ماهواره‌ها و فرکانس‌های مخابراتی

مدت ها انسان در تلاش بود تا راه حل مناسب و اقتصادی برای ارتباطات بین المللی، منطقه ای و محلی بیابد تا این که در سال ۱۹۷۰ میلادی نخستین ماهواره مخابراتی به فضا پرتاب شدولی ارتباطات بین المللی از سال های قبل یعنی در سال ۱۸۵۰ به وسیله کابل تلگرافی زیر دریائی بین کشورهای فرانسه و انگلستان برقرار شد. این روش ارتباط بیش از نیم قرن ادامه داشت تا در سال ۱۹۰۱ با استفاده از امواج و بهره گیری از امواج مخابراتی بی سیم آغاز شد و ۲۵ سال بعد کشور انگلستان تکنولوژی ارتباطات با استفاده از امواج کوتاه رادیویی راتکمیل کرد و پس از پایان جنگ جهانی دوم سیستم های انتقال از طریق شبکه مایکروویو به طور سریع توسعه یافت. در سال ۱۹۶۵ یک سیستم انتقال به نام کابل هم محور تلفنی با چندین کانال بین آمریکا و اروپا (انگلیس) برقرار شد که در واقع یک قدم مهم در توسعه مخابرات بین المللی (راه دور) از نقطه نظر کیفیت و کمیت محسوب می شد. در همان سال سرویس ارتباطات ماهواره ای بین آمریکا و اروپا و بالعکس برقرار شد که تا به حال بهترین و مدرترین ارتباط بین المللی شناخته شده است.

همان طور که اشاره شد، دستگاه های ارتباطی ماهواره ها در باند مایکروویو عمل می کنند. در واقع ماهواره ها صرفاً ایستگاه مایکروویو غول پیکری هستند در مدار زمین که با کمک پایگاه زمینی بازپخش می شوند. این مدار تقریباً دایره شکل در ارتفاع ۳۶ هزار و۸۰۰ کیلومتری بالای خط استوا قرار دارد و در این فاصله سرعت ماهواره با سرعت زمین برابر است و نیروی خود را به وسیله سلول های خورشیدی از خورشید می گیرد. نیروی جاذبه زمین شتاب زاویه شی قرار گرفته در مدار را دقیقاً بی اثر می سازد. در این فاصله دور چرخش ماهواره ها با حرکت دورانی زمین کاملاً همزمان و برابر است و باعث می شود ماهواره نسبت به نقطه مفروض روی زمین ثابت بماند.

ایستگاه زمینی اطلاعات را با فرکانس ۶ گیگاهرتز ارسال می کند. این فرکانس فرکانس UPLINKنامیده می شود سپس ماهواره امواج تابیده شده را می گیرد و با ارسال آن به نقطه دیگر که روی فرکانس حامل متفاوت DownLinkبرابر ۴ گیگا هرتز است، عمل انتقال اطلاعات از فرستنده به گیرنده را انجام می دهد. در واقع ماهواره اطلاعات گرفته شده را به سمت مقصد تقویت و رله می کند. آنتن ماهواره «ترانسپوندر» نام دارد که با هر نقطه از زمین به جز قطبین در Line of sightاست و هر ماهواره می تواند تقریباً ۴۰ درصد از سطح زمین را بپوشاند. آنتن ماهواره ها را می توان طوری طراحی کرد که علائم پیام رسانی ضعیف تر به تمامی این ناحیه (۴۰ درصد) فرستاده شود یا علائم قوی تر را در نواحی کوچک تری متمرکز کند. بر حسب مورد این امکان وجود دارد که از ایستگاه زمینی در کشوری فرضی به چندین ایستگاه زمینی دیگر واقع در کشورهای گوناگون علائم ارسال کرد. به طور مثال، وقتی برنامه ای تلویزیونی در تمامی شهرها و دهکده های یک یا چند کشور پخش می شود، در این حالت فقط ماهواره مسئول پخش برنامه است ولی وقتی علائم ارسال ماهواره در سطح گسترده ای از زمین انتشار یابد، ایستگاه های زمینی باید آنتن های بسیار بزرگ و پیچیده ای داشته باشند. هنگامی که علائم ارسالی ماهواره در محدوده کوچک تری متمرکز می شوند و به حد کافی قوی هستند می توان از ایستگاه های زمینی کوچک تر ،ساده تر و ارزان تر استفاده کرد.

