مدونة

أساسيات الكابلات المسربة: آلية الإشعاع والتكامل مع النظام السلبي الموزع للهوائيات

وضع الإشعاع مقابل وضع الاقتران لتوزيع إشارة داخلي موحد

توفر الكابلات المسربة تغطية داخلية موثوقة باستخدام طريقتين رئيسيتين للتشغيل: الوضع الإشعاعي ووضع الاقتران. عند العمل في الوضع الإشعاعي، تحتوي هذه الكابلات على فتحات مصممة خصيصًا تُقطع في طبقتها الخارجية لتطلق إشارات التردد اللاسلكي على طول كامل الكابل. يعمل هذا بشكل جيد في الأماكن الطويلة المستقيمة مثل الممرات، والأنفاق تحت الأرض، وسلالم المباني. أما الوضع الآخر، المعروف بوضع الاقتران، فيعمل بشكل مختلف. بدلاً من إصدار الإشارات مباشرة، فإنه يستخدم المجالات الكهرومغناطيسية للتفاعل مع الهوائيات القريبة أو الأسطح المعدنية، مما يسمح للإشارات بالوصول إلى أماكن يصعب الوصول إليها بخلاف ذلك دون إذاعة فعلية من الكابل نفسه. يفسر هذا الجمع بين النهجين سبب تشكل الكابلات المسربة جزءًا مهمًا جدًا من العديد من أنظمة الهوائيات الموزعة المثبتة في المباني المعقدة. فعلى سبيل المثال، غالبًا ما تقوم الملاعب الرياضية بتثبيت كابلات إشعاعية حول حواف مناطق الجلوس الخاصة بالمتفرجين، ثم توسعها بأقسام تعمل بنظام الاقتران للوصول إلى الصناديق الفاخرة ومطاعم الطعام حيث تترك تركيبات الهوائيات القياسية فجوات كبيرة في الخدمة. تُظهر الاختبارات التي أجريت في ظروف حقيقية أن دمج هذه التقنيات يمكن أن يعزز اتساق قوة الإشارة بنسبة تصل إلى حوالي 40 بالمئة في المباني المصنوعة من مواد متعددة تحجب الإشارات.

فيزياء التسرب المُتحكم فيه: هندسة الفتحة، وتصميم التمويج، وضبط خسائر الاقتران

التحكم في تسرب الترددات الراديوية ليس شيئًا يحدث بالصدفة، بل يعتمد على عمل دقيق في الهندسة الكهرومغناطيسية. هناك ثلاثة عوامل أساسية تتضافر معًا لتؤثر على أداء هذه الأنظمة: شكل الفتحات، وطريقة تمويج الموصل الداخلي، والوصول إلى مطابقة المعاوقة المناسبة. يمكن أن تكون أشكال الفتحات إما بيضاوية أو مستطيلة، وتُفصل بمسافات تتراوح عادةً بين ربع إلى نصف طول موجي، وتوضع باتجاهات محددة تُحدد أمورًا مثل أنماط الإشعاع، والتواتر المستهدف، ومدى انتشار الإشارات. وعندما يكون للموصلات الداخلية هذه التموجات، فإنها تساعد على منع الأنماط العليا غير المرغوب فيها، وتقلل من مشكلة القفزات المزعجة في المعاوقة. وهذا يقلل من فقدان الإشارة بنحو 15 إلى 20 ديسيبل لكل 100 متر مقارنة بالإصدارات العادية ذات الموصلات الناعمة، وفقًا لنظرية الموجهات المدعومة من منظمات قياسية مثل IEEE وIEC. ويعتمد مقدار فقد الترابط، الذي يقيس بشكل أساسي كمية الإشارة المنقولة من الكابل إلى المناطق المحيطة، بشكل كبير أيضًا على كثافة الفتحات. فإذا كانت هناك فتحات أقل لكل متر (مثلاً من 2 إلى 4)، فإن الإشارات تخترق بشكل أفضل المواد الصعبة مثل جدران الخرسانة المسلحة. أما وجود فتحات أكثر (حوالي 6 إلى 8 لكل متر) فيوفر تغطية أفضل للمساحات المفتوحة الواسعة. خذ تصاميم التموج الحلزوني كمثال — فهي تسمح للإشارات بالعمل عبر نطاق واسع يتراوح من 698 ميغاهرتز حتى 3.8 غيغاهرتز، مع الحفاظ على كفاءة الإشعاع فوق 85% طوال هذا الطيف الكامل.

