اتصالات المايكروويف

######################
اتصالات المايكروويف:
Microwave communications:
######################

موجات المايكروويف هي جزء من الأشعة الكهرومغناطيسية التي تتراوح ترددات موجاتها بين 3 إلى 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 والتي يمكن أن تشير مباشرة إلى هوائي الاستقبال وهذا يسمح بوضع أجهزة الإرسال والاستقبال قريبة من بعضها بدون تداخل في الترددات وميزة أخرى لأشعة المايكروويف أن لها ترددات عالية جدا تسمح بنقل كميات كبيرة من المعلومات بسرعات عالية ولكنها لا تستطيع الانتقال إلا 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.

######################
تعريف المصطلحات الخاصة بتصميم وصلة الميكروويف:
######################

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

******************************
1- خسارة مسار الفضاء الطلق (Free Space Loss (FSL:
******************************
عندما تنتشر الإشارات بعيدا عن مصدر الطاقة، تتوزع الطاقة علي مساحات كبيرة وتضعف قوة الإشارة، فقدان المساحة الحرة (FSL) هو المقدار التي تضعف به الإشارة عند مسافة محددة ويقاس بال dB.

******************************
2- انحناء سطح الأرض (Earth budge): 
******************************
فالأرض كروية ولهذا عندما تبعد المسافة بين المرسل والمستقبل فإن الإشارة تعاق بواسطة انحناء الأرض. 

******************************
3- منطقة فرزينل Fresenel zone:
******************************
إشارة الأجهزة الاسلكية تنتشر كخط مستقيم إذا كانت المسافة بين المرسل والمستقبل مسافة قصيرة ولكنها تنتشر في المسافات البعيدة بشكل بيضاوي مفلطح من المنتصف حيث تنتطلق الإشارة ذات حزمة ضيقة ثم تبدا في التفلطح في الجو ثم تنقبض مرة أخرى عند المستقبل تبث الإشارة للهوائيات وتسمي المنطقة التي تتفلطح فيها الإشارة بـ Fresnel Zones.

******************************
4- مستوي الإشارة المتلقاة Received Signal Level:
******************************
هو مستوي الإشارة التي يستقبلها الهوائي الخاص بجهاز الاستقبال من مصدر بعيد وتقاس ب negative dBm.

******************************
5-  حساسية جهاز الاستقبال Receiver Sensitivity:
******************************
هي أقل قيمة للإشارة التى يستقبلها جهاز الاستقبال بحيث تسمح بفك شفرة واسترجاع الإشارة بدون خطأ وتقاس ب negative dBm.

******************************
6- ربح الهوائي Antenna gain:
******************************
هو نسبة الأشعة الكهرومغتاطيسية التي يوجهها الهوائي في اتجاه معين بالنسبة للمجموع الكلي للأشعة المرسلة.

******************************
7- الطاقة المرسلة  Transmit power:
******************************
هى كمية الطاقة الكهرومغناطيسية التي يبثها جهاز الإرسال وتقاس بال dBm وهذه القيمة لا تتضمن مقدار فقد الطاقة في الكابل أو كسب الهوائي.

******************************
8- القدرة الفعّالة Effective Isotropic Radiated Power:
******************************
هي القيمة الفعلية للطاقة التي يبثها الهوائي، وهي تساوي مجموع الطاقة المرسلة وكسب الهوائي وتتضمن أيضا مقدار الفقد في الطاقة في الكابل الذي يوصل جهاز الإرسال بالهوائي.

******************************
9- هامش نظام التشغيل System Operating Margin:
******************************
هو قيمة الفرق بين مستوى الإشارة المتلقاه ومستوي الإشارة المطلوب لاستقبال وفك شفرة الإشارة بدون أخطاء، بمعني آخر هو الفرق بين مستوى الإشارة المتلقاه و حساسية جهاز الاستقبال.

******************************
10- تداخل المسارات Multipath Interference:
******************************
تحدث انعكاسات للإشارة نتيجة لاصطدامها بالعوائقو وبذلك تصل الإشارة من أكثر من مسار فتصل أولا من المسار المباشر ثم تليها المسارات المنعكسة واحدا بعد الأخر على حسب المسافات المختلفة التى تقطعها كل اشارة.

******************************
11- نسبة الإشارة إلى التشويش Signal-to-Noise Ratio:
******************************
وهي النسبة ما بين قوة الإشارة المستقبلة والنويز المضافة بسبب الإرسال.

******************************
12- خط الرؤية LOS أو المسافة بين هوائيين:
******************************
وهي المنطقة بين البرجين أو الهوائيين أو المسافة بينهما ويجب أن تكون خالية من العوائق حتى لا يتسبب ذلك بانقطاع وصول الإشارة إلى المستقبل عند مرورها في الفراغ وتقاس بال km.

######################
خطوات تصميم وصلة الميكروويف:
######################

******************************
1- تحديد شكل المسار:
******************************
هو رسم توضيحى للمسار للموجات بين طرفي الوصلة. يحدد شكل المسار موقع وارتفاع الهوائي للمرسل والمستقبل، ويحرص على عدم وجود عوائق في طريق الموجات الكهرومغناطيسية (وجود خط الرؤية LOS).

******************************
2- حساب المسافة بمعادلة LOS:
******************************

- Optical LOS:
d=3.57 square root(h)

- Effective (or radio) LOS:
d=3.57 square root(hk)

- Maximum between two antennas of LOS:
dmax=3.57 square root(h1k)+square root(h2k)

حيث:
ال d: المسافة بين الأنتنا والأفق تقاس بال km.
ال dmax: المسافة بين هوائيين.
ال h: ارتفاع الأنتنا تقاس بال m، و h1 هو ارتفاع الأنتنا الاول و h2 هو ارتفاع الأنتنا الثاني.
ال k: عامل التكيف لحساب الانكسار، قاعدة الإبهام 4/3.

******************************
3- حساب فقدان المساحة الحرة (FSL):
******************************

FSL=32.44+20 logF+20 logD

حيث F: التردد ب MHZ.
وال D: المسافة بين طرفي الوصلة، تقاس بال Km.

******************************
4- تحليل ميزانية الوصلة Calculate link budget:
******************************
المقصود هنا بميزانية الوصلة هو حساب جميع قيم الإشارة بدء من جهاز الإرسال حتى جهاز الاستقبال وفي الأسلاك وفي جميع المراحل اللاسلكية عن طريق المصطلحات السابق شرحها.

وللتأكد من أن الوصلة يمكن تنفبذها لابد أن يكون
(مستوي الإشارة المتلقاة >= حساسية جهاز الاستقبال)

******************************
5- حساب هامش ميزانية الوصلة اللاسلكية Link Budget Margin Calculation:
******************************
هامش الوصلة هو مقياس للوقت الذى يمكن أن تعمل فيه الوصلة، فكلما زاد هامش الوصلة زاد 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]).