از آنجایی که ماهواره ها برای جلوگیری از تداخل امواج رادیویی باید جدا از هم باشند بنابراین شماره مکان های مداری در مدار همزمان با زمین که امکان استفاده آن برای ارتباطات وجود دارد محدود است. از این رو جای شگفتی نیست که وظیفه مدیریت در امور دستیابی به مدار و استفاده از فرکانس ها برای انواع روز افزون و متنوع کاربردهای زمینی و ماهواره ای به وسیله شمار روزافزونی از کشورها بی نهایت دشوار شده است. از سویی استفاده از ماهواره ها در کشورهای متمدن و پیشرفته به عملکرد دقیق و عملیات روز به روز دقیق تر نه فقط از نظر به کارگیری شیوه خودشان بلکه از نظر همسایگانشان در مدار همزمان با زمین نیاز است. برخی از ماهواره ها نیز در مدار ناهمزمان با چرخش زمین non- geosynchronousقرار داده می شوند. در ماهواره های ناهمزمان با مدار زمین، ماهواره دیگر در دید ایستگاه زمینی نیست زیرا که سطح افق زمین را پشت سر می گذارد و از دسترس خارج می شود در نتیجه برای این که ارسال همواره ادامه یابد به چندین ماهواره از این نوع نیاز است و چون نگهداری و ادامه کار چنین شیوه ارتباطی بسیار پیچیده و گران است لذا کاربران و متخصصان طراحی ماهواره ها بیشتر جذب ماهواره همزمان با زمین می شوند.

لایه أنیوسفر در فرکانس حدود ۳۰ مگا هرتز به صورت شفاف عمل می کند. علائم ارسالی روی این فرکانس به طور مستقیم از میان آن می گذرد و در فضای بیرون گم می شوند. همچنین این فرکانس ها در خط مستقیم دید حرکت می کنند. به این دلایل آنها را باید برای مقاصد ارتباطی به طریقه های گوناگون به کار گرفت.

فرکانس های ۳۰ تا ۳۰۰ مگاهرتز بسیار مفید و کارآمد هستند زیرا انتشار آنها با وجود محدود بودن پایدار است. این امواج با چنین فرکانسی برای امواج تلویزیون کارآمد هستند زیرا فرکانس های بالای آنها اجازه حمل مقادیر فراوانی از اطلاعات مورد لزوم را می دهد و برای پخش صدای دارای کیفیت بالا نیز سودمند است.

علت این امر این است که در این محدوده از فرکانس برای کانال های پهن جا وجود دارد. قسمتی از باند UHFرا که بین ۷۹۰ تا ۹۶۰ مگاهرتز قرار دارد می توان برای مرتبط ساختن ایستگاه هایی با فاصله بیش از ۳۲۰ کیلومتر به شیوه به اصطلاح پراکندگی در لایه تروپوسفر زمین به کار برد. این شیوه به توانایی گیرنده دوردست در گرفتن بخش کوچکی از علائم فرکانس UHFکه به دلیل ناپیوستگی های بالای لایه تروپوسفر پراکنده شده بستگی دارد. یعنی علائم در جایی پراکنده می شوند که تغییرات شدید و تندی در ضریب شکست هوا وجود دارد.

فرکانس های بین ۳۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰ مگاهرتز برای رابط های در خط مستقیم که در آن پیام رسانی از طریق آنتن هایی بر فراز برج های بلند ارسال می شود به کار می رود. ایستگاه های تکرار کننده را که ساختاری برج مانند دارند نیز در فواصل ۴۰ تا ۴۸ کیلومتری (معمولاً بالای تپه ها) کار می گذارند. این ایستگاه ها امواج را می گیرند تقویت می کنند و دوباره به مسیر خود می فرستند. بخش مربوط به امواج مایکروویو برای ارتباط مراکز پرجمعیت بسیار مفید است چون فرکانس بالا به معنای آن است که امکان حمل باند عریضی از طریق مدولاسیون وجود دارد و به این معنی است که هزاران کانال تلفن را می توان روی یک فرکانس مایکروویو فرستاد. باند عریض این نوع فرکانس اجازه می دهد که علائم ارسالی تلویزیون سیاه و سفید و تلویزیون رنگی روی یک موج حامل منفرد ارسال شوند و چون این امواج دارای طول موج بسیار کوتاه هستند برای متمرکز کردن علائم رسیده می توان از بازتابنده های بسیار کوچک و اجزای هدایت مستقیم بهره گرفت.

