العربية العربية 
تصفح الكمية:450 الكاتب:محرر الموقع نشر الوقت: 2025-02-17 المنشأ:محرر الموقع
في عالم الاتصالات اللاسلكية الحديثة ، ظهر LTE (التطور طويل الأجل) كتقنية مهيمنة ، مما يتيح نقل البيانات عالي السرعة واتصال موثوق به لعدد كبير من الأجهزة. في قلب هذا التواصل الفعال يكمن هوائي LTE ، وهو مكون حاسم يلعب دورًا محوريًا في ضمان انتقال الإشارة السلس واستقباله. تم تصميم هوائي LTE للعمل ضمن نطاقات تردد محددة مخصصة لخدمات LTE ، ويمكن أن يؤثر أدائه بشكل كبير على تجربة المستخدم الإجمالية. إن فهم ما إذا كان LTE يتطلب هوائيات أم لا ليس فقط استعلامًا تقنيًا ولكن له أيضًا آثار على تصميم الشبكة ووظائف الجهاز ورضا المستخدم النهائي. على سبيل المثال ، في السيناريوهات التي تكون فيها إنتاجية البيانات العالية والتغطية الموثوقة ذات أهمية قصوى ، كما هو الحال في المناطق الحضرية مع مجموعات مستخدمين كثيفة أو في الإعدادات الصناعية حيث تحتاج أجهزة متعددة إلى التواصل في وقت واحد ، يصبح تكوين هوائيات LTE عاملاً حاسماً. علاوة على ذلك ، مع التطور المستمر للتقنيات اللاسلكية والطلب المتزايد على الاتصالات الأسرع والأكثر استقرارًا ، يعد الاستكشاف الشامل لمتطلبات هوائي LTE ضروريًا. تتحول هذه المقالة بعمق في هذا الموضوع ، وتحليل الجوانب المختلفة المتعلقة بهوائيات LTE وتلقي الضوء على مسألة ما إذا كانت الهوائيات ضرورية بالفعل لأداء LTE الأمثل.
تعمل LTE عبر مجموعة من نطاقات التردد ، ولكل منها خصائصها وتطبيقاتها. يتم تخصيص نطاقات التردد بعناية لتجنب التداخل وتحسين استخدام طيف الراديو المتاح. على سبيل المثال ، تشمل بعض نطاقات تردد LTE شائعة الاستخدام النطاق 1 (2100 ميغاهيرتز) ، النطاق 3 (1800 ميجا هرتز) ، النطاق 7 (2600 ميجا هرتز) ، والنطاق 20 (800 ميغاهيرتز). يمكن أن يؤثر اختيار نطاق التردد على عوامل مثل انتشار الإشارات ومنطقة التغطية وسرعات نقل البيانات. تميل نطاقات التردد الأعلى مثل Band 7 إلى تقديم معدلات بيانات أعلى ولكن لديها نطاق أقصر وأكثر عرضة للتوهين بسبب العقبات مثل المباني والأشجار. من ناحية أخرى ، يمكن أن توفر نطاقات التردد المنخفضة مثل النطاق 20 تغطية أفضل في البيئات الريفية والداخلية ولكن قد يكون لها قدرة بيانات أقل. يتم ضبط هوائيات LTE على وجه التحديد على نطاقات التردد هذه لضمان انتقال فعال واستقبال الإشارات داخل الطيف المخصص. يعد هذا الضبط أمرًا بالغ الأهمية لأنه يسمح للهوائي بأن يتردد في التردد المطلوب ، مما يزيد من قوة الإشارة وتقليل الخسائر. على سبيل المثال ، سيكون للهوائي المصمم للانتقال 3 خصائص مادية مختلفة وخصائص كهربائية مقارنة بهوائي للانتقال 20 ، مما يتيح له التعامل بشكل فعال مع نطاق التردد المحدد للانتقال 3.
