تصميم وصلات لموجات المايكروويف


#1

الاتصال عن طريق موجات المايكروويف

Microwave communications

موجات المايكروويف هي جزء من الاشعة الكهرومغناطيسية التي تتراوح ترددات موجاتها بين 3 الي 30 GHZ وذات طول موجي يقاس بالسنتمتر في المدى من 0.3 إلى 30 سنتمتر.

تستخدم موجات الميكروويف في مجال الاتصالات اللاسلكية من نقطة لنقطة بسبب صغر طول الموجة بحيث تسمح للهوائيات أن توجه أشعتها في حزمة ضيقة و التي يمكن أن تشيرمباشرة الي هوائي الاستقبال و هذا يسمح بوضع أجهزة الارسال و الاستقبال قريبة من بعضها بدون تداخل في الترددات و ميزة اخرى لأشعة المايكروويف أن لها ترددات عالية جدا تسمح بنقل كميات كبيرة من المعلومات بسرعات عالية ولكنها لا تستطيع الانتقال الا في خطوط مستقيمة ولهذا تقتصر موجات المايكروويف علي الانتشار في خط الرؤية (Line Of Sight communications) فلا نستطيع تمريرها حول التلال أو الجبال مثل موجات الراديو.

لنبدأ في كيفية تصميم وصلة الميكروويف لابد لنا من معرفة بعض المصطلحات التي سوف نستخدمها.

تعريف المصطلحات:

خسارة مسار الفضاء الطلق (Free Space Loss (FSL

عندما تنتشر الاشارات بعيدا عن مصدرالطاقة ,تتوزع الطاقة علي مساحات كبيرة و تضعف قوة الاشارة , فقدان المساحة الحرة(FSL) هو المقدار التي تضعف به الاشارة عند مسافة محددة و يقاس ب الdB.

انحناء سطح الأرض Earth budge

فالأرض كروية و لهذا عندما تبعد المسافة بين المرسل والمستقبل فإن الإشارة تعاق بواسطة انحناء الأرض.
منطقة فرينل Fresenel zone

اشارة الأجهزة الاسلكية تنتشر كخط مستقيم اذا كانت المسافة بين المرسل و المستقبل مسافة قصيرة و لكنها تنتشر في المسافات البعيدة بشكل بيضاوي مفلطح من المنتصف حيث تنتطلق الإشارة ذات حزمة ضيقة ثم تبدا ف التفلطح في الجو ثم تنقبض مرة اخري عند المستقبل تبث لإشارة للهوائيات و تسمي المنطقة التي تتفلطح فيها الإشارة بـ Fresnel Zones

r هو نصف قطر Fresenel zone
f هو تردد الارسال

مستوي الاشارة المتلقاه Received Signal Level

هو مستوي الاشارة التي يستقبلها الهوائى الخاص بجهاز الاستقبال من مصدر بعيد و تقاس ب negative dBm.

حساسية جهاز الاستقبالReceiver Sensitivity

هي أقل قيمة للاشارة التى يستقبلها جهاز الاستقبال بحيث تسمح بفك شفرة و استرجاع الاشارة بدون خطأ و تقاس ب negative dBm.

ربح الهوائى Anttena gain

هو نسبة الأشعة الكهرومغتاطيسية التي يوجهها الهوائى فى اتجاه معين بالنسبة للمجموع الكلي للأشعة المرسلة.

الطاقة المرسلة Transmit power

هى كمية الطاقة الكهرومغناطيسية التي يبثها جهاز الارسال وتقاس بال dBm و هذه القيمة لا تتضمن مقدار فقد الطاقة في الكابل أو كسب الهوائى.

القدرة الفعّالة Effective Isotropic Radiated Power

هي القيمة الفعلية للطاقة التي يبثها الهوائى ,و هي تساوي مجموع الطاقة المرسلة و كسب الهوائى و تتضمن أيضا مقدار الفقد في الطاقة في الكلبل الذي يوصل جهاز الارسال بالهوائى.

هامش نظام التشغيل System Operating Margin

هو قيمة الفرق بين مستوي الاشارة المتلقاه و مستوي الاشارة المطلوب لاستقبال وفك شفرة الاشارة بدون أخطاء , بمعني أخر هو الفرق بين مستوي الاشارة المتلقاه و حساسية جهاز الاستقبال .

تداخل المسارات Multipath Interference

تحدث انعكاسات للاشارة نتيجة لاصطدامها بالعوائق و بذلك تصل الاشارة من أكثر من مسار فتصل أولا من المسار المباشرثم تليها المسارات المنعكسة واحدا بعد الأخر علي حسب المسافات المختلفة التى تقطعها كل اشارة.

نسبة الإشارة الى التشويش Signal-to-Noise Ratio

خطوات تصميم وصلة الميكروويف

  1. تحديد شكل المسار
    هو رسم توضيحى للمسار للموجات بين طرفي الوصلة .يحدد شكل المسار موقع وارتفاع الهوائى للمرسل و المستقبل , ويحرص علي عدم وجود عوائق في طريق الموجات الكهرومغتاطيسية (وجود خط الرؤية LOS)

  2. حساب فقدان المساحة الحرة (FSL)
    FSL=32.44+20 logF+20 logD
    F : التردد ب MHZ
    D: المسافة بين طرفي الوصلة , تقاس بKm

  3. تحليل ميزانية الوصلة Calculate link budget
    المقصود هنا بميزانية الوصلة هو حساب جميع قيم الاشارة بدءا من جهاز الارسال حتى جهاز الاستقبال وفي الأسلاك و في جميع المراحل اللاسلكية عن طريق المصطلحات السابق شرحها.

وللتأكد من أن الوصلة يمكن تنفبذها لابد ان يكون

مستوي الاشارة المتلقاه >= حساسية جهاز الاستقبال

  1. حساب هامش ميزانية الوصلة اللاسلكية
    Link Budget Margin Calculation

هامش الوصلة هو مقياس للوقت الذى يمكن أن تعمل فبه الوصلة , فكلما يزيد هامش الوصلة يزيد الوقت الذى تعمل به الوصلة .
يمكن تلخيص هامش ميزانية الوصلة اللاسلكية بما يلي:

الهامش = قدرة الإرسال [dBm] – خسارة الأسلاك في جهة الإرسال [dBm] + ربح الهوائي في جهة الإرسال [dBi] – خسارة مسار الفضاء الطلق [dB] + ربح الهوائي في جهة الإستقبال [dBi] – خسارة الأسلاك في جهة الإستقبال [dBm] – حساسية جهاز الإستقبال [dBm]