العربية العربية 
تصفح الكمية:480 الكاتب:محرر الموقع نشر الوقت: 2025-04-27 المنشأ:محرر الموقع
في عالم الاتصالات عبر الأقمار الصناعية وأنظمة الترددات الراديوية ، فإن نسبة اكتساب درجة حرارة الضوضاء ، التي يتم اختصارها عادةً باسم G/T ، هي معلمة حرجة تحدد جودة وأداء نظام الاستلام. يعد فهم كيفية حساب G/T أمرًا ضروريًا للمهندسين والفنيين الذين يهدفون إلى تحسين أداء النظام ، خاصة عند السعي لمعدل G/T مرتفع . تتحول هذه المقالة إلى المفاهيم الأساسية لـ G/T ، وطرق الحساب ، وأهميتها في أنظمة الاتصالات الحديثة.
لفهم حسابات G/T ، من الضروري أولاً فهم المكونات التي تشكل: كسب الهوائي (G) ودرجة حرارة ضوضاء النظام (T). كسب الهوائي هو مقياس لمدى توجيه الهوائي أو يركز طاقة تردد الراديو في اتجاه معين. يتم التعبير عنه عادة في ديسيبل بالنسبة إلى المبرد المتناحي (DBI). من ناحية أخرى ، تحدد درجة حرارة ضوضاء النظام إجمالي طاقة الضوضاء داخل النظام ، والتي تنشأ من مصادر مختلفة مثل الضوضاء الحرارية والضوضاء في الغلاف الجوي وضوضاء المتلقي.
يمثل كسب الهوائي قدرة هوائي على تركيز الطاقة في اتجاه معين مقارنة بهوائي مرجعي. إنه عامل حاسم في تحديد قدرات الإرسال والاستقبال الفعالة للهوائي. تشير قيم الكسب الأعلى إلى شعاع أكثر تركيزًا ، مما يعزز قوة الإشارة المستلمة من مصدر بعيد.
تشمل درجة حرارة ضوضاء النظام جميع مساهمات الضوضاء داخل نظام الاستقبال. يتم التعبير عنه في كيلفن (ك) ويتضمن ضوضاء من الهوائي والسماء والانعكاسات الأرضية والمكونات الداخلية للمستقبل. يعد تقليل درجة حرارة ضوضاء النظام أمرًا حيويًا لتحسين الحساسية والأداء العام لنظام الاستلام.
تعمل نسبة G/T كشكل من الجدارة لنظام الاستقبال ، حيث يجمع بين تأثيرات كسب الهوائي ودرجة حرارة ضوضاء النظام في معلمة واحدة. تشير نسبة G/T أعلى إلى قدرة على تلقي إشارات ضعيفة وسط ضوضاء ، وهو أمر بالغ الأهمية للتطبيقات مثل التواصل عبر الأقمار الصناعية ، والقياس عن بُعد في الفضاء العميق ، وعلم الفلك الراديوي.
يتضمن حساب G/T تقييم كل من كسب الهوائي ودرجة حرارة ضوضاء النظام ، تليها دمجها باستخدام العلاقات اللوغاريتمية بسبب الوحدات المعنية. يتم تقديم الصيغة العامة لـ G/T بواسطة:
g/t (db/k) = g (dbi) - 10 × log₁₀ (t_sys)
حيث:
1. ** قياس كسب الهوائي (ز): ** حدد كسب الهوائي من خلال الحسابات النظرية أو القياسات التجريبية. يجب أن تكون هذه القيمة في DBI.
2. ** حدد درجة حرارة ضوضاء النظام (T_SYS): ** احسب درجة حرارة الضوضاء الكلية عن طريق حساب جميع مصادر الضوضاء داخل النظام ، بما في ذلك درجة حرارة ضوضاء الهوائي (T_ANT) ودرجة حرارة ضوضاء المستقبل (T_REC). الصيغة هي:
t_sys = t_ant + t_rec
3. ** تحويل درجة حرارة ضوضاء النظام إلى ديسيبل: ** قم بتطبيق التحويل اللوغاريتمي إلى T_SYS باستخدام الصيغة:
10 × log₁₀ (t_sys)
4. ** حساب G/T نسبة: ** اطرح قيمة ديسيبل لدرجة حرارة ضوضاء النظام من كسب الهوائي:
g/t (db/k) = g (dbi) - 10 × log₁₀ (t_sys)
النظر في هوائي مع ربح 35 ديسيبل ودرجة حرارة ضوضاء النظام 150 ك.