هناك عدة أنواع من الهوائيات التي تستخدم عادة في أنظمة LTE. واحدة من أكثر الأنواع انتشارًا هو هوائي ثنائي القطب. هوائيات ثنائي القطب بسيطة في التصميم وتتألف من عنصرين موصل ، عادة ما يكونان على قدم المساواة ، مفصولة بفجوة صغيرة. وهي معروفة بنمط الإشعاع متعدد الاتجاهات في المستوى الأفقي ، مما يعني أنه يمكنهم نقل وتلقي الإشارات بشكل جيد في جميع الاتجاهات حول محور الهوائي. هذا يجعلها مناسبة للتطبيقات التي يلزم تغطية واسعة في طائرة معينة ، كما هو الحال في بعض عمليات نشر المحطة الأساسية في المناطق الحضرية لتغطية عدد كبير من المستخدمين في اتجاهات مختلفة. نوع آخر هو هوائي التصحيح. هوائيات التصحيح مسطحة ومدمجة ، مما يجعلها مثالية للتكامل في الأجهزة المحمولة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية. لديهم نمط إشعاع اتجاهي ، والذي يمكن تصميمه لتركيز الإشارة في اتجاه معين ، وبالتالي زيادة المكسب في هذا الاتجاه. هذا مفيد لتحسين قوة الإشارة نحو محطة قاعدة معينة أو لتقليل التداخل من الاتجاهات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، هناك أيضًا هوائيات MIMO (إدخال متعددة متعددة). تستخدم تقنية MIMO هوائيات متعددة في كل من الإرسال والمستقبل ينتهي لتحسين إنتاجية البيانات وموثوقيتها. في نظام LTE MIMO ، يمكن استخدام هوائيات متعددة لنقل واستقبال تدفقات بيانات متعددة في وقت واحد ، مما يضرب بشكل فعال قدرة رابط الاتصال. على سبيل المثال ، يستخدم تكوين MIMO 2 × 2 هوائيات الإرسال واثنين من الهوائيات التي تتلقى ، بينما يستخدم إعداد MIMO 4 × 4 أربعة من كل منهما. أصبح استخدام هوائيات MIMO شائعة بشكل متزايد في شبكات LTE لتلبية الطلب المتزايد على خدمات البيانات عالية السرعة.
غالبًا ما يمكن إملاء الحاجة إلى هوائيات اثنين في LTE بواسطة إنتاجية البيانات المطلوبة وسعةها. في السيناريوهات التي تكون فيها سرعات نقل البيانات العالية أمرًا بالغ الأهمية ، كما هو الحال في تدفق محتوى الفيديو عالي الدقة أو الألعاب عبر الإنترنت أو تنزيلات الملفات الكبيرة ، قد لا يكون هوائي واحد كافياً للتعامل مع حجم البيانات. على سبيل المثال ، في شبكة 4G LTE ، قد يتمكن جهاز antenna الواحد من تحقيق أقصى سرعة تنزيل تبلغ 100 ميغابت في الثانية في الثانية في الثانية. ومع ذلك ، مع زيادة توافر المحتوى الذي يتطلب سرعات أعلى ، مثل تدفق الفيديو 4K الذي يتطلب عادةً ما لا يقل عن 25 ميغابت في الثانية للتشغيل السلس ، وبالنظر إلى العوامل الواقعية التي يمكن أن تقلل من السرعة الفعلية القابلة للتحقيق ، قد يناضل هوائي واحد لتوفير تجربة متسقة ومرضية. باستخدام اثنين من الهوائيات في تكوين MIMO ، يمكن زيادة إنتاجية البيانات بشكل كبير. في إعداد 2x2 MIMO ، يمكن مضاعفة معدل البيانات النظرية مقارنة بنظام antenna الواحد. وذلك لأن الهوائيات يمكن أن تنقل واستقبال تدفقات البيانات المختلفة في وقت واحد ، مما يضاعف بشكل فعال قدرة رابط الاتصال. علاوة على ذلك ، في البيئات ذات الكثافة العالية للمستخدمين ، كما هو الحال في ملعب مزدحم أو مبنى مكتبي مزدحم ، يمكن للطلب الإجمالي للبيانات من أجهزة متعددة أن يطغى بسرعة على إعداد واحد مضاد. يمكن أن يساعد اثنين من الهوائيات في توزيع الحمل والتأكد من أن كل جهاز يمكنه الوصول إلى الشبكة بسرعات معقولة ودون احتقان مفرط.
