اسم الكتاب: The Essential Guide to RF and Wireless
المؤلف: Carl J. Weisman
عدد الصفحات: 311
سنة النشر: 2002 الطبعة الثانية
“It’s invisible, it’s infinitesimal, and yet it’s still useful. I love RF”
يتميز هذا الكتاب بطريقة العرض البسيطة مع استخدام لغة فكاهية مرحة في شرح وتوضيح العديد من المفاهيم والمبادئ الخاصة بالاتصالات اللاسلكية والموجات الراديوية والكثير الكثير من الأمثلة التي تجعل هذه المبادئ سهلة الفهم لغير المتخصصين في الاتصالات اللاسلكية. بالرغم من قدم صدور الكتاب إلا أنه يصلح لأن يكون مرجعا لفهم العديد من التقنيات اللاسلكية. بالرغم من التطور السريع وظهور الكثير من التقنيات الجديدة سنويا إلا أن الكثير من هناك الكثير من الأسياسيات والمبادئ الثابتة للإتصالات اللاسلكية والموجات الراديوية.
محتويات الكتاب
الفصل الأول يستعرض فيه المبادئ والمصطلحات الأساسية Basic Concepts في مجال الاتصالات اللاسلكية.
الفصل الثاني خاص في سلوك الموجات الراديوية RF Behavior عند انتقالها من نقطة إلى أخرى.
الفصل الثالث والرابع يتحدث فيهما عن أنواع الهاردوير المستخدم في الأجهزة اللاسلكية Basic System Components.
الفصل الخامس يشرح فيه أشباه الموصلات Semiconductors وأنواعها وعملية تعديل الإشارة قبل إرسالها Modulation.
الفصل السادس عن التقنيات اللاسلكية القديمة كالرادار والأقمار الإصطناعية ونظام تحديد الموقع العالمي GPS.
الفصل السابع خاص في طريقة عمل شبكات الهواتف النقالة, وأثناء صدور الكتاب كانت شبكات الجيل الثاني هي أحدث ما تم التوصل إليه في عالم الهواتف النقالة.
الفصل الثامن خصصه للتقنيات اللاسلكية الحديثة في ذلك الوقت مثل الشبكات اللاسلكية المحلية WLAN والبلوتوث, وختمه بالحديث حول الأضرار الصحية المحتملة جراء التعرض لإشعاع الموجات الراديوية من الهواتف النقالة.
سأنقل -بتصرف- بعض المواضيع التي أعجبتني من الكتاب:
انتقال الموجة اللاسلكية
الموجات المنتقلة عبر الهواء Airborne waves تتعرض لأشياء كثير تجعلها إما تغير مسارها أو تقلل من قوتها كوجود حائط من الطوب أو جسم مائي أو حتى تغير في حرارة وضغط الهواء, كل هذه الأشياء تؤثر في مسار وقوة الموجة. ولكن قوة الموجة قد تنخض حتى بدون وجود أي شيء في مسارها, فعند انتقالها لمسافات طويلة تبدأ قوة الموجة بالانخفاض بسبب تمددها وهذه الظاهرة تسمى Free Space Path Loss.
ليتضح هذا التأثير, تخيل صنبور الماء, إذا شكلت دائرة بإصبعي السباب والإبهام وألصقتها مباشرة بالصنبور, سيمر كل الماء الخارج من الصنبور من خلال الدائرة, ولكن قم بإبعاد الدائرة قليلا عن الصنبور, ستجد أن جزء من الماء سيخرج من حدود الدائرة. كمية الماء الخارجة من الصنبور لم تتغير بالتأكيد, ولكن الذي حصل أن الماء بدأ يتوزع على مساحة أكبر. فلو افترضنا أن الدائرة هي المستقبل receiver و والصنبور هو المرسل transmitter فكلما بعدت الدائرة عن الصنبور قلت كمية الماء (الإشارة) وضعفت الإشارة أكثر.
لذلك بغض النظر عن كل العوائق الأخرى فإن الإشارة ستضعف كلما زادت المسافة بين المرسل والمستقبل.
الإمتصاص
الظاهرة الأخرى التي تأثر في قوة الموجة عند انتقالها هي تعرضها للإمتصاص absorption. فقد تصطدم الموجة بجسم ثم تنعكس باتجاه آخر (كما يحصل للكرة عندما تصطدم بحائط) أو قد ينحرف مسار الموجة وتمر بجانب الجسم وفي حالة أخرى تصطدم الموجة بجسم ولا تخرج منه أي يتم امتصاصها ويكون ذلك على درجات, فأحيانا تمتص كل الوجة وأحيانا يمتص جزء منها وتفقد شيئا من قوتها.
