تكمن أهمية منطقة فريسنل في ضرورة الحفاظ عليها خالية من العوائق لضمان جودة الإشارة الجيدة. إذا تداخلت أي عوائق مع منطقة فريسنل، فسوف يحدث توهين للإشارة وربما أخطاء في الإرسال. تضيق منطقة فريسنل مع زيادة تردد الإشارة وزيادة المسافة بين الهوائيات.

تحديد منطقة فريسنل

لتحديد منطقة فريسنل في وصلة لاسلكية، يتم إجراء الحسابات التي تأخذ في الاعتبار الطول الموجي للإشارة المرسلة والمسافة بين الهوائيات. وفيما يلي شرح عام لكيفية حساب منطقة فريسنل:

1. تحديد التردد والطول الموجي

معرفة تردد الإشارة المرسلة والتي عادة ما يتم توفيرها في مواصفات المعدات اللاسلكية. من التردد، يمكن حساب الطول الموجي باستخدام الصيغة:

الطول الموجي (π) = سرعة الضوء (ج) / التردد (و)

2. احسب نصف قطر منطقة فريسنل

يمكن حساب نصف قطر منطقة فريسنل عند نقطة على طول مسار الإشارة باستخدام الصيغة التالية:

ص = (ن * LA * د) / د

حيث:

• • "r" هو نصف قطر منطقة فريسنل عند تلك النقطة.
  • "n" هو عامل يعتمد على نوع منطقة فريسنل (العلوية أو السفلية).
  • "" هو الطول الموجي للإشارة.
  • "د" هي المسافة بين الهوائيات.
  • "D" هي المسافة من النقطة إلى هوائي الاستقبال (حيث D = d1 + d2، حيث d1 هي المسافة من النقطة إلى هوائي الإرسال وd2 هي المسافة من النقطة إلى هوائي الاستقبال).

3. حساب نسبة خلو منطقة فريسنل من العوائق

الهدف هو التأكد من أن 60% على الأقل من منطقة فريسنل خالية من العوائق لتقليل تداخل الإشارة. ويمكن تحقيق ذلك من خلال حساب المساحة الدائرية لمنطقة فريسنل والتحقق من المنطقة الخالية من العوائق داخلها. إذا كانت المنطقة الخالية من العوائق أقل من 60%، فيجب اتخاذ تدابير إضافية، مثل نقل الهوائيات أو ضبط ارتفاع الأبراج، لتحسين جودة الاتصال.

ومن المهم الإشارة إلى أنه من الناحية العملية، يمكن لعوامل إضافية مثل التوهين الجوي ووجود عوائق غير محسوبة وغيرها من التأثيرات أن تؤثر على انتشار الإشارة.

ولذلك، فمن المستحسن إجراء دراسات انتشار محددة واستخدام أدوات المحاكاة من أجل تخطيط أكثر دقة لمنطقة فريسنل في وصلة لاسلكية.

أمثلة على حساب منطقة فريسنل

مثال 1

لنفترض أن لدينا وصلة لاسلكية بين هوائي الإرسال وهوائي الاستقبال، ونريد حساب نصف قطر منطقة فريسنل عند نقطة على طول مسارها. دعونا نفكر في البيانات التالية:

• تردد الإشارة: 2.4 جيجا هرتز (2400 ميجا هرتز)
• المسافة بين الهوائيات: 1 كم (1000 متر)
• المسافة من النقطة إلى هوائي الاستقبال: 500 متر

الخطوة 1: حساب الطول الموجي.

يمكن الحصول على الطول الموجي باستخدام الصيغة:

الطول الموجي (π) = سرعة الضوء (ج) / التردد (و)

تبلغ سرعة الضوء حوالي 3×10^8 متر في الثانية.

λ = (3 × 10^8 م/ث) / (2400 × 10^6 هرتز) ≈ 0.125 متر ≈ 12.5 سم

الخطوة 2: حساب نصف قطر منطقة فريسنل.

باستخدام الصيغة:

ص = (ن * LA * د) / د.

لنفترض أننا نريد حساب نصف قطر منطقة فريسنل العليا (ن = 1). في هذه الحالة، د = د1 + د2 = 500 متر (المسافة إلى هوائي الاستقبال).