تعد تغطية الإشارة والجودة اعتبارات مهمة أيضًا عند تحديد ما إذا كان LTE يتطلب هوائيات. في المناطق ذات قوة الإشارة الضعيفة ، كما هو الحال في المواقع الريفية النائية أو داخل المباني الكبيرة ذات الجدران السميكة والأرضيات المتعددة ، قد لا يكون هوائي واحد قادرًا على التقاط إشارة قوية بما يكفي للتواصل الموثوق به. يمكن للهوائيات تعزيز قدرات استقبال الإشارة من خلال توفير عرض أكثر شمولاً 'الإشارات المتاحة. على سبيل المثال ، إذا تم حظر هوائي واحد أو يعاني من التداخل من اتجاه معين ، فقد يكون الهوائي الآخر قادرًا على التقاط إشارة أقوى من زاوية مختلفة. هذا مهم بشكل خاص في السيناريوهات التي يتأثر فيها انتشار الإشارة بالعقبات أو حيث توجد مصادر متعددة من التداخل ، كما هو الحال في بيئة حضرية مع العديد من المباني والأجهزة اللاسلكية الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، في سيناريوهات الهاتف المحمول حيث يتحرك الجهاز باستمرار ، كما هو الحال في مركبة أو أثناء المشي ، يمكن أن يساعد اثنين من الهوائيات في الحفاظ على اتصال أكثر استقرارًا عن طريق التبديل بسرعة بين الهوائيات بناءً على قوة الإشارة والجودة من كل منهما. يمكن أن يقلل هذا من احتمال حدوث مكالمات مسقط أو جلسات بيانات متقطعة ، مما يوفر تجربة مستخدم أكثر سلاسة.
يلعب تصميم وشكل الجهاز أيضًا دورًا في تحديد الحاجة إلى هوائيات في LTE. تتطور الأجهزة المحمولة مثل الهواتف الذكية باستمرار لتصبح أرق وأخف وزناً وأكثر جمالياً. ومع ذلك ، يمكن أن يشكل هذا الاتجاه تحديات عندما يتعلق الأمر بدمج الهوائيات المتعددة. تعني المساحة المحدودة المتوفرة داخل الجهاز أن المصممين بحاجة إلى النظر بعناية في وضع الهوائيات وتكوينها لضمان الأداء الأمثل. في بعض الحالات ، قد يكون من الصعب وضع هوائيات كاملة الحجم دون التضحية بالمكونات المهمة الأخرى أو التصميم العام للجهاز. على سبيل المثال ، في هاتف ذكي نحيف ، تحتل البطارية ووحدة الكاميرا والدوائر الأخرى بالفعل مساحة كبيرة من المساحة ، مما يترك مساحة صغيرة لاثنين من الهوائيات الكبيرة. من ناحية أخرى ، قد تكون بعض الأجهزة قادرة على استخدام تصميمات هوائي أصغر وأكثر إحكاما يمكن ترتيبها بطريقة لاستيعاب اثنين من الهوائيات دون المساس بعامل شكل الجهاز. على سبيل المثال ، باستخدام هوائيات التصحيح أو هوائيات ثنائي القطب المصغرة التي يمكن وضعها في مواقع استراتيجية داخل الجهاز ، مثل على طول الحواف أو على الغطاء الخلفي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤثر اتجاه الهوائيات داخل الجهاز على أدائها. إذا تم استخدام اثنين من الهوائيات ، فيجب أن يتم تباعدها بشكل مناسب لتجنب التداخل المتبادل ولضمان أن يتمكنوا من التقاط إشارات من اتجاهات مختلفة بشكل فعال.