أداء متعدد النطاقات: يدعم خدمات الهاتف الخلوي، وشبكة الواي فاي، والبث في آنٍ واحد

تصاميم الكابلات المسربة المرنة من حيث التردد وتغطي نطاقًا من 700 ميجاهرتز إلى 3.8 جيجاهرتز

كابلات التسريب اليوم لم تعد مجرد مسألة نطاق ترددي واسع فحسب؛ بل تم تصميمها لتحقيق دمج حقيقي للخدمات المتعددة، حيث يمكن للاشارات المختلفة أن تعمل معًا دون التسبب في مشاكل. يحدث هذا السحر بفضل أشكال الفتحات المصممة بعناية وأنماط التمويج البارزة على سطح الكابل. وتتيح هذه التصاميم نقل كل شيء بدءًا من إشارات 700 ميغاهرتز المستخدمة من قبل FirstNet والبث التلفزيوني الرقمي، مرورًا بشبكات الجيل الخامس دون 6 جيجاهرتز، وحتى الترددات التي تصل إلى 3.8 جيجاهرتز. ويغطي ذلك تقريبًا جميع الحزم المهمة الموجودة حاليًا، بما في ذلك شبكات الهواتف المحمولة، واتصالات السلامة العامة، وواي فاي 6/6E عند 5 جيجاهرتز، بالإضافة إلى قنوات البث التقليدية أيضًا. وعندما يختار المهندسون بين الفتحات المستقيمة التي تمتد على طول الكابل أو تلك ذات الشكل الحلزوني الملفوف حوله، فإنهم في الواقع يضبطون كمية الإشارة المتسربة. ويساعد ذلك في الحفاظ على مستويات الإشعاع ضمن فرق حوالي 1.5 ديسيبل عبر جميع هذه الترددات المختلفة. ويمثل هذا النطاق الضيق فرقًا كبيرًا في الأماكن المزدحمة بالإشارات اللاسلكية مثل محطات القطارات المزدحمة أو المجمعات السكنية العالية، حيث ستحتاج الهوائيات العادية إلى مرشحات معقدة وتقنيات فصل لتتمكن من العمل بشكل صحيح.

التحقق من التعايش في العالم الواقعي: LTE-A، 5G NR، Wi-Fi 6، وDVB-T في المباني متعددة الاستخدامات

إن الاختبارات في البيئات الفعلية تؤكد ما تشير إليه النظرية. فقد شهدت المباني ذات الهيكل الصلب المستخدمة في المتاجر والمساحات التجارية تسرب الإشارات عبر الكابلات التي تتعامل مع إشارات متعددة في آن واحد، بما في ذلك تقنية LTE-A عند تردد 2.1 جيجاهرتز، وتقنية 5G NR عند 3.5 جيجاهرتز، وواي فاي 6 العاملة حول تردد 5 جيجاهرتز، بالإضافة إلى إشارات DVB-T عند 700 ميغاهرتز. وقد حافظ النظام على اتصالات مستقرة عبر جميع هذه الترددات مع انخفاض في الإشارة لا يتجاوز 1.3٪ بشكل عام. وما يجعل هذا النظام فعالًا للغاية هو قدرته على تسريب الإشارات بشكل انتقائي بناءً على أنماط موجية مضبوطة، بدلًا من بث جميع الإشارات بالتساوي، مما يمنع حدوث تداخل بين الخدمات المختلفة. حتى في أوقات ازدحام شبكات الهاتف المحمول، خسرت اتصالات الواي فاي أقل من عشرة أجزاء من المائة في المئة من الحزم البيانات. واستمر تشغيل مقاطع الفيديو الإذاعية بسلاسة بينما كان الأشخاص يُجريون مكالمات صوتية عبر تقنية LTE في الجوار. عادةً تتطلب الأنظمة التقليدية هوائيات منفصلة وكابلات ومرشحات ومشجّعات طاقة لكل نوع من الخدمات، لكن هذا الحل الموحّد يقلل من الحاجة إلى المعدات بنسبة تقارب 40٪ ويوفّر المال أثناء التركيب. كما يصبح الصيانة أسهل، ولا يتطلب إدخال إمكانيات جديدة لاحقًا هدم البنية بالكامل.

