العربية العربية 
تصفح الكمية:388 الكاتب:محرر الموقع نشر الوقت: 2025-01-15 المنشأ:محرر الموقع
أدى ظهور تقنية 5G إلى ثورة كبيرة في مجال التواصل اللاسلكي. أساسي في الأداء الفعال لشبكات 5G هي الهوائيات المستخدمة. تلعب هوائيات 5G دورًا حاسمًا في تمكين الاتصال العالي السرعة والمنخفضة والكلية والاتصال الموثوق الذي يعده 5G. وهي مصممة للتعامل مع حركة البيانات المتزايدة ونطاقات التردد المحددة المخصصة لخدمات 5G. يعد فهم أنواع وخصائص الهوائيات 5G ضرورية لأي شخص يشارك في نشر شبكات 5G أو تحسينه أو استخدامه. فتحت تقنية 5G إمكانيات جديدة في مختلف القطاعات مثل الاتصالات السلكية واللاسلكية والسيارات وإنترنت الأشياء (IoT) ، والهوائيات هي العوامل الرئيسية لهذه التطورات.
واحدة من نطاقات التردد الأساسية المستخدمة في 5G هي النطاق الفرعي 6 جيجاهرتز. توفر هذه الفرقة توازنًا جيدًا بين التغطية والقدرة. يجب أن تكون الهوائيات المصممة لفرقة Sub-6 GHz في 5G قادرة على التعامل مع الترددات المنخفضة نسبيًا مقارنة ببعض ترددات الموجة المليمتر الأعلى. غالبًا ما يتم استخدامها في السيناريوهات التي تتطلب تغطية المنطقة الأوسع ، كما هو الحال في المناطق الريفية أو الضواحي. على سبيل المثال ، في بيئة ريفية حيث يتم نشر شبكة 5G لتوفير وصول النطاق العريض إلى مجموعة من السكان المشتتة ، يمكن للهوائيات التي تعمل في نطاق Sub-6 GHz أن تغطي مسافات أكبر بشكل فعال. عادة ما يكون لهذه الهوائيات خصائص تسمح باختراق أفضل من خلال عقبات مثل المباني والأشجار ، وهو أمر بالغ الأهمية لضمان اتصال موثوق به على مساحة واسعة. قد يتضمن تصميم الهوائيات Sub-6 GHz 5G ميزات مثل عناصر متعددة لتعزيز الكسب والاتجاه ، مما يتيح لهم تركيز الإشارة في الاتجاه المطلوب وتحسين الأداء العام للشبكة من حيث قوة الإشارة وجودةها.
نطاق الموجة ملليمتر هو نطاق تردد مهم آخر لـ 5G. تعمل بترددات أعلى بكثير مقارنةً بالنطاق الفرعي 6 جيجاهرتز ، وعادة ما تكون في حدود 24 جيجا هرتز إلى 100 جيجا هرتز. تقدم الهوائيات لفرقة الموجة ملليمتر معدلات بيانات عالية للغاية ولكن لديها نطاق أقصر وأكثر عرضة للإشارة إلى التوهين بسبب العقبات. في البيئات الحضرية حيث توجد كثافة عالية من المستخدمين والحاجة إلى نقل البيانات عالي السرعة للغاية ، كما هو الحال في مراكز المدينة المزدحمة أو الملاعب الكبيرة ، يتم نشر هوائيات 5G الموجة. على سبيل المثال ، في استاد خلال حدث رياضي رئيسي ، يمكن استخدام هوائيات الموجة المليمتر لتوفير اتصال 5G سريعًا لآلاف المتفرجين في وقت واحد ، مما يسمح لهم ببث مقاطع فيديو عالية الدقة ، والانخراط في تفاعلات الوسائط الاجتماعية في الوقت الفعلي ، والوصول إلى تطبيقات أخرى كثيفة البيانات دون أن تتخلف بشكل كبير. ومع ذلك ، فإن المدى القصير من هذه الهوائيات يعني أنه يجب تثبيت عدد كبير منها على مقربة من بعضها البعض لضمان تغطية سلسة. يدمج تصميمهم في كثير من الأحيان تقنيات التكوين المتقدمة لتوجيه الإشارة بدقة نحو المستخدمين المقصودين والتغلب على التحديات التي يطرحها المدى القصير والتعرض للتداخل.