في عالم الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية ، يمكن أن يختلف تكوين الهوائي على نطاق واسع اعتمادًا على الشركة المصنعة للطراز والنموذج. تأتي العديد من الهواتف الذكية الحديثة مجهزة الآن بمجموعة من الهوائيات لدعم LTE وغيرها من التقنيات اللاسلكية. على سبيل المثال ، تتميز بعض الهواتف الذكية المتطورة بإعداد هوائي 2x2 MIMO ، مع هوائيات اثنين للنقل واثنان لتلقي. يسمح ذلك بسرعات بيانات أسرع واستقبال إشارة أفضل ، وخاصة في المناطق ذات التغطية الجيدة للشبكة. عادة ما يتم دمج الهوائيات في جسم الجهاز بطريقة تقلل من تأثيرها على التصميم العام. قد تكون موجودة على طول الحواف ، على ظهرها ، أو حتى مخبأة داخل غلاف الجهاز. في الأجهزة اللوحية ، قد يتبع تكوين الهوائي أيضًا نمطًا مشابهًا ، على الرغم من أن عامل الشكل الأكبر للأجهزة اللوحية يسمح أحيانًا بمزيد من المرونة في وضع الهوائي. قد يكون لدى بعض الأجهزة اللوحية خيار استخدام هوائي خارجي لاستقبال الإشارة المحسّن في المناطق ذات الإشارات الضعيفة للشبكة. على سبيل المثال ، قد يتمكن المستخدم الموجود في منطقة ريفية ذات تغطية محدودة LTE من إرفاق هوائي LTE خارجي بجهازه اللوحي عبر USB أو واجهة اتصال أخرى ، وبالتالي تحسين قدرة الجهاز على الاتصال بالشبكة والوصول إلى خدمات البيانات.
المحطات الأساسية هي العمود الفقري لشبكات LTE ، وتم تصميم تكوينات الهوائي الخاصة بها لتوفير تغطية واسعة المساحة وقدرة بيانات عالية. في محطة قاعدة LTE النموذجية ، يتم استخدام هوائيات متعددة لتحقيق هذه الأهداف. على سبيل المثال ، قد تحتوي المحطة الأساسية على مجموعة من الهوائيات مرتبة في نمط محدد لتغطية منطقة جغرافية معينة. يمكن أن تكون هذه الهوائيات من أنواع مختلفة ، مثل هوائيات ثنائي القطب للتغطية متعددة الاتجاهات في الهوائيات الأفقية واللوحة للتغطية الاتجاهية نحو مناطق محددة. في كثير من الحالات ، توظف المحطات الأساسية تقنية MIMO مع نقل الهوائيات واستلامها لزيادة إنتاجية البيانات وتحسين موثوقية الشبكة. على سبيل المثال ، يمكن لتكوين MIMO 4 × 4 في المحطة الأساسية التعامل مع تدفقات بيانات متعددة في وقت واحد ، مما يسمح لعدد كبير من المستخدمين بالوصول إلى الشبكة بسرعات عالية. عادة ما يتم تثبيت الهوائيات في محطة قاعدة على أبراج أو هياكل أخرى على ارتفاع لضمان انتشار إشارة جيدة وتغطية على مساحة واسعة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن ضبط اتجاه الهوائيات وإمالةها لتحسين تغطية الإشارة في اتجاهات مختلفة ، اعتمادًا على المتطلبات المحددة للمنطقة التي يتم تقديمها. على سبيل المثال ، في منطقة حضرية بها مباني طويلة ، قد يتم إمالة الهوائيات لأسفل لتركيز الإشارة نحو مستوى الشارع حيث يوجد معظم المستخدمين.
