تتحدد مسافة الاتصال التي يمكن لنظام الاتصالات اللاسلكية تحقيقها بعوامل مختلفة، مثل الأجهزة المختلفة التي يتكون منها النظام وبيئة الاتصال. ويمكن التعبير عن العلاقة بين هذه العوامل بالمعادلة التالية لمسافة الاتصال.
إذا كانت قدرة الإرسال لجهاز الإرسال في نظام الاتصالات هي PT، وكسب هوائي الإرسال هو GT، وطول الموجة التشغيلية هو λ، وحساسية جهاز الاستقبال هي PR، وكسب هوائي الاستقبال هو GR، والمسافة بين هوائي الاستقبال وهوائي الإرسال هي R، ضمن نطاق الرؤية وفي بيئة خالية من التداخل الكهرومغناطيسي، فإن العلاقة التالية قائمة:
PT(dBm)-PR(dBm)+GT(dBi)+GR(dBi)=20log4pr(m)/l(m)+Lc(dB)+ L0(dB) في الصيغة، Lc هو فقد الإدخال في المغذي لهوائي الإرسال في المحطة الأساسية؛ L0 هو فقد الموجة الراديوية أثناء الانتشار.
عند تصميم النظام، يجب ترك هامش كافٍ للعنصر الأخير، وهو فقدان انتشار الموجات الراديوية L0.
بشكل عام، يلزم هامش يتراوح من 10 إلى 15 ديسيبل عند المرور عبر الغابات والمباني المدنية؛ ويلزم هامش يتراوح من 30 إلى 35 ديسيبل عند المرور عبر المباني الخرسانية المسلحة.
بالنسبة لنطاقات التردد 800 ميجاهرتز و900 ميجاهرتز لشبكات CDMA وGSM، يُعتقد عمومًا أن مستوى عتبة استقبال الهواتف المحمولة يبلغ حوالي -104 ديسيبل ميلي واط، ويجب أن تكون الإشارة المستقبلة الفعلية أعلى بمقدار 10 ديسيبل على الأقل لضمان نسبة الإشارة إلى الضوضاء المطلوبة. في الواقع، وللحفاظ على اتصال جيد، غالبًا ما تُحسب القدرة المستقبلة على أنها -70 ديسيبل ميلي واط. افترض أن محطة القاعدة لها المعايير التالية:
قدرة الإرسال هي PT = 20W = 43dBm؛ قدرة الاستقبال هي PR = -70dBm؛
يبلغ فقد الطاقة في خط التغذية 2.4 ديسيبل (خط تغذية بطول 60 مترًا تقريبًا).
كسب هوائي استقبال الهاتف المحمول GR = 1.5 ديسيبل؛
طول الموجة العاملة λ = 33.333 سم (ما يعادل التردد f0 = 900 ميجاهرتز)؛
ستصبح معادلة الاتصال المذكورة أعلاه كما يلي:
43 ديسيبل ميلي واط - (-70 ديسيبل ميلي واط) + GT(ديسيبل) + 1.5 ديسيبل = 32 ديسيبل + 20 لوغاريتم (م) ديسيبل + 2.4 ديسيبل + فقد الانتشار L0
114.5 ديسيبل + GT(dBi) - 34.4 ديسيبل = 20logr(m) + فقد الانتشار L0
80.1 ديسيبل + GT(dBi) = 20logr(m) + فقد الانتشار L0
عندما تكون القيمة الموجودة على الجانب الأيسر من الصيغة أعلاه أكبر من القيمة الموجودة على الجانب الأيمن، أي:
GT(dBi) > 20logr(m)-80.1dB+فقد الانتشار L0. عندما تتحقق المتباينة، يمكن اعتبار أن النظام قادر على الحفاظ على اتصال جيد.
إذا كانت المحطة الأساسية تستخدم هوائي إرسال متعدد الاتجاهات بكسب GT=11dBi والمسافة بين هوائي الإرسال والاستقبال R=1000m، فإن معادلة الاتصال تصبح 11dB>60-80.1dB+فقد الانتشار L0، أي عندما يكون فقد الانتشار L0<31.1dB، يمكن الحفاظ على اتصال جيد ضمن مسافة 1 كم.
في ظل ظروف فقد الانتشار نفسها المذكورة أعلاه، إذا كان كسب هوائي الإرسال GT = 17 ديسيبل، أي بزيادة قدرها 6 ديسيبل، يمكن مضاعفة مسافة الاتصال، أي r = 2 كيلومتر. ويمكن استنتاج النتائج الأخرى بالطريقة نفسها. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن هوائي المحطة الأساسية ذو الكسب GT البالغ 17 ديسيبل لا يمكنه توفير سوى تغطية شعاعية على شكل مروحة بعرض شعاع 30° أو 65° أو 90°، وما إلى ذلك، ولا يمكنه الحفاظ على تغطية شاملة الاتجاهات.
بالإضافة إلى ذلك، إذا بقي كسب هوائي الإرسال GT=11dBi ثابتًا في الحساب السابق، ولكن تغيرت بيئة الانتشار، فإن فقد الانتشار L0=31.1dB-20dB=11.1dB، وبالتالي فإن انخفاض فقد الانتشار بمقدار 20dB سيزيد مسافة الاتصال عشرة أضعاف، أي r=10 كيلومترات. يرتبط فقد الانتشار بالبيئة الكهرومغناطيسية المحيطة. ففي المناطق الحضرية، تكثر المباني الشاهقة ويكون فقد الانتشار كبيرًا. أما في المناطق الريفية شبه الحضرية، فتكون المزارع منخفضة ومتباعدة، ويكون فقد الانتشار صغيرًا. لذلك، حتى لو كانت إعدادات نظام الاتصالات متطابقة تمامًا، فإن نطاق التغطية الفعال سيختلف بسبب اختلاف بيئة الاستخدام.
لذلك، عند اختيار الهوائيات متعددة الاتجاهات، والهوائيات الموجهة، وأشكال الهوائيات عالية الكسب أو منخفضة الكسب، من الضروري مراعاة استخدام هوائيات محطة القاعدة من أنواع ومواصفات مختلفة وفقًا للظروف المحددة لشبكة الاتصالات المتنقلة وبيئة التطبيق.
لمعرفة المزيد عن الهوائيات، يرجى زيارة:
تاريخ النشر: 25 يوليو 2025
