهن القارئ نرفق صورةً توضيحية لمجموع هذه المكونات والأجزاء مع بعضها البعض.
إنَّ تتالي المشكلات والآثار السلبية الناتجة عن استخدام وصلات المايكروويف. بالتوازي مع اضطرارية الانقياد لها واستخدامها في أنظمة الاتصالات اللاسكية.
أودى بنا إلى ابتكار حيل وأساليب جديدة تجمع بين الغاية من استخدام الأمواج الميكروية في الاتصالات. وفي ذات الوقت تخفف بعضًا من المشاكل الناتجة عن استخدامها.
وكأبرز مثال عن هذه الحيل هو تقنية الـ (super dual band) أو بما يعرف اختصارًا (SDB). إذ تقسم الأمواج الميكروية إلى مجموعة من الترددات بدءًا من الأدنى وانتهاءًا بالأعلى.
وعليه فإنَّ الفكرة القائمة عليها تقنية الـ (SDB) هي الدمج بين مجالين من الترددات للاستفادة من خصائص كل منهما، معدل أعلى لنقل البيانات ومسافة إرسال أبعد.
إذ وقع الاختيار على الـ (E-band) ذات عرض النطاق الترددي (bandwidth) الكبير والـ (Distance) القصيرة، مع الـ traditional) band) ذات عرض النطاق الترددي (bandwidth) الصغير والـ (Distance) البعيدة.
بمعنى أنه يجري دمج كل من هذين المجالين عند إرسال حزمة بيانات إلى وجهة بعيدة للاستفادة من خاصية الإرسال لمسافات بعيدة في الـ(traditional-band) ومعدل نقل البيانات العالي في الـ (E-band).
مما سيجعل جودة الاتصال أعلى بتكاليف أقل، لأنَّنا عندما سنستخدم على سبيل المثال مجال الـ e-band فقط فإننا سنضطر إلى استخدام إما مكرر إشارة (repeater) أو منظومتي اتصال ميكروي لتغطية المسافة التي سيمكننا الوصول إليها فيما لو اعتمدنا على تقنية (SDB).
من المحتمل أن هذه التقنية قد جرى استيعابها بالكامل، إلا أنه يمكنك الانتقال إلى الشرح المرئي المدرج لتتمكن من خلاله تدعيم الفكرة في ذهنك بشكل أكثر.
من الممكن أن تحدث لديك المعلومات المدرجة ضمن مقالنا السابق تصورًا شاملًا وموجزًا عن سير عمل أنظمة الميكروويف.
لا سيما أننا بذلنا ما بوسعنا لتبسيط شرح الميكروويف في الاتصالات كما لم يبسَّط كذلك من قبل. آخذين بعين الاعتبار أنَّ اجتياز نصف أي طريق يتمثل في دراسة حيثياته وأبعاده فحسب.
لكنَّ ما أصبح بحوذتك من معلوماتٍ حول شرح الميكروويف في الاتصالات لن يستطيع بالطبع حملك على البدء بالعمل من خلاله.
خاصةً أن مجال أنظمة الميكرويف مجالًا متشعبًا بين تصميم وتخطيط وتحليل، لذا وفي حال ارتأيتَ أنَّ آمالك تسوقك للخوض أكثر في هذا المجال والتخصص به للعمل مستقبلًا.
فإننا نوجهك لحضور دورة “Microwave Transmission” التي ستقودك إلى احتراف هذا المجال حدَّ الجاهزية التامة للبدء بالعمل من خلاله.
يجب أنت تكون مسجل الدخول لتضيف تعليقاً.
Optimized by Seraphinite Accelerator
1 Comments
كيف يمكنني المشاركه في هذه الصورة
وكم السعر