إزالة المنطقة الميتة: موثوقية الاختراق والتغطية في البيئات الداخلية الصعبة

مرونة الإشارة من خلال الخرسانة المسلحة، والفولاذ الهيكلي، والزجاج منخفض الانبعاث

تعتبر المواد الإنشائية الحديثة مثل الخرسانة المسلحة، والأطر الفولاذية الهيكلية، والزجاج منخفض الانبعاث (Low-e) جيدة جدًا في منع إشارات الترددات الراديوية، وغالبًا ما تؤدي إلى خسائر تتراوح بين 20 إلى 40 ديسيبل. نحن نشهد هذه العوائق الإشارية باستمرار في أماكن مثل المصاعد، والمناطق تحت الأرض، وغرف التصوير الطبي، والمباني المكتبية الفائقة الكفاءة ذات الواجهات الأنيقة. تعالج الكابلات المسربة هذه المشكلة بطريقة مختلفة عن مجرد رفع مستويات القدرة؛ بل تقوم بنقل نقطة الإشعاع مباشرة إلى داخل المناطق التي تحتوي على العوائق. والطريقة التي تعمل بها هذه الكابلات ذكية فعلاً، إذ تُدير انبعاثاتها الخطية للالتفاف حول الأسطح العاكسة والاتصال الجيد بالمناطق القريبة. وبما أن الإشارة تنتشر على طول الكابل بالكامل، فإنها تبقى قوية ومستقرة عبر المساحات المختلفة، حتى عند المرور عبر الجدران السميكة. وقد أظهرت الاختبارات الميدانية أن الكابلات النحاسية المسربة تحافظ على خسارة أقل من 3 ديسيبل عند المرور عبر جدران خرسانية بسمك 40 سم، وهو ما يفوق أداء الهوائيات التقليدية المثبتة في الأسقف بمقدار 15 ديسيبل تقريبًا في ظروف مماثلة.

دراسة حالة: تحقيق تغطية موحدة بنسبة 99.2٪ عبر مستشفى مكون من 12 طابقًا باستخدام كابل ناقس ثنائي النطاق

قام مستشفى حضري مكوّن من 12 طابقًا مؤخرًا بتركيب أنظمة كابلات مسربة ثنائية النطاق لحل مشكلات اتصال خطيرة في مناطق حرجة مثل غرف التصوير بالرنين المغناطيسي، ومرائب السيارات تحت الأرض، ومعامل الحماية من الإشعاع. وقد تعامل التركيب مع إشارات شبكة الطوارئ (FirstNet) عند تردد 700 ميغاهرتز وإشارات شبكة الجيل الخامس الجديدة (5G NR) عند تردد 2.5 جيجاهرتز من خلال نظام واحد يستخدم كابلًا نحاسيًا مركزيًا. وبعد الانتهاء من التركيب، أظهرت الاختبارات أن 99.2٪ من المبنى أصبح يتمتع بتغطية مستقرة. وكانت قراءات شدة الإشارة أعلى من -95 ديسيبل مللي واط عبر جميع الأدوار والأقسام، بل وصلت إلى أماكن لم يكن بها استقبال من قبل على الإطلاق. وعندما اختبرت فرق الطوارئ النظام أثناء تدريبات فعلية، وجدوا أن أجهزة الراديو الخاصة بهم تعمل بشكل ممتاز، باستثناء مشكلات طفيفة حدثت فقط أثناء الانتقال بين مقاطع الكابل المختلفة. وما يميز هذا الحل هو الأداء العالي مقارنة بالأساليب التقليدية. إذ إن التخطيط الدقيق بناءً على هيكل المبنى وفهم سلوك الترددات يمكن المستشفيات من تحقيق معايير اتصال موثوقة لا يمكن لأنظمة الهوائيات الموزعة السلبية أو النشطة القديمة أن تصل إليها.

الأسئلة الشائعة

كيف تعمل الكابلات المتسربة؟

تعمل الكابلات المتسربة باستخدام نمطي الإشعاع والاقتران. يُصدر الوضع الإشعاعي الإشارات مباشرة من خلال فتحات في الكابل، في حين يستخدم وضع الاقتران المجالات الكهرومغناطيسية لنقل الإشارات دون انبعاثات مباشرة.

ما الفائدة من الكابلات المتسربة في المباني المعقدة؟

يمكن للكابلات المتسربة تعزيز قوة الإشارة واستقرارها، خاصة في المباني المصنوعة من مواد تمنع الإشارات عادةً، مما يزيد الموثوقية بنسبة تقارب 40%.

ما المواد والخصائص في تصميم الكابلات المتسربة التي تساعد على تقليل فقد الإشارة؟

شكل الفتحات، وتصميم التمويج في الموصل الداخلي، وكثافة الفتحات هي عوامل حاسمة. تساعد هذه العوامل في إدارة أنماط الإشعاع، واختيار الترددات، والحد من فقد الإشارة.

كيف تدعم الكابلات المتسربة خدمات متعددة مثل الهواتف الخلوية وشبكات الواي فاي؟

تستخدم الكابلات المتسربة تصاميم مرنة من حيث التردد تستوعب نطاقًا من الترددات (من 700 ميغاهرتز إلى 3.8 جيغاهرتز)، مما يدعم خدمات متنوعة في آنٍ واحد دون حدوث تداخل.

هل يمكن أن تساعد الكابلات المسربة في تحسين التغطية في المناطق التي تواجه تحديات هيكلية؟

نعم، من خلال وضع نقاط الإشعاع داخل العوائق، تضمن الكابلات المسربة توزيع إشارة قوي حتى من خلال حواجز المواد مثل الخرسانة والصلب.