با کشف لیزر برای نخستین بار آن قسمت از محدوده فرکانسی که بالاتر از باند فرکانس های مایکروویو بودند به منظور حمل پیام های بی سیم در نظر گرفته شدند. پرتو های لیزری تحت تأثیر عواملی مانند مه، غبار، خرابی وضع هوا و روزهای بسیار داغ به شدت ضعیف می شوند. اگر چه لیزر برای حمل اطلاعات تا مسافت های کوتاه خط ارتباطی بسیار عالی ایجاد می کند ولی چون پرتو لیزر خاصیت هدایت شونده بالایی دارد، بازداشتن یا سد کردن آن بسیار دشوار است. این امر سبب می شود برای ارتش و بعضی از مقاصد نظامی که شیوه های آنها باید دارای حفظ اسرار باشد بسیار سودمند است. در ضمن دستگاه لیزر برای کاربردهای ارتباط سیار از سبکی و قابلیت حمل خوبی برخوردار است. برخلاف امواج رادیویی امواج نوری را نمی توان با عبور دادن جریان های متناوب در سیم ها تولید کرد.

آنها فقط با فرایند هایی که داخل اتم روی می دهد به وجود می آیند. فناوری «تار نوری» مشابه موج رسان فلزی مایکروویو برای پرتو تابانی الکترومغناطیسی در ناحیه نور مرئی تعریف شده است. این شیوه به طور کلی شامل رشته ای شیشه ای با نازکی موی انسان است که از هدر رفتن انرژی نور در مسافت طولانی جلوگیری می کند.

همچنین بر خلاف پرتوی نور معمولی پرتوی نور لیزری تکفام است یعنی فقط دارای یک فرکانس منفرد است. پرتوی لیزر دارای گستره پهن فرکانس است که خاصیت گسیختگی نور را ندارد، به همین دلیل آنها را می توان دقیقاً به همان طریق که با فرکانس های مایکروویو تعدیل می شوند و تغییر نوسان می دهند را با پیام های تلفنی و اطلاعات و علائم تصویری تعدیل کرد.

به هر حال چون فرکانس آنها خیلی بالاتر است به تناسب آن می توان تعداد بیشتری از امواج و کانال ها را انتقال دهند. به طور کلی مقایسه بین شیوه های مختلف ارسال امکان پذیر است.

روابط بین فرستنده و گیرنده خواه انتشار از روی سیم و خواه از هوا به نوع ساخت شیوه ارتباطی بستگی دارد و به همین ترتیب باند فرکانس به کار رفته به شرایط حل مساله ارتباطاتی وابسته است.

بیشتر فرکانس های در دسترس را مقررات ملی و توافق های بین المللی تعیین می کنند. اگر چه تصمیمات مربوط به شیوه ها و نحو ارسال امری فنی به شمار می آید ولی در بیشتر اوقات ملاحظات سیاسی آن را در بر می گیرد.

ریزموج چیست؟

ریز موج

به امواج الکترومغناطیسی با طول موج کمتر از امواج رادیویی و بیشتر از امواج فروسرخ، ریزموج گفته می‌شود. چنین به نظر می‌رسد که طول موج مایکروویو با توجه به نام آن، امواجی در طیف طول موج کمتر از یک میلی‌متر باشند و طول موج ریزموج‌ها تقریباً بین ۱ میلی‌متر (متناظر با بسامد ۳۰۰ گیگاهرتز) تا ۳۰ سانتیمتر (متناظر با بسامد ۱ گیگاهرتز) است. البته بر روی مرزهای این تعریف، اتفاق نظر نیست و برخی آن را از ۰٫۳ میلی‌متر در نظر می‌گیرند.این تعریف هم UHF و هم EHF(امواج میلی‌متری) را در بر می‌گیرد و منابع مختلف مرزهای متفاوتی را به کار می‌برند. در همه حالات ریزموج حداقل کل باند SHF(سه تا سی گیگاهرتز) را در بر می‌گیرد. با مهندسی امواج رادیویی، اغلب به محدوده بین ۱ و ۱۰۰ گیگاهرتز محدود می‌شود.

پیشوند «مایکرو» در مایکروویو به یک طول موج در محدوده میکرومتر اشاره نمی‌کند بلکه دلالت بر این دارد که ریزموج‌ها در مقایسه با امواج استفاده شده در انتشار رادیویی نوعی، کوچک هستند به طوری که طول موج‌های کوتاه تری دارند.

کاربردهای امواج مایکروویو (ریزموج)

  • بهره یک آنتن متناسب بااندازه الکتریکی آن است. در فرکانس‌های بالاتر می‌توان از یک آنتن بااندازهٔ فیزیکی مشخص بهره بالاتری دریافت نمود. در فرکانس‌های بالاتر پهنای باند بیشتری را می‌توان مورد استفاده قرار داد و پهنای باند بیشتر به معنای ظرفیت بیشتری برای حمل اطلاعات خواهد بود. در فرکانس ۶۰۰ مگاهرتز پهنای باند ۱٪ به معنای ۶ مگاهرتز پهنای باند خواهد بود (مانند پهنای باند یک کانال تلویزیون) درحالی‌که، در فرکانس ۶۰ گیگا هرتز پهنای باند ۱٪ معادل ۶۰۰ مگاهرتز (۱۰۰ کانال تلویزیون) می‌باشد.
  • امواج مایکروویو روی خط دید (خط مستقیم) حرکت کرده و توسط یونیسفر منحرف نمی‌شوند چراکه امواج منحرف شده توسط یونیسفر دارای فرکانس‌های کمتری هستند درنتیجه امکان ایجاد خطوط ارتباطی با ظرفیت‌های بالا (به صورت زمینی یا ماهواره‌ای) فراهم می‌گردد.
  • سطح مؤثر انعکاس هدف (سطح مقطع راداری) متناسب باابعاد الکتریکی آن می‌باشد. این مسئله به همراه مشخصات بهره آنتن باعث می‌گردد که امواج مایکروویو بهترین باند فرکانسی برای عملکرد رادارها باشند.
  • تشدید‌های مختلف مولکولی، اتمی و هسته‌ای اغلب در فرکانس‌های مایکروویو اتفاق می‌افتد که این مسئله کاربردهای زیادی از جمله در علوم پایه، سنجش از راه دور، تشخیص پزشکی، مداوا و درمان و روش‌های آشپزی خواهد داشت.

منابع ماکروویو

منابع ماکروویو پرقدرت برای تولید ریزموج‌ها از لامپ‌های خلأ استفاده می‌کنند. این تجهیزات براساس قوانین مختلف لامپ‌های خلأ فرکانس پایین با استفاده از حرکت بالستیک الکترون‌ها در یک خلأ تحت تأثیر کنترل الکتریکی یا میدان‌های مغناطیسی عمل می‌کنند و شامل مگنترون، کلیسترون، لامپ موج رونده(TWT) و ژیروترون هستند.

این تجهیزات روی حالت مدوله شده چگالی بیشتر از حالت مدوله شده جریان کار می‌کنند. این به این معنی است که آن‌ها روی بنیان توده‌های الکترون‌هایی که به صورت بالستیکی از میان آن‌ها پرش می‌کنند بیشتر از جریان پیوسته الکترون‌ها کار می‌کنند.

خدمات ویژه تامین و نگهداری و تعمیر رادیو مایکروویو با پایش تلکام تجربه کنید.

منبع : م پوزار، دیوید. مهندسی مایکروویو. کتاب آیلار

مقالات مرتبط با مخابرات مایکروویو

 

مخابرات مایکروویو

مخابرات مایکروویو

مخابرات مايكروويو در شبكه‌هاي LAN داراي استفاده محدودي هستند. اگر چه به دليل توان بيشتر آنها، اين سيستمها در شبكه‌هاي WAN ترجيح داده مي‌شوند.

برخي از مزاياي سيستمهای مخابرات مایکروویو 

عرض باند خيلي بالا: در مقايسه با همه تكنولوژي‌هاي بي‌سيم، سيستمهاي ماكروويو داراي بالاترين عرض باند بوده ( به دليل توان بالاي سيستم‌هاي فرستنده) دستيابي به سرعت 100 مگابيت بر ثانيه و بالاتر در اين سيستمها امكان‌پذير است. سيگنالهاي ارسال شده ، مسافت‌هاي خيلي زيادي را طي مي‌كند:

همچنان كه قبلاً ذكر شد توان بالاي سيگنالها، امكان ارسال آنها به مسافت‌هاي خيلي دور را فراهم مي‌نمايد. اطلاعات ارسال شده را مي‌توان تا صدها مايل انتقال داد.