يتم استخدام هوائيات التصحيح بشكل شائع في تطبيقات 5G. إنها عبارة عن هوائيات مسطحة ومتسوعة يمكن دمجها بسهولة في أجهزة مختلفة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والمحطات الأساسية الصغيرة. تم تصميم هوائيات التصحيح لـ 5G للعمل ضمن نطاقات التردد المحددة المخصصة لـ 5G. على سبيل المثال ، في الهاتف الذكي الذي يدعم 5G ، يمكن استخدام هوائي التصحيح لتلقي الإشارات ونقلها في نطاق Sub-6 GHz. ميزة هوائيات التصحيح هي حجمها المدمج وسهولة التصنيع. يمكن تصنيعها باستخدام تقنية لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) ، والتي تسمح بإنتاج كبير فعال من حيث التكلفة. ومع ذلك ، قد لا يكون أدائها من حيث المكاسب والاتجاهية مرتفعة مثل بعض أنواع الهوائيات الأخرى. للتغلب على هذا ، يمكن استخدام هوائيات التصحيح المتعددة في تكوين صفيف ، حيث تعمل معًا لتعزيز قوة الإشارة الكلية واتجاهها. غالبًا ما يظهر هذا في محطات قاعدة 5G حيث يتم استخدام مجموعة من هوائيات التصحيح لتغطية منطقة معينة وتوفير اتصال موثوق به لمستخدمين متعددين داخل تلك المنطقة.
لهائيات Yagi لها تاريخ طويل في التواصل اللاسلكي ووجدت أيضًا تطبيقات في 5G. هذه الهوائيات هي اتجاهية ، مما يعني أنها يمكن أن تركز الإشارة في اتجاه معين. في سيناريوهات 5G حيث تحتاج منطقة معينة أو مجموعة مستخدم معينة إلى استهدافها للاتصال عالي السرعة ، يمكن أن تكون هوائيات Yagi مفيدة. على سبيل المثال ، في حديقة أعمال حيث يوجد العديد من المباني المكتبية ويتم نشر شبكة 5G لتوفير اتصالات عالية السرعة مخصصة لمستأجرين رئيسيين ، يمكن تثبيت هوائيات Yagi على أسطح المنازل من المحطات الأساسية وتوجيهها نحو المباني المستهدفة. يتكون تصميم هوائيات Yagi من عنصر مدفوع وعاكس وواحد أو أكثر. يتيح مزيج هذه العناصر للهوائي أن يكون له مكسب كبير في الاتجاه المطلوب ، مما يتيح له نقل وتلقي الإشارات على مسافات أطول مقارنة ببعض الهوائيات متعددة الاتجاهات. ومع ذلك ، فإن طبيعتها الاتجاهية تعني أيضًا أنها بحاجة إلى محاذاة بعناية لضمان الأداء الأمثل ، ويمكن أن يؤدي أي اختلال إلى انخفاض كبير في قوة الإشارة وجودةها.
تم تصميم الهوائيات متعددة الاتجاهات لإشعاع الإشارة بشكل موحد في جميع الاتجاهات في المستوى الأفقي. في شبكات 5G ، غالبًا ما يتم استخدامها في المواقف التي يلزم وجود مساحة واسعة من التغطية دون الحاجة إلى انتقال عالي الاتجاه. على سبيل المثال ، في حديقة عامة أو مركز تجاري حيث من المحتمل أن يتحرك المستخدمون بحرية ويحتاجون إلى توصيل 5G مستمر بغض النظر عن اتجاههم ، يمكن تثبيت هوائيات متعددة الاتجاهات على منشورات المصباح أو أي هياكل مرتفعة أخرى. توفر هذه الهوائيات قوة إشارة متسقة نسبيًا في جميع الاتجاهات من حولها ، مما يضمن أن المستخدمين داخل دائرة نصف قطرها معينة يمكنهم الوصول إلى شبكة 5G. ومع ذلك ، بالمقارنة مع هوائيات الاتجاه مثل هوائيات Yagi ، فإن هوائيات متعددة الاتجاهات لها ربح أقل ، مما يعني أن قوة الإشارة قد لا تكون قوية على مسافات أطول. للتعويض عن ذلك ، يمكن نشر الهوائيات متعددة الاتجاهات بطريقة موزعة لتغطية مساحة أكبر بفعالية.
