اتساق طور الإشارة في أنظمة الكابلات المتعددة

المعلمة الأداء التي تكتسب أهمية قصوى في أنظمة الترددات الراديوية (RF) الحالية، مثل رادارات المصفوفة المُرحَّلة أو تقنية تشكيل الحزم في شبكات الجيل الخامس (5G) والاتصالات عبر الأقمار الصناعية، هي اتساق طور الإشارة. وفي حالة وجود فرق في الطور بين عدد من الكابلات، فإن الآثار الناتجة تشمل أخطاء في توجيه الحزمة، وفقدان تماسك الإشارة، وانخفاض دقة القياسات. RF وبصفتنا شركةً تمتلك خبرة تزيد على ٢٠ عامًا، وتُدعى Linkworld، فإننا ندرك جيدًا أن ضمان اتساق الطور يُعدُّ ممارسةً هندسيةً تتطلب تخطيطًا دقيقًا. ويستعرض هذا الدليل أربعة اعتبارات رئيسية يجب أخذها في الحسبان عند تنفيذ عمليات تركيب كابلات متعددة لضمان تطابق الأطوار.

استقرار الطور مقابل مطابقة الطور

هذه المفهومان متشابهان وغير متشابهين في آنٍ واحد. ويمكن اعتبار قدرة كابل واحد على الحفاظ على طول كهربائي ثابت من الناحية الطورية بغضّ النظر عن القوى البيئية مثل الانثناء والاهتزاز وتغيرات درجة الحرارة بمثابة الاستقرار الطوري. وتُعد الكابلات المستقرة طوريًّا عالية الجودة، وعادةً ما تتراوح درجة تغيرها الطوري عند الانثناء بين ٢ و٦ درجات. أما التطابق الطوري فهو الخطأ النسبي بين مختلف تجميعات الكابلات في النظام. وقد يكون هذا التطابق تطابقًا مطلقًا (يحقّق تحملًا معينًا)، أو تطابقًا نسبيًّا (تتطابق التجميعات ضمن دفعة واحدة)، أو أزواجًا متطابقة من حيث التأخير. وللوصول إلى التصميم الأمثل للنظام، فإن أول خطوة يجب اتخاذها هي معرفة نوع النظام الذي تتطلبه تطبيقك. وتساعد شركة «لينك وورلد» العملاء في تحديد المواصفات الطورية وفقًا لمتطلباتهم، وبخاصة فيما يتعلق بالمتطلبات متعددة القنوات.

اختيار المواد وتصنيع الكابل

تستند تجميعات الكابلات المتسقة في الطور إلى المواد والتصنيع. وتُهيمن المواد العازلة على سلوك الطور. وتتميز المواد العازلة المصنوعة من مادة البوليمر الفلوريني التقليدية (PTFE) بتغير كبير في الطور مع درجة الحرارة بسبب التمدد الحراري. أما في الحالات التي تتطلب اتساق الطور تحت ظروف متنوعة، حيث يُلاحظ أن خصائص الطور تبقى متسقة عبر نطاق واسع من درجات الحرارة، فيتم استخدام كابلات خاصة مزودة بمواد عازلة عالية الأداء من حيث اتساق الطور، وتستند هذه المواد إلى بوليمرات فلورينية. ويمكن لهذه الكابلات أن تُظهر تباينًا في الطور أقل من ٦٠٠ جزء في المليون ضمن مدى درجات حرارة يتراوح بين -٤٠°م و+٨٥°م. كما أن إخضاع الكابلات لعملية ما قبل التكييف — أي تعريضها للحرارة والقوى الميكانيكية أثناء عملية التصنيع — يؤدي إلى استقرار خط النقل. وقد أضافت شركة Linkworld هذه المواد عالية الجودة، بالإضافة إلى عمليات المعالجة الحرارية (التصلب)، إلى تجميعاتها المخصصة من الكابلات لتحقيق جودة عالية في اتساق الطور.