ارتباط سيگنالها مي‌تواند بصورت نقطه به نقطه يا broadcast باشد:

همانند ساير انواع مخابرات بي‌سيم، سيگنالها را مي‌توان دقيقاً در يك مسير ارتباطي نقطه‌ به نقطه متمركز نمود يا آنها را از طريق ارتباطات broadcast، به چندين موقعيت جغرافيايي ارسال نمود.

مخابرات ماكروويو

مخابرات ماكروويو براي اغلب كاربران، بواسطه معايب زيادي كه دارند، گزينه مناسبي نيست، به ويژه چند عيب عمده در اين گونه سيستمها استفاده از آن را محدود به گروه خاصي از افراد مي‌نمايد برخي از اين معايب عبارتند از:

تجهيزات مربوطه گران هستند:

تجهيزات ارسال و دريافت ماكروويو در مقايسه با ساير انواع تجهيزات ارتباطي بي‌سيم گران هستند. يك فرستنده/گيرنده مايكروويو Combo مي‌تواند تا 5هزار دلار هزينه داشته باشد. سيستمهاي مايكروويو ارزان‌تر نيز وجود دارند اما محدوده تحت پوشش آنها محدود مي‌باشد.

نياز به خط ديد مستقيم:

به منظور عملكرد صحيح سيستمهاي مخابراتي ماكروويو مي‌بايست بين فرستنده و گيرنده يك خط ديد مستقيم وجود داشته باشد.

تضعيف اتمسفريك:

همانند ساير تكنولوژيهاي بي‌سيم ( همانند ليزر مادون قرمز)، شرايط جوي(همانند مه، باران و برف) مي‌توانند تأثيري منفي روي ارسال مايكروويو اطلاعات داشته باشند. براي مثال يك توفان سهمگين بين فرستنده و گيرنده مي‌تواند سبب قطع ارتباط گردد. بعلاوه هر چه فركانس مايكروويو بالاتر باشد زمينه تضعيف بيشتر مي‌گردد.

تأخير انتشار:

يك عيب مهم در سيستمهاي ماكروويو ماهواره‌اي، مسئله تأخير انتشار است، هنگامي كه بين دو ايستگاه زميني، از ماهواره بعنوان ايستگاه تقويت استفاده گردد، تأخير انتشار معمولاً قابل توجه مي‌باشد.

ايمني:

از آنجا كه پرتوهاي ماكروويو بسيار پرقدرت هستند مي‌تواند خطري براي انسان و حيوانات محسوب شود. در مسيري كه بين فرستنده و گيرنده قرار گيرند. مثلاً اگر دست خود را روي يك اجاق ماكروويو كم مصرف قرار دهيد مطمئناً شما را نمی کشد ولي براي شما ضررخواهد داشت.

مايكروويو باند باريك

عبارت مايكروويو باند باريك، به معناي استفاده از باند فركانس راديويي مايكروويو در يك عرض باند نسبتاً باريك ( براي ارسال سيگنال) مي‌باشد. تا همين اواخر، همه محصولات lan مايكروويو باند باريك، از باند مايكروويو داراي مجوز استفاده مي‌كردند، اما اخيراًَ حداقل يكي از شركتهاي سازنده يك محصول lan را كه از باند ism استفاده مي‌نمايد، عرضه نموده است.

حتماً شما ديش‌هاي ماهواره را در بالاي ساختمانها در سايت‌هاي بزرگ ديده‌ايد. اين ديشها اغلب براي برقراري ارتباطات مايكروويو مورد استفاده قرار مي‌گيرند. ارتباطات مايكروويو از امواج متمركز و بسيار پرقدرتي براي ارسال سيگنالهاي اطلاعات به مسافتهاي خيلي دور بهره‌گيري مي‌نمايند.

مخابرات مايكروويو از بخش پايين‌تر فركانسهاي گيگاهرتزي طيف الكترومغناطيسي استفاده مي‌كند، اين فركانسها كه بالاتر از فركانسهاي راديويي هستند، عملكرد و خروجي بهتري را نسبت به ساير انواع ارتباطات بي‌سيم ارائه مي‌دهند. دو نوع سيستم ارتباطات مايكروويو داده‌اي وجود دارند: سيستم‌هاي مايكروويو زميني و سيستم‌هاي ماهواره‌اي.

جهت خرید و فروش و انجام پشتیبانی کلیه خدمات مربوط به رادیو مایکروویو کلیک کنید.

مقالات مرتبط با مخابرات مایکروویو