تحتوي أجهزة Industrial and Internet of Things (IoT) التي تعتمد على LTE للاتصال أيضًا على تكوينات هوائي متنوعة. في البيئات الصناعية ، مثل المصانع أو المستودعات ، حيث يكون التواصل الموثوق والطويل المدى ضروريًا ، قد تستخدم الأجهزة هوائيات أكبر وأكثر قوة. على سبيل المثال ، قد يكون لمستشعر لاسلكي يستخدم لمراقبة درجة الحرارة والرطوبة في منشأة صناعية كبيرة هوائي خارجي مصمم لتوفير إشارة قوية ومستقرة على مسافة كبيرة. قد تكون هذه الهوائيات من نوع مختلف مقارنةً بالأجهزة المستخدمة في الأجهزة الاستهلاكية ، مثل هوائي اتجاهي عالي الأداء يمكن أن يركز الإشارة نحو محطة قاعدة أو بوابة معينة. في تطبيقات إنترنت الأشياء ، حيث يوجد في كثير من الأحيان عدد كبير من الأجهزة التي تتواصل مع خادم أو شبكة مركزية ، يجب تحسين تكوين الهوائي لكل من استهلاك الطاقة ونقل البيانات. قد تستخدم بعض أجهزة إنترنت الأشياء هوائيًا واحدًا لاحتياجات الاتصال الأساسية ، في حين أن البعض الآخر قد يستخدم MIMO أو تقنيات الهوائي المتقدمة الأخرى للتعامل مع حركة البيانات المتزايدة. على سبيل المثال ، قد يستخدم العداد الذكي المستخدم لقياس استهلاك الكهرباء في الأسرة في البداية هوائيًا واحدًا لتحميل البيانات الدورية. ومع ذلك ، مع توسيع نطاق وظائف العداد الذكي لتشمل المراقبة في الوقت الفعلي ونقل البيانات الأكثر شيوعًا ، قد تتم ترقيته إلى تكوين هوائي MIMO لضمان اتصال موثوق وفعال مع شبكة شركة المرافق.
أحد التحديات الرئيسية في تنفيذ هوائي LTE هو التعامل مع التدخل وتدهور الإشارة. في بيئة لاسلكية ، هناك العديد من مصادر التداخل التي يمكن أن تؤثر على أداء هوائيات LTE. على سبيل المثال ، يمكن أن تسبب الأجهزة اللاسلكية الأخرى التي تعمل في نفس النطاقات الترددات المجاورة تداخلًا مشتركًا أو قناة مجاورة. يمكن أن يؤدي ذلك إلى انخفاض في قوة الإشارة وزيادة معدل خطأ نقل البيانات. في المناطق الحضرية ، يمكن أن يؤدي وجود محطات أساسية متعددة وعدد كبير من الأجهزة المحمولة إلى تفاقم هذه المشكلة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تسبب العقبات الجسدية مثل المباني والأشجار والهياكل المعدنية توهين الإشارة وتلاشي متعدد. يحدث توهين الإشارة عندما تنخفض قوة الإشارة أثناء مرورها من خلال عقبة ، في حين أن التلاشي المتعدد ناتج عن الانعكاس والانكسار والحيود من الإشارة من أسطح مختلفة ، مما يؤدي إلى إصدارات متعددة من الإشارة التي تصل إلى المتلقي في أوقات مختلفة ومع مراحل مختلفة. لمعالجة هذه المشكلات ، يمكن استخدام تقنيات مختلفة. تتمثل أحد الأساليب في استخدام خوارزميات التصفية المتقدمة ومعالجة الإشارات في نهاية المتلقي لفصل الإشارة المطلوبة عن الإشارات المتداخلة. حل آخر هو تحديد موقع الهوائي واتجاهه بعناية لتقليل تأثير العقبات والتداخل. على سبيل المثال ، يمكن لتركيب الهوائي على ارتفاع أعلى أو في موقع مع عدد أقل من العوائق يمكن أن يحسن استقبال الإشارة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يساعد استخدام الهوائيات ذات أنماط الإشعاع الاتجاهي في تركيز الإشارة في اتجاه معين ، مما يقلل من التداخل من الاتجاهات الأخرى.