1. كسب الهوائي (ز): 35 ديسيبي
2. درجة حرارة ضوضاء النظام (T_SYS): 150 K
3. تحويل T_SYS إلى ديسيبل:
10 × log₁₀ (150) ≈ 10 × 2.1761 ≈ 21.761 dB
4. حساب G/T:
G/T = 35 DBI - 21.761 DB ≈ 13.239 DB/K
عدة عوامل تؤثر على نسبة G/T للنظام. يمكن أن يؤدي فهم هذه العوامل وتحسينها إلى تحقيق معدل G/T مرتفع.
تصميم الهوائي يؤثر بشكل مباشر على مكاسبه. هوائيات الطبق المكافئ ، على سبيل المثال ، توفر قيم مكاسب عالية مناسبة للاتصالات الأقمار الصناعية. تلعب عوامل مثل قطر الطبق ، ودقة السطح ، وكفاءة التغذية أدوارًا مهمة في تحديد كسب الهوائي.
تتأثر درجة حرارة ضوضاء النظام بـ:
يتضمن تقليل T_REC غالبًا استخدام LNAs عالية الجودة مع أرقام ضوضاء منخفضة.
يمكن أن تزيد الظروف الجوية مثل الرطوبة والغطاء السحابي والمطر من درجة حرارة ضوضاء النظام من خلال إدخال ضوضاء في الغلاف الجوي الإضافية. يمكن اختيار الموقع والتحكم البيئي التخفيف من هذه الآثار.
يعزز نسبة G/T إما زيادة كسب الهوائي أو تقليل درجة حرارة ضوضاء النظام. تشمل الاستراتيجيات:
إن اختيار الهوائيات ذات المكاسب العالية ، مثل الأطباق المكافئة الأكبر أو هوائيات الصفيف ، يمكن أن يحسن بشكل كبير G. ضمان البناء الدقيق والمواءمة يعزز المكاسب الفعالة.
يقلل تنفيذ LNAs مع الحد الأدنى من أرقام الضوضاء T_REC ، وبالتالي خفض درجة حرارة ضوضاء النظام. إن وضع LNA بالقرب من تغذية الهوائي يقلل من الخسائر والضوضاء التي يتم تقديمها بواسطة المكونات الضامة.
باستخدام خطوط التغذية ذات الجودة العالية ، يمنع تدهور الإشارة المستلمة والضوضاء الإضافية. يحافظ هذا النهج على نسبة الإشارة إلى الضوضاء حيث تنتقل الإشارة من الهوائي إلى المتلقي.
إن تثبيت النظام في البيئات مع الحد الأدنى من تداخل التردد الراديوي (RFI) والتداخل الكهرومغناطيسي (EMI) يقلل من مصادر الضوضاء الخارجية. يمكن أيضًا استخدام تقنيات التدريع والتصفية للتخفيف من الإشارات غير المرغوب فيها.
تعد الأنظمة ذات نسبة G/T عالية ضرورية في التطبيقات المختلفة حيث يكون تلقي إشارات ضعيفة أمرًا بالغ الأهمية.
في التواصل عبر الأقمار الصناعية ، وخاصة في مهام الفضاء العميق ، تكون الإشارات المستلمة ضعيفة للغاية بسبب المسافات الشاسعة. تمكن نسبة G/T عالية المحطات الأرضية من تلقي هذه الإشارات بشكل موثوق. توظف وكالات مثل ناسا هوائيات صحن كبيرة مع طراز LNAs على أحدث طراز لتحقيق قيم G/T اللازمة.
يعتمد علماء الفلك الراديويين على أنظمة G/T عالية للكشف عن انبعاثات الراديو السماوية الخافتة. يتيح تحسين نسبة G/T مراقبة المجرات البعيدة ، النجوم النابضة ، وغيرها من الظواهر الفلكية التي تنبعث من موجات الراديو ذات المستوى المنخفض.
