تستخدم خطوط النقل لنقل الطاقة الكهربائية أو إشارات المعلومات والتحكم والقياس من مكان إلى
مكان وفي هذا النوع من النقل تقوم الأسلاك بمختلف أنواعها بتقييد حركة الإشارات الكهربائية المنقوله
هو على العكس من النقل اللاسلكي (wire) بحيث تتبع مسار هذه الأسلاك. وهذا النقل السلكي
باستخدام الموجات الكهرومغناطيسية الحرة والتي لا يمكن التحكم بمسارها بمجرد إطلاقها من (wireless)
الهوائيات. ويوجد بعض السيئات لهذا النوع من النقل السلكي وهي الكلفة العالية والتأخير الزمني الكبير
الذي يتطلبه مد مثل هذه الأسلاك وكذلك عرضتها للقطع بقصد أو بغير قصد مما يلحق الضرر بمستخدمي
هذه الأسلاك. وفي مقابل هذه السيئات يوجد بعض الحسنات منها قدرتها على نقل كميات كبيرة من الطاقة
كما هو الحال في خطوط نقل الطاقة الكهربائية ومنها قدرتها على إيصال إشارات المعلومات لمسافات بعيدة
بأقل قدرة ممكنه وكذلك نقل المعلومات بسرية تامة إذا ما تم دفن الأسلاك في الأرض أو تعليقها في الهواء
بشكل آمن. ويوجد عدة أنواع من خطوط النقل تتفاوت تفاوتا كبيرا في خصائصها أهمها مدى الترددات
التي يمكن لها أن تنقلها وكمية الفقد التي تتعرض له الإشارات المنقولة عليها. وتنقسم خطوط النقل إلى
قسمين رئيسين القسم الأول له القدرة على نقل الموجات الكهرومغناطيسية بترددات تبدآ من الصفر أي أنها
قادرة على نقل التيار الثابت وهذا القسم يتطلب وجود سلكين على الأقل سلك للتