تُحدَّد مسافة الاتصال التي يُمكن لنظام الاتصالات اللاسلكية تحقيقها بعوامل مُختلفة، مثل الأجهزة المُكوِّنة للنظام وبيئة الاتصال. يُمكن التعبير عن العلاقة بينهما بمعادلة مسافة الاتصال التالية.
إذا كانت قدرة إرسال جهاز الإرسال في نظام الاتصالات PT، وكسب هوائي الإرسال GT، وطول موجة التشغيل λ. وكانت حساسية جهاز الاستقبال PR، وكسب هوائي الاستقبال GR، والمسافة بين هوائيي الاستقبال والإرسال R، ضمن مسافة الرؤية وفي بيئة خالية من التداخل الكهرومغناطيسي، فإن العلاقة التالية موجودة:
PT(dBm)-PR(dBm)+GT(dBi)+GR(dBi)=20log4pr(m)/l(m)+Lc(dB)+ L0(dB) في الصيغة، Lc هي خسارة إدخال المغذي لهوائي إرسال المحطة الأساسية؛ L0 هي خسارة الموجة الراديوية أثناء الانتشار.
عند تصميم النظام، يجب ترك هامش كافٍ للعنصر الأخير، وهو خسارة انتشار الموجة الراديوية L0.
وبشكل عام، يلزم وجود هامش يتراوح بين 10 إلى 15 ديسيبل عند المرور عبر الغابات والمباني المدنية؛ ويلزم وجود هامش يتراوح بين 30 إلى 35 ديسيبل عند المرور عبر المباني الخرسانية المسلحة.
بالنسبة لنطاقات ترددات 800 ميجاهرتز و900 زيمبابوي (CDMA) وGSM، يُعتقد عمومًا أن عتبة استقبال الهواتف المحمولة تبلغ حوالي -104 ديسيبل ميلي واط، ويجب أن تكون الإشارة المستقبلة الفعلية أعلى بـ 10 ديسيبل على الأقل لضمان نسبة الإشارة إلى الضوضاء المطلوبة. في الواقع، للحفاظ على اتصال جيد، غالبًا ما تُحسب الطاقة المستقبلة عند -70 ديسيبل ميلي واط. بافتراض أن محطة القاعدة لها المعلمات التالية:
قوة الإرسال هي PT = 20W = 43dBm؛ قوة الاستقبال هي PR = -70dBm؛
خسارة المغذي هي 2.4 ديسيبل (مغذي 60 مترًا تقريبًا)
كسب هوائي الاستقبال للهاتف المحمول GR = 1.5dBi؛
طول الموجة العاملة λ = 33.333 سم (ما يعادل التردد f0 = 900 ميجا هرتز)؛
معادلة الاتصال أعلاه ستصبح:
43dBm-(-70dBm)+ GT(dBi)+1.5dBi=32dB+ 20logr(m) dB +2.4dB + خسارة الانتشار L0
114.5 ديسيبل + GT(dBi) -34.4 ديسيبل = 20logr(m)+ خسارة الانتشار L0
80.1 ديسيبل + GT(dBi) = 20logr(m)+ خسارة الانتشار L0
عندما تكون القيمة على الجانب الأيسر من الصيغة أعلاه أكبر من القيمة على الجانب الأيمن، فإن ذلك يكون:
GT(dBi) > 20logr(m)-80.1dB+خسارة الانتشار L0. عند ثبات هذه المتباينة، يُمكن اعتبار أن النظام قادر على الحفاظ على اتصال جيد.
إذا استخدمت المحطة الأساسية هوائي إرسال متعدد الاتجاهات بمكسب GT = 11dBi وكانت المسافة بين هوائي الإرسال والاستقبال R = 1000 متر، تصبح معادلة الاتصال كذلك 11dB>60-80.1dB + خسارة الانتشار L0، أي عندما تكون خسارة الانتشار L0 <31.1dB، يمكن الحفاظ على اتصال جيد ضمن مسافة 1 كم.
في ظل نفس ظروف فقدان الانتشار 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 قيم أخرى بنفس الطريقة. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن هوائي المحطة الأساسية ذو كسب GT قدره 17 ديسيبل لا يمكنه تغطية شعاع مروحي إلا بعرض شعاع 30 درجة أو 65 درجة أو 90 درجة، وهكذا، ولا يمكنه الحفاظ على تغطية شاملة الاتجاهات.
بالإضافة إلى ذلك، إذا ظل كسب هوائي الإرسال GT=11dBi ثابتًا في الحساب أعلاه، ولكن تغيرت بيئة الانتشار، فإن خسارة الانتشار L0=31.1dB-20dB=11.1dB، فإن خسارة الانتشار المنخفضة البالغة 20dB ستزيد مسافة الاتصال عشرة أضعاف، أي r=10 كيلومترات. يرتبط حد خسارة الانتشار بالبيئة الكهرومغناطيسية المحيطة. في المناطق الحضرية، توجد العديد من المباني الشاهقة، ويكون فقدان الانتشار كبيرًا. في المناطق الريفية الضواحي، تكون المنازل الريفية منخفضة ومتناثرة، ويكون فقدان الانتشار صغيرًا. لذلك، حتى مع تطابق إعدادات نظام الاتصالات تمامًا، سيختلف نطاق التغطية الفعال بسبب اختلاف بيئة الاستخدام.
لذلك، عند اختيار الهوائيات متعددة الاتجاهات والهوائيات الاتجاهية وأشكال الهوائيات ذات الكسب العالي أو المنخفض، من الضروري النظر في استخدام هوائيات محطة أساسية من أنواع ومواصفات مختلفة وفقًا للظروف المحددة لشبكة الاتصالات المتنقلة وبيئة التطبيق.
لمعرفة المزيد عن الهوائيات، يرجى زيارة:
وقت النشر: ٢٥ يوليو ٢٠٢٥