الربح والاتجاهية هي جوانب حاسمة لتصميم هوائي 5G. يشير الكسب إلى قدرة الهوائي على تركيز الإشارة في اتجاه معين وزيادة قوة الإشارة في هذا الاتجاه. في شبكات 5G ، حيث يكون الهدف هو توفير اتصال عالي السرعة وموثوق به للمستخدمين ، تعد الهوائيات ذات المكاسب المناسبة ضرورية. على سبيل المثال ، في نشر 5G في الموجة المليمتر في منطقة حضرية مزدحمة ، هناك حاجة للهوائيات ذات المكاسب العالية للتغلب على المدى القصير من إشارات الموجة ملليمتر والتأكد من أن الإشارة تصل إلى المستخدمين المقصودين بقوة كافية. الاتجاهية ، من ناحية أخرى ، تحدد المدى الزاوي الذي يشع الهوائي أو يتلقى الإشارة. الهوائيات الاتجاهية مثل هوائيات Yagi لها عرض شعاع ضيق ، مما يعني أنها يمكن أن تركز الإشارة على وجه التحديد في اتجاه معين. هذا مفيد في السيناريوهات التي يُعرف فيها المستخدمون أو المناطق المستهدفة مقدمًا. ومع ذلك ، فإن الهوائيات متعددة الاتجاهات لها عرض عريض واسع ، مما يوفر التغطية في جميع الاتجاهات أفقياً. يعتمد الاختيار بين المستويات المختلفة من الربح والاتجاهية على المتطلبات المحددة لنشر 5G ، مثل كثافة المستخدمين ، وتغطية المنطقة المراد تغطيتها ، وطبيعة التطبيقات المستخدمة.
Beamforming هي تقنية رئيسية تستخدم في تصميم هوائي 5G. يسمح للهوائي بضبط اتجاه وشكل الحزم المرسلة والمستقبل. في شبكة 5G مع متعددة مستخدمين ، يمكّن Beamforming الهوائي من تركيز الإشارة على وجه التحديد على كل مستخدم فردي ، وبالتالي زيادة قوة الإشارة وتقليل التداخل. على سبيل المثال ، في ملعب مليء بآلاف مستخدمي 5G ، يمكن أن تستخدم هوائيات المحطة الأساسية في شكل شعاع لإنشاء حزم فردية لجهاز كل مستخدم ، مما يضمن أن كل مستخدم يتلقى إشارة قوية وواضحة حتى في بيئة مزدحمة وعرضة للتداخل. يتم تحقيق شكل شعاع من خلال استخدام عناصر هوائي متعددة وخوارزميات معالجة الإشارات المتقدمة. من خلال التحكم في مرحلة وسعة الإشارات المرسلة أو التي يتم استلامها بواسطة كل عنصر ، يمكن للهوائي تشكيل الحزمة في الاتجاه المطلوب. هذا لا يحسن أداء شبكة 5G فقط من حيث معدلات البيانات والموثوقية ولكن أيضًا يتيح الاستخدام الأكثر فعالية للطيف المتاح.
الاستقطاب هو اعتبار مهم آخر في تصميم الهوائي 5G. يمكن استقطاب الهوائيات إما رأسياً أو أفقياً ، أو في بعض الحالات ، في استقطاب دائري. في شبكات 5G ، يعتمد اختيار الاستقطاب على عوامل مختلفة مثل بيئة الانتشار ، ونوع الأجهزة المستخدمة ، وحالة التداخل. على سبيل المثال ، في بيئة حضرية مع العديد من المباني والعقبات ، قد يفضل الاستقطاب الرأسي لأنه قد يوفر أحيانًا تغلغلًا أفضل من خلال الهياكل الرأسية مثل الجدران. من ناحية أخرى ، في بعض السيناريوهات الخارجية حيث يوجد تداخل أقل من الهياكل الرأسية ، قد يوفر الاستقطاب الأفقي أداءً أفضل. غالبًا ما يتم استخدام الاستقطاب الدائري في التطبيقات التي قد يتغير فيها اتجاه الهوائي المستلم ، كما هو الحال في الأجهزة المحمولة التي يتم نقلها وتدويرها باستمرار. باستخدام الاستقطاب الدائري ، يمكن للهوائي الحفاظ على استقبال إشارة ثابت بغض النظر عن اتجاه الجهاز. يعد فهم وتحسين استقطاب هوائيات 5G أمرًا ضروريًا لضمان اتصال موثوق وفعال في سيناريوهات النشر المختلفة.
في عمليات النشر 5G في الهواء الطلق ، يعد وضع الهوائي أمرًا ضروريًا لتحقيق تغطية الشبكة الأمثل والأداء. عادة ما يتم تثبيت الهوائيات على أسطح المنازل أو الأبراج أو أعمدة المرافق. على سبيل المثال ، في وسط المدينة ، قد تحتوي المباني الطويلة على هوائيات 5G مثبتة على أسطحها لتوفير تغطية للمناطق المحيطة بها. يتم اختيار ارتفاع موقع التثبيت للتأكد من أن الهوائيات لها خط صيف واضح للمناطق المستهدفة ويمكنه التغلب على العقبات مثل المباني الأخرى. بالإضافة إلى الارتفاع ، فإن اتجاه الهوائيات مهم أيضًا. يجب أن تكون الهوائيات الاتجاهية محاذاة بعناية للإشارة إلى المناطق التي يتوقع فيها أعلى الطلب على خدمات 5G ، مثل المناطق التجارية المزدحمة أو المناطق السكنية مع وجود كثافة عالية من المستخدمين. يجب أيضًا النظر بعناية في التباعد بين الهوائيات في النشر في الهواء الطلق. في شبكة 5G الموجة المليمتر ، نظرًا للمدى القصير من الهوائيات ، يجب وضعها معًا لضمان تغطية سلسة. هذا يتطلب التخطيط الدقيق لتحقيق التوازن بين الحاجة إلى التغطية بتكلفة وتعقيد تثبيت عدد كبير من الهوائيات.
تقدم عمليات النشر 5G الداخلية مجموعة التحديات الخاصة بها. يجب وضع الهوائيات بطريقة يمكن أن تتغلب على التوهين والتداخل الناجم عن مواد البناء مثل الجدران والأرضيات والسقوف. في المباني المكتبية الكبيرة أو مراكز التسوق ، غالبًا ما تستخدم أنظمة الهوائي الموزعة (DAS). تتكون هذه الأنظمة من هوائيات صغيرة متعددة يتم وضعها بشكل استراتيجي في جميع أنحاء المبنى لتوفير تغطية موحدة. على سبيل المثال ، في مبنى المكاتب ، يمكن تثبيت الهوائيات في سقوف كل طابق لضمان أن الموظفين في جميع الطوابق يمكنهم الوصول إلى شبكة 5G. يجب أيضًا معايرة مستويات الطاقة في الهوائيات الداخلية بعناية لتجنب الإشعاع المفرط مع توفير قوة إشارة كافية. بالإضافة إلى ذلك ، قد يختلف نوع الهوائيات المستخدمة في الداخل عن تلك المستخدمة في الهواء الطلق. على سبيل المثال ، غالبًا ما تكون هوائيات التصحيح أو الهوائيات الصغيرة متعددة الاتجاهات أكثر ملاءمة للتطبيقات الداخلية نظرًا لحجمها المدمج وقدرتها على المزج مع البيئة الداخلية.
أحد التحديات الرئيسية في تنفيذ الهوائي 5G هو التعامل مع التداخل وتوهين الإشارة. في بيئة لاسلكية مزدحمة ، يمكن أن تتأثر إشارات 5G بالتداخل من الأجهزة اللاسلكية الأخرى التي تعمل في نطاقات التردد نفسها أو المجاورة. على سبيل المثال ، في منطقة حضرية مع العديد من شبكات Wi-Fi وأجهزة Bluetooth وأنظمة الاتصالات اللاسلكية الأخرى ، قد تواجه إشارات 5G تداخلًا ، مما يؤدي إلى تدهور في الأداء. يعد توهين الإشارة أيضًا مشكلة مهمة ، خاصة بالنسبة لهوائيات 5G موجة. هذه الهوائيات لها نطاق قصير وتكون عرضة للغاية للتخفيف بسبب العقبات مثل المباني والأشجار وحتى الأمطار. لمعالجة التداخل ، يمكن استخدام تقنيات التصفية المتقدمة لفصل إشارات 5G عن الإشارات المتداخلة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام تنسيق التردد وأساليب الوصول إلى الطيف الديناميكي لضمان عمل الهوائيات 5G في نطاقات التردد الأقل ازدحامًا. للتغلب على توهين الإشارة ، يمكن تنفيذ تقنيات مثل زيادة قوة الإرسال (ضمن الحدود التنظيمية) ، وذلك باستخدام أجهزة التوثيق أو التعزيز ، وتحسين وضع الهوائي وتوجيهه.
