نشرت تحت تصنيف ALL، Wireless Physics

خواص الموجات اللاسلكية


Frequency, amplitude, phase, wavelength


أي استعراض أو رياضة حركية أيضا تعتمد تسميتها علي مجمل الحركات بها مثل أنواع السباحة و الجري في ألعاب القوي و أساليب الكنغوفو و الكاراتيه حتي و العياذ بالله الرقص J الرقص الشامي يختلف عن الصعيدي عن السكندري عن الخليجي – أعني الرجالي طبعا – J

الموجات أيضا كذلك حركات متكررة نوع التكرار و شكله يحمل مضمون ما هذا المضمون هو معلومة , اذن فالموجات تحمل معلومات

و كما أن حركات راقصي الباليه مثلا تحمل لك رسالة ما فإن أيضا حركة الموجة تنقل الطاقة التي هي أصلا رسالة تم تحويلها الي كهرباء في جهاز كهربي ثم الي موجات بواسطة هوائيات الارسال

شكل و طبيعة موجات الصوت تختلف عن شكل و طبيعة موجات الضوء و كلاهما يختلف عن موجات الرادار و و الوايرلس و الموجات النووية و هكذا

و كمان أن الإختلاف بين طرق الجري في ألعاب القوي يعتمد مثلا علي السرعة و ربما شكل طريقة القفز و الإرتفاع و الزمن فنحن أيضا نميز بين الموجات بعد خصئاص

هذه الخصائص تحدد كم المعلومات و كيفيتها الموجودة في الموجة مثل قوة الموجة Amplitude و عدد تكرارها Frequency و المسافة بين كل تكرار Wavelength و مدي التزام الموجة بتكرارها Phase و الوقت اللازم لإتمام الموجة رقصتها J

اذن فإنه يطلق علي أي ظاهرة تتكرر باستمرار مع الزمن  اسم موجة مثل الصوت و الضوء و حركة الأمواج و الإلكترون و غيرهم و لكل منهم هيئة مغايرة للأخري  ففي الصوت مثلا يتم التغير في ضغط هواء الوسط  لينتقل الصوت أما في الضوء و الموجات الكهرومغناطيسية فيتم التغير في قوة مركبتي الكهربية و المغناطيسية في الموجة

Amplitude (A)


حرفيا أو رياضيا هي قيمة الإشارة ت و هي فيزيائيا و هندسيا تعبر عن قوة الإشارة

حياتيا يمثلها رفع و خفض صوت التلفاز

تقنيا مثلا هو عدد الشرط الموجة المستقبلة في إشارة الموبايل أو اشارة الوايفاي

اذن فكلما زادت قيمة الإشارة زادت قوتها و لكن ليس طبعا وضوحها فربما الإشارة التي استقبلتها قد تداخلت مع اشارات أخري أو شوشر عليها – جرب اللإستماع الي راديو السيارة بجوار برج إذاعي أو خطوط كهرباء ضغط عالي –

عند حدوث هبوط في قيمة الإشارة يسمي هذا بالذبول أو اللاشي Fading – جرب الإستماع الي راديو السيارة في نفق –


و الإشارات اللاسلكية التي يلتقطها الأكسسبونيت أو جهازك ليست بالقوة التي تسمح باستخدامها و لذلك توجد مراحل تكبير للإشارة بعد مرحلة الهوائي

اذن فالتغير في قيم الإشارة يغير من مستوي وضوحها أو قوة سماعها اذا كانت صوت

و لأن Amplitude يعبر عن قدرة الإشارة فإنه يقاس بوحدة الوات W و تستطيع أن تقرأ مثلا علي الأكسسبوينت أن قدرة هوائي الإرسال له 50 mw و هو هنا Amplitude و هذه القدرة ليست طبعا هي القدرة التي ستصل اليك فستعاني من كثير من المشاكل – مثل التشتت – في الجو أو حتي في الموصلات بعد هوائي الإستقبال لديك و ذلك الي أن تصل اليك

و التغير في التردد أو بشكل أصح الطيف الترددي المعمول به في أي نظام يحدد مستوي قدرة الإشارة Amplitude كي تستطيع أن تصل الي المستقبل فمثلا ترددات المذياع AM يحتاج بث الموجة بقدرة 50,000 watts بسبب استخدام هوائيات بث عالية القدرة و ذلك لنشرها علي أكبر مساحة ممكنة بينما تردد الشبكات اللاسلكية يتراوح قدرة بثها من 1ميللي وات الي 100 ميللي وات و ذلك لعدم احتياج بثها علي مسافات شاسعة و لاستخدامها هوايات ذات امكانيات محدودة في البث و بالعكس فإن هوائيات الإستقبال في الشبكات اللالسكية ذات حساسية حالية فتستطيع كشف اشارة بقدرة أقل بكثير من ذلك