يتم استخدام أنظمة استلام G/T عالية في تطبيقات الاستشعار عن بُعد لتلقي البيانات من الأقمار الصناعية التي تراقب بيئة الأرض وأنماط الطقس وتغيرات المناخ. تعزيز نسب G/T تحسين جودة البيانات وموثوقيتها.
في حين أن الهدف من نسبة G/T عالية أمر مرغوب فيه ، فقد تنشأ العديد من التحديات:
قد لا يكون زيادة حجم الهوائي لتعزيز المكاسب دائمًا ممكنة بسبب قيود المساحة المادية والتحديات الهيكلية والتكاليف. بالإضافة إلى ذلك ، قد تتطلب الهوائيات الكبيرة أنظمة التثبيت والتتبع أكثر قوة.
التقدم في تكنولوجيا LNA ضرورية لتقليل درجة حرارة ضوضاء النظام. ومع ذلك ، هناك حدود عملية لمدى انخفاض رقم الضوضاء ، وقد تكون LNAs المتطورة مكلفة أو يصعب دمجها.
مصادر الضوضاء الخارجية مثل التداخل الأرضي ، والضوضاء الجوية ، والإشعاع الخلفية الكونية يمكن أن ترفع درجة حرارة ضوضاء النظام. تتطلب تخفيف هذه الاختيار الدقيق لموقع وآليات تصفية إضافية.
إلى جانب التحسينات الأساسية ، يمكن أن تعزز الطرق المتقدمة نسبة G/T.
تبريد مكونات المتلقي إلى درجات الحرارة المبردة يقلل بشكل كبير من الضوضاء الحرارية ، وبالتالي تقليل T_REC. تُستخدم هذه التقنية بشكل شائع في علم الفلك اللاسلكي وأنظمة الاتصالات العميقة.
يمكن أن يؤدي استخدام الخوارزميات التكيفية وتقنيات معالجة الإشارات الرقمية إلى تعزيز نسبة الإشارة إلى الضوضاء بعد الاستقبال. تساعد التقنيات مثل التكوين الشعاعي وإلغاء الضوضاء في تحسين نسبة G/T الفعالة.
يتيح استخدام هوائيات صفيف مرحل للتوجيه الإلكتروني للحزمة ويعزز الكسب دون تحريك هياكل الهوائي جسديًا. الجمع بين الإشارات من هوائيات متعددة يحسن بشكل متماسك نسبة G/T الكلية.
يعد القياس الدقيق لنسبة G/T ضروريًا للتحقق من النظام وتقييم الأداء.
تتضمن طريقة Y-Factor قياس استجابة النظام لمصدر ضوضاء معروف ، مثل الحمل الساخن أو الصمام الثنائي للضوضاء المعايرة. من خلال مقارنة طاقة ضوضاء الخرج مع أو بدون مصدر الضوضاء ، يمكن حساب درجة حرارة ضوضاء النظام.
يوفر الإشارة إلى الهوائي في السماء الباردة ثم عند الحمل الساخن (مثل الأرض أو الامتصاص في درجة الحرارة المحيطة) مراجعين معروفين في درجة الحرارة. يساعد الفرق في طاقة الضوضاء المقاسة في تحديد درجة حرارة ضوضاء النظام.
يعد فهم وحساب نسبة G/T أمرًا بالغ الأهمية لتحسين أداء أنظمة الاستلام في الاتصالات عبر الأقمار الصناعية ، وعلم الفلك اللاسلكي ، والتطبيقات الأخرى التي تتطلب استقبال الإشارات الضعيفة. عن طريق قياس كسب الهوائي بجد ودرجة حرارة ضوضاء النظام ، وتنفيذ استراتيجيات لتعزيز الربح مع تقليل الضوضاء ، يمكن للمهندسين تحقيق معدل G/T مرتفع . هذا لا يحسن استقبال الإشارة فحسب ، بل يمتد أيضًا قدرات أنظمة الاتصالات إلى الحدود الجديدة.
ستمكّن التطورات المستمرة في التكنولوجيا والأساليب المبتكرة أنظمة عالية الأداء ، مما يجعل من الضروري للمهنيين في هذا المجال أن يظلوا على اطلاع بأحدث التطورات وأفضل الممارسات في تحسين G/T.