تكلفة الهوائيات 5G وقابلية التوسع هي اعتبارات مهمة. يمكن أن يكون تطوير وتصنيع هوائيات 5G المتقدمة ، وخاصة تلك المصممة لترددات الموجة ملليمتر ، باهظة الثمن. ترجع التكلفة العالية إلى الحاجة إلى مواد متقدمة ، وعمليات تصنيع الدقة ، وقدرات معالجة الإشارات المعقدة. على سبيل المثال ، يتطلب إنتاج الهوائيات ذات المكاسب العالية والتكوين الشعاعي تقنية متطورة ومكونات مكلفة. تعد قابلية التوسع أيضًا تحديًا ، حيث من المتوقع أن ينمو الطلب على خدمات 5G بسرعة. لمعالجة مشكلة التكلفة ، يتم إجراء البحث لإيجاد مواد بديلة وطرق التصنيع التي يمكن أن تقلل التكلفة دون التضحية بالأداء. من أجل التوسع ، يتم استكشاف تصميمات الهوائي المعيارية ، حيث يمكن إضافة أو إزالة عناصر الهوائي الإضافية بسهولة مع ظهور الحاجة. هذا يسمح بتوسع أكثر مرونة وفعالية من حيث التكلفة للبنية التحتية لشبكة 5G.
نظرًا لأن الطلب على أجهزة تدفق 5G مثل الهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء وإنترنت الأشياء (IoT) تستمر في النمو ، فهناك اتجاه نحو التصغير وتكامل هوائيات 5G. يسعى الشركات المصنعة إلى جعل الهوائيات 5G أصغر وأكثر إحكاما دون التضحية بالأداء. على سبيل المثال ، في الهواتف الذكية ، أصبح دمج هوائيات 5G في جسم الجهاز أو إطارًا أكثر شيوعًا. وهذا يتطلب تطوير تصميمات ومواد هوائي جديدة يمكن أن تعمل بفعالية في المساحة المحدودة المتاحة. تحتاج هوائيات 5G المصغرة أيضًا إلى الحفاظ على قدرتها على التعامل مع معدلات البيانات المرتفعة والترددات المرتبطة بـ 5G. بالإضافة إلى الهواتف الذكية ، من المتوقع أن تصبح أجهزة إنترنت الأشياء ذات الهوائيات المدمجة 5G أكثر انتشارًا ، مما يتيح اتصالًا سلسًا لمجموعة واسعة من التطبيقات مثل المنازل الذكية والأتمتة الصناعية ومراقبة الرعاية الصحية.
من المقرر أن يستمر تطوير التكنولوجيات المتقدمة للتقنيات المتقدمة والمبادرات المتعددة (MIMO) في مستقبل تقنية الهوائي 5G. ستمكّن تقنيات تكوين الشعاع المتقدمة من التحكم الأكثر دقة في الحزم المرسلة والمستلمة ، مما يزيد من تحسين قوة الإشارة وتقليل التداخل. على سبيل المثال ، في شبكة 5G المستقبلية ، قد يكون الإشعال الشعاعي قادرًا على التكيف في الوقت الفعلي مع حركة وتوجه أجهزة المستخدمين ، مما يضمن الاتصال المستمر عالي الجودة. سيتم أيضًا تعزيز تقنيات MIMO ، التي تنطوي على استخدام هوائيات متعددة في كل من نهايات المرسل والمستقبل ، أيضًا. ستكون تكوينات MIMO ذات الترتيب العالي مع المزيد من عناصر الهوائي