ص = (1 * 0.125 م * 1000 م) / 500 م ≈ 0.25 متر ≈ 25 سم

ولذلك، يبلغ نصف قطر منطقة فريسنل العليا عند نقطة الارتباط هذه حوالي 0.25 متر أو 25 سم.

مثال 2

لنفترض أن لدينا وصلة لاسلكية بين هوائي الإرسال وهوائي الاستقبال، ونريد حساب نصف قطر منطقة فريسنل عند نقطة على طول مسارها، مع الأخذ في الاعتبار عدم استواء التضاريس على جانب هوائي الاستقبال. دعونا نفكر في البيانات التالية:

• تردد الإشارة: 5 جيجا هرتز (5000 ميجا هرتز)
• المسافة بين الهوائيات: 2 كم (2000 متر)
• المسافة من النقطة إلى هوائي الاستقبال: 500 متر
• انحدار التضاريس على جانب هوائي الاستقبال: 20 مترا

الخطوة 1: حساب الطول الموجي.

باستخدام الصيغة:

الطول الموجي (π) = سرعة الضوء (ج) / التردد (و)

تبلغ سرعة الضوء حوالي 3×10^8 متر في الثانية.

λ = (3 × 10^8 م/ث) / (5000 × 10^6 هرتز) ≈ 0.06 متر ≈ 6 سم

الخطوة 2: حساب نصف قطر منطقة فريسنل.

باستخدام الصيغة:

ص = (ن * LA * د) / د.

لنفترض أننا نريد حساب نصف قطر منطقة فريسنل العليا (ن = 1). في هذه الحالة، د = د1 + د2 + √(ح1 * ح2)، حيث h1 هو ميل التضاريس على جانب هوائي الإرسال وh2 هو ميل التضاريس على جانب هوائي الاستقبال.

د = 2000 م + 500 م + √(0 * 20 م) ≈ 2500 م

ص = (1 * 0.06 م * 2000 م) / 2500 م ≈ 0.048 متر ≈ 4.8 سم

ولذلك، فإن نصف قطر منطقة فريسنل العليا عند تلك النقطة من الوصلة، مع الأخذ في الاعتبار تفاوت التضاريس، يبلغ حوالي 0.048 متر أو 4.8 سم.

هذه أمثلة مبسطة وقد تختلف الحسابات حسب تفاصيل الارتباط مثل التردد المستخدم والمسافات واختلافات التضاريس وعوامل أخرى.

وللحصول على نتائج أكثر دقة ينصح باستخدام أدوات المحاكاة أو البرامج المتخصصة في تخطيط الروابط اللاسلكية التي تراعي عدم استواء التضاريس.

ملخص

في تنفيذ الارتباطات اللاسلكية، تعد منطقة فريسنل منطقة إهليلجية حول خط الرؤية المباشر بين هوائيين ينشئان اتصالات لاسلكية. تساعد هذه المنطقة على التصدي لتأثيرات تعدد المسارات، التي تحدث عندما تنعكس الإشارة أو تنحرف أو تتشتت بسبب وجود عوائق في طريقها.

تنقسم منطقة فريسنل إلى جزء علوي وجزء سفلي. ومن الضروري الحفاظ على هذه المنطقة خالية من العوائق لضمان جودة الإشارة الجيدة. إذا تداخلت أي عوائق مع منطقة فريسنل، فقد يحدث توهين للإشارة وأخطاء محتملة في الإرسال.

يتم تحديد حجم منطقة فريسنل من خلال حسابات تعتمد على الطول الموجي للإشارة المرسلة والمسافة بين الهوائيات. ومن المزمع أن يكون ما لا يقل عن %60 من منطقة فريسنل خالياً من العوائق لتجنب التدهور الكبير في الإشارة.

تعتبر منطقة فريسنل مهمة في البيئات الحضرية الكثيفة أو الاتصالات اللاسلكية لمسافات طويلة، حيث من المرجح أن تواجه العوائق. ولضمان اتصال موثوق، يتم استخدام تقنيات مثل الاختيار الصحيح لمواقع الهوائيات، وتعديل ارتفاعات الأبراج، واستخدام أدوات المحاكاة لتخطيط منطقة فريسنل وتحسينها في تنفيذ الروابط اللاسلكية.