تقنيات مطابقة الطور والتسامح المسموح به

تتطلب مرحلة المطابقة الدقيقة إجراء قياسات وتصنيع مكثفة. ويمكن تلبية الاحتياجات المختلفة بثلاث طرق رئيسية: تُحدِّد المطابقة المطلقة نطاقًا معينًا من التسامح في الطول الكهربائي لأي تجميع معين، وتصل أنظمة اليوم إلى ±٥ بيكومترات ثانية. أما المطابقة النسبية فتزوج التجميعات لتحقيق فروق في الطور تكون دقيقة جدًّا، وعادةً ما تكون ≤ بيكومتر ثانية واحدة في التطبيقات الحيوية. وتوفِّر المطابقة الدفعية تجانسًا لكميات أكبر من الإنتاج. وقد تطورت التسامحات التقريبية المتبعة في القطاع من درجة واحدة/غيغاهيرتز إلى ٠٫٥ درجة/غيغاهيرتز عند الترددات التي تصل إلى ١٨ غيغاهيرتز. وتُصنِّع شركة لينك وورلد مختلف تجميعات المطابقة استنادًا إلى أشد المتطلبات صرامةً، وذلك باستخدام تقنيات قياس وضبط الطور بدقة عالية.

اعتبارات تصميم النظام

يُعَدُّ هيكل النظام أمرًا بالغ الأهمية فيما يتعلق باستمرار اتساق المراحل الأخرى، وليس فقط في اختيار المكونات. وفي تشكيل الحزمة (Beam Forming)، من الضروري أن تكون هناك توحيدٌ في الطور الخاص بكل عنصر، تمامًا كما هو الحال في المصفوفة المُرحَّلة (Phased Array). وتحدث تقلبات في الطور بسبب اختلاف المعايير البيئية داخل الكابلات، مثل تدرج درجة الحرارة عبر المصفوفة، مما يؤدي إلى تشويه نمط الإشعاع. وتتم تقليل هذه التأثيرات إلى أدنى حدٍ ممكن باستخدام كابلات مستقرة الطور. ويتم ضمان توجيه الكابلات في نفس الاتجاه وبنصف قطر انحناء متطابق في جميع القنوات لتوفير نفس الحمل الميكانيكي لجميع التجميعات. كما تسمح الموصلات الملوَّنة بتقليل الأخطاء الناتجة عن تركيب الموصلات أثناء عملية التركيب. وتقدِّم شركة Linkworld خدمات دعم هندسي لعملائها خلال عملية تحقيق أفضل اتساق ممكن في طور هياكل أنظمتهم، سواءً في مرحلة التصميم أو التنفيذ.

بعد الأداء المتعلق باستقرار طور الإشارة يكتسب أهمية كبيرة في أنظمة الترددات الراديوية متعددة القنوات. ولا يمكن تحقيق الاتساق الطوري إلا من خلال هندسة خاصة، إما عبر كابلات مستقرة الطور لا تتغير خصائصها مع تغير الظروف البيئية، أو عبر تجميعات مُطابَقة الطور التي تحافظ على نفس الطول الكهربائي. ومع استمرار تنفيذ تقنيات تشكيل الحزمة (Beamforming) في تطبيقات متزايدة عدداً وتكراراً، سيزداد الطلب على الاتساق الطوري أكثر فأكثر. ولدى شركة «لينك وورلد» (Linkworld) خبرة تزيد عن ٢٠ عاماً في إنتاج تجميعات الترددات الراديوية، والتجميعات الكبلية المستقرة الطور والمُطابِقة الطور، كما تمتلك خبرة في ضمان اتساق الطور أثناء مرحلة تصميم الأنظمة المتقدمة للترددات الراديوية. اتصلوا بنا لمعرفة المزيد حول تنفيذ حلول التوصيلات الكبلية المتعددة الخاصة بكم.