يعد استهلاك الطاقة اعتبارًا مهمًا آخر في تنفيذ هوائي LTE ، وخاصة في الأجهزة المحمولة التي يكون عمر البطارية عاملًا رئيسيًا. يتطلب تشغيل هوائيات LTE قدرًا معينًا من الطاقة ، وكلما تم استخدام المزيد من الهوائيات ، كلما زاد استهلاك الطاقة. على سبيل المثال ، في جهاز مع إعداد هوائي MIMO 2 × 2 ، قد يكون استهلاك الطاقة المرتبط بالهوائيات أعلى بكثير مقارنة بجهاز antenna الواحد. يمكن أن يكون لهذا تأثير مباشر على عمر بطارية الجهاز ، مما يقلل من مقدار الوقت الذي يمكن استخدامه دون إعادة الشحن. للتخفيف من هذه القضية ، يمكن اعتماد العديد من الاستراتيجيات. يتمثل أحد الخيارات في استخدام تصميمات الهوائي منخفضة الطاقة التي تم تحسينها لكفاءة الطاقة. تم تصميم هذه الهوائيات لاستهلاك طاقة أقل مع الحفاظ على مستويات الأداء المقبولة. هناك طريقة أخرى تتمثل في تنفيذ تقنيات إدارة الطاقة التي يمكنها ضبط استهلاك الطاقة في الهوائيات بشكل حيوي بناءً على سيناريو الاستخدام الفعلي. على سبيل المثال ، عندما يكون الجهاز في وضع الاستعداد أو عندما تكون إشارة الشبكة قوية وتكون متطلبات نقل البيانات منخفضة ، يمكن تقليل الطاقة المقدمة للهوائيات. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تساهم التطورات في تكنولوجيا البطارية وبطاقات إدارة الطاقة أيضًا في تحسين عمر البطارية الكلي للأجهزة باستخدام هوائيات LTE.
تعد معايرة الهوائي المناسبة والتحسين ضرورية لضمان الأداء الأمثل لهوائيات LTE. يجب معايرة الهوائيات للعمل على التردد الصحيح ومع النمط المناسب للكسب والنمط الإشعاعي. يمكن أن تؤدي المعايرة غير الدقيقة إلى انخفاض قوة الإشارة ، وسوء إنتاجية البيانات ، وزيادة التداخل. على سبيل المثال ، إذا لم تتم معايرة الهوائي بشكل صحيح إلى نطاق تردد LTE المحدد الذي من المفترض أن يعمل فيه ، فقد لا يكون قادرًا على نقل أو استقبال إشارات داخل هذا النطاق بشكل فعال. لإجراء معايرة الهوائي ، مطلوب المعدات والتقنيات المتخصصة. قد يتضمن ذلك استخدام محلل شبكة المتجهات لقياس الخصائص الكهربائية للهوائي ، مثل مقاومةه وفقدان العودة والكسب. بناءً على هذه القياسات ، يمكن إجراء التعديلات على معلمات الهوائي لتحسين أدائها. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون لتحسين وضع الهوائي واتجاهه داخل الجهاز أو على المحطة الأساسية تأثير كبير على أدائه. على سبيل المثال ، في الجهاز المحمول ، قد يلزم وضع الهوائي في موقع يكون فيه أفضل تعرض ممكن للإشارات الواردة والصادرة ، بينما في محطة أساسية ، قد يحتاج اتجاه الهوائيات إلى تعديله لتغطية المنطقة المطلوبة بجودة الإشارة.
من المرجح أن يرى مستقبل تكنولوجيا هوائي LTE تطورات كبيرة في م