على سبيل المثال, خدمة التلفاز عن طريق الأقمار الصناعية تستخدم موجات لاسلكية تنقل الصورة للمستخدم, وهذه الموجات حجمها يقارب متوسط حجم قطرات المطر. فحين تكون السماء صافية لا شيء يؤثر على قوة الموجات سوى تأثير الfree space path loss ولكن حين تمطر تتعرض بعض الموجات للامتصاص فتكون كمية الموجات التي تصل للمستخدم أقل وعندما يشتد المطر تزيد نسبة الإمتصاص لدرجة قد تقطع خدمة التلفاز.
قد تتسائل ماذا حصل للموجات التي تعرضت للإمتصاص؟ الجواب أنها تحولت لحرارة وقطرات المطر زادت درجة حرارتها, لكن هذه الزيادة طفيفة جدا ويصعب قياسها.
مثال آخر على الإمتصاص هو طريقة عمل جهاز الميكروويف, فيتم إرسال موجات عديدة داخل الميكروويف بتردد مناسب ﻷن يتم امتصاصها من قبل الماء. وعنما تصدم بالماء الموجود في الأكل تصغر الموجة (تضعف أو تنخفض قوتها) وترتفع حرارة الماء, لهذا السبب المواد التي لا تحتوي على الماء لا تسخن داخل الميكروويف.
الإنعكاس
معظم الأجسام التي تصطدم بها الموجة تتسبب في انعكاسها ولو بشكل جزئي, وكمية أو درجة الإنعكاس تعتمد على تردد الموجة ومادة الجسم. بعض المواد كالأسمنت يعكسها بشكل متوسط, ومواد أخرى كالمعدن يعكسها بشكل كلي.
قد تتسائل في حالة الإنعكاس الجزئي للموجة, ماذا حصل للجزء الذي لم ينعكس؟ يكون تعرض للإمتصاص.
فإذا أثناء انتقال الموجة إما أنها تصطدم بجسم يمتصها كليا (الماء) أو يمتصها جزئيا ويعكسها حزئيا (الأسمنت) أو يعكسها كليا (المعدن).
ما الذي يحدد حجم الهوائي؟
لعل أهم مكون في أي جهاز لاسلكي هو الهوائي والذي يتحدد حجمه وشكله بثلاث أشياء:
- تردد الموجة التي يتعامل معها: وكقاعدة عامة, كلما قل تردد الموجة كلما كبر حجم الهوائي. ولهذا حجم الهوائي المستخدم لترددات قنوات AM الإذاعية (530kHz) أكبر بكثير من حجم الهوائي الخاص بالهواتف النقالة (900MHz).
- اتجاه الموجة: إذا كان الهدف هو إرسال الموجة في كل الإتجاهات فلهذا الهوائي شكل معين ويسمى omnidirectional antenna أما إذا كان الهدف هو إرسال أو استقبال الإشارة من جهة واحدة فقط فلهذا الهوائي شكل آخر مختلف تماما ويسمى directional antenna.
- مقدار الطاقة المرسلة أو المستقبلة: فكلما زادت الطاقة كلما كبر حجم الهوائي.
الاستقطاب والأفلام ثلاثية الأبعاد
تخيل أنك تمسك ببداية حبل ونهايته مربوطة على دفة باب, إذا حركت يدك للأعلى والأسفل ستنتج تموجات في بشكل عمودي (مثل موجات البحر) وإذا حركت يدك يمينا وشمالا ستنتج موجات بشكل أفقي (كما تزحف الأفعى), هذا المثال نستطيع أن نقيسه على الموجات الكهرومغناطيسية فيما يعرف باستقطاب الموجة polarization والذي إما أن يكون عموديا أو أفقيا.
إذا شاهدت فيلما ثلاثي الأبعاد باستخدام النظارة الخاصة فإنك قد جربت الإستقطاب عمليا. فالفيلم ثلاثي الأبعاد يرسل صورتين مختلفتين واحدة تحملها موجة كهرومغناطيسية بإستقطاب عمودي والأخرى تحملها موجة باستقطاب أفقي وكل عدسة بالنظارة تسمح بمرور استقطاب واحد, مما يجعل كل عين تشاهد صورة مختلفة فعندما تشاهد الصورتين معا يخيل لك بأنك تشاهد الصورة بأكثر من بعد!
هذه المقتطفات هي بعض ما أعجبني من الكتاب وإذا كنت مهتما للتعلم أكثر حول الموجات الراديوية والاتصالات اللاسلكية فأنصحك بقراءة الكتاب خاصة أن أسلوبه سهل وممتع ولكنك ستجد الكثير من المعلومات قد انتهت صلاحيتها بالرغم من ذلك فهناك العديد من المبادئ والأساسيات التي وفق المؤلف بشرحها وبيان كيفية عملها بطريقة سهلة جدا لغير المتخصصين.