Frequency (f)


يعتبر مصطلح التردد من اكثر المصطلحات انتشارا في عالم الإتصالان بشكل عام و الشبكات اللاسلكية بشكل خاص  فلكل تقنية ترددها الخاص بها و الذي علي أساسه تم تصميم أجهزتها  و  هو أكثر المصطلحات التي ستحتك معها عند التعامل مع أجهزة الريسيفر و  التلفاز و الراديو و الأكسسبونيت فالقنوات الفضائية و الأرضية و محطات المذياع  ما هي الا حيزات ترددية محجوزة  لبث الإرسال

و في الشبكات اللاسلكية تتنوع معييرها ما بين ieee 802.11 a , b , g , n,ac  طبقا للتردد في غالبها و تتوزع خلاياها في داخل المعيار الواحد طبقا لتردد الخلية المصممة

بل و تتوزع محطات الإرسال اللاسلكي للموبايل طبقا لخلايا ترددية معروفة و مصممة لا تتحمل التتداخل ..

و لذلك تم تقسيم  الطيف الكهرومغناطيسي بين الأنظمة طبقا  لتردد الإشارات التي تستخدمها  و من هذه الترددات الصغيرة التي لا تأثير لها و لا تستطيع الإنتقال لمسافات كبيرة  مثل الإشارات الصوتية  و منها القوية التي تتستخدم لحمل الإشارات الصغيرة في عمليات التعديل أو التضمين modulation  مثل اشارات الراديو و منها خارقة القوة و التي تستطيع التدمير مثل اشعة جاما  ومنها الإشارات التي تستطيع أن تخترق اللدائن و لا تخترق المواد الصلبة مثل أشعة اكس او السينية التي تستخدم في التصوير الطبي و منها ما لم نعرفه بعد قطعا


 و التردد  بشكل مبسط و عام يعبر عن مدي تكرار شيء معين في فترة زمنية محددة و هنا في عالم الإلكترونيات و الفيزياء  هو عدد الدورات التي تتم في الثانية الواحدة  للإشارة

و يرتبط دائما التردد بشيء معاكس له و يسمي “الفترة الزمنية ” period  و الذي  يعبر عنه بالفترة الزمنية لعمل دورة واحدة فقط أي أن التردد frequency هو عدد الدورات في الثانية  أما period  فهو الفترة الزمنية لعمل دورة واحدة

و يعبر عن التردد أو يقاس بوحدة تسمي هرتز Hz وقد سميت هذه الوحدة باسم الفيزيائي الألماني هاينريش رودولف هرتز الذي كان له عظيم الفضل في مجال العلوم الكهرومغناطيسية

Wavelength (λ)


“الآن انفصلت موجاتنا عن موجات صوت العرب و القاهرة و تستمعون إلينا الان على الموجة القصيرة 3.0124521 مترا والموجة المتوسطة 2.1202154 مترا ”

أظن أن هذه الجملة مألوفة اليك و انت تستمع الي اذاعة القرآن الكريم او البرنامج العام

هو يتكلم عن الطول الموجي

الطول الموجي Wavelength  λ  لموجة ما هو المسافة بين نقطتين متتاليتين علي خط الموجة عند تقاطعها مع خط مستقيم  و يعبر عنها البعض بأنها المسافة بين قمتينcrests متتاليتين أو قاعين troughs متتاليين و ما قلته هو الأصح و الأشمل “و جرب بنفسك 🙂 ”

و يرمز للطول الموجي بالرمز الإغريقي لامدا lambda λ


في الأوساط الطبيعية فإن علاقة التردد بالطول الموجي علاقة عكسية تامة أي يزيد بقلة التردد و يقل بزيادة التردد و لذلك تجد الإشارات ذات التردد العالي UHF ultra high frequency  يطلق عليها اشارات ذات موجات قصيرة Microwave  و يربط بين التردد و الطول الموجي بهذه المعادلة حيث v  هو سرعة الموجة و التي تقاس للضوء بسرعة 3×108 m/s   أي أن الموجة الضوئية قادرة علي الوصول الي القمر في ثانية واحدة فقط و قادرة علي الوصل من الشمس الي الأرض في ثماني دقائق و يعتبر سرعة الموجات الكهرومغناطيسية المستخدمة في الشبكات اللاسلكية مشابهة لسرعة الضوء في حين أن سرعة الموجات الصوتية لا تزيد عن 340  متر لكل ثانية في  الهواء و تتغير بتغير عوامل الوسط و لا مجال للخوض فيها الآن و بحساب بسيط و باستخدام المعادلة السابقة  فإن الموجات المستخدمة في معيار 802.11ac  ذات التردد 5 جيجا هرتز يكون طولها الموجي مساويا 0.06 م فقط بينما معيار 802.11b ذو التردد 2.4 جيجا هرتز  يكون تقريبا مساويا لضعف القيمة السابقة

و تعاني الموجات ذات الطول الموجي القصير و ذات التردد العالي مثل من تشتت أكبر من الموجات ذات الطول الموجي الطويل ذات التردد المنخفض و بهذا فإن الخلية اللاسلكية التي يستخدم فيها التردد الأقل أو الموجة ذات الطول الموجي الأكبر ستنتشر بشكل أوسع و أكفأ من نقيضتها

و للتنويه طبعا فإن التشتت attenuation ليس سببه اطلاقا التردد أو الطول الموجي بل المسافة و العوائق التي تعاني منها الشبكة و لكننا نقصد أن التردد الأعلي يعاني تشتت أكبر من التردد الأقل عند تعرضهم لنفس الظروف الجوية و انتشارهم لنفس المسافات

و لهذا فإنه بالمقارنة بين موجات 2.4 جيجا هرتز   و 5 جيجا هرتز في الشبكات اللاسلكية يتبين لنا ميزة الموجة ذات التردد الأقل 2.4 جيجا هرتز  و هذا بالطبع سيقلل من عدد الأكسسبوينت اللازمة لتغطية الشبكة مقارنة بالشبكة التي تستخدم التردد 5 جيجا هرتز

و للميزات الأخري التي يتمتع بها التردد الأعلي 5 جيجا هرتز بعيدا عن موضوع التشتت و صغر حجم الخلية فإنه يفضل أن تكون الشبكة اللاسلكية ثنائية التردد لتستفيد من ميزات الترددين

و مرة أخري هذا هو الطيف الموجي يبين العلاقة بين التردد و الطول الموجي


و الصورة التالية تبين الطول الموجي لكل لون علي حده


Wave speed (c)

هي العلاقة بين تردد الموجة و الطول الموجي و يؤخذ من العلاقة التالية


  • c = wave speed (m s-1)
  • f = frequency (Hz)
  • λ   = wavelength (m)

و من المعروف أن تغير الطول الموجي مع التردد مقرون بثبات سرعة الموجة و لهذا فإنه عندما تنتقل الموجة من وسط الي آخر فإن سرعتها تتغير و يتغير معها الطول الموجي و يبقي التردد ثابتا و هذا يظهر جليا في الضوء عند انتقاله من الفراغ الي الماء و يعاني من ظاهرة الإنكسار Refraction كما تري في الصورة


و لهذا فإن عند ارسال اشارة في وسط ما لابد من معرفة ماهية هذا الوسط كي لا يقوم بالتأثير علي الإشارة بشكل سلبي و لدينا أكثر من نوع لأوساط قد تغير في الطول الموجي منها الأوساط غير المتجانسة  و الكريستالية و غيرها

سرعة الموجة اللاسلكية في الفراغ هي 300000 كم في الثانية أي أنها تستطيع أن تصل الي القمر في ثانية واحدة و هي نفس سرعة الضوء و الإلكترون تقريبا في الأوساط الموصلة

Phase ø


علي عكس ما سبق فإن الطور phase ليس خاصية للموجة بل هو يحدد العلاقة بين أكثر من موجة تنتشر في نفس الوسط علي نفس التردد حيث تتم المقارنة بين قمة و قاع موجتين

أي أنه يحدد مقدار سبق أو تأخر موجة عن أخري و يتم تحديد هذا السبق أو التأخر بالزمن أو المسافة أو الدرجة

و تسمي الموجتين التي تتفق قمتهما و قاعهما في الزمن أو الدرجة أو المسافة بأنهم متفقين في الطور in phase أي تسيران بالتوازي رياضيا و العكس يسمي out of phase

المشكلة في الطور هنا أنه اذا كان الإختلاف بين موجتين يسيران في نفس الخلية و بنفس التردد يصل الي أن يكون 180 درجة فإن الموجتين يلغي بعضهما الأخر فالقمة تلغي القاع و العكس تماما يحدث فإذا كان هناك موجتان يستقبلهما الهوائي يسيران بنفس الطور فإن الموجة الناتجة ستكون بقدرة أكبر من الأصلية أي أن Amplitude سيتضاعف

فهم هذه الخاصية مهم جدا لفهم ظاهرة تعدد المسارات multipath التي تسبب فرق الطور بين الموجات

نادر المنسي


Advertisements

المعلق:

مهندس عربي يطمح و يساعد في الرقي بالمحتوي العربي للتكنولوجيا عبر ترجمة و اعداد مقالات و كتب علمية في مجال الشبكات و الإتصالات السلكية و اللاسلكية

اترك رد

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   /  تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   /  تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   /  تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   /  تغيير )

w

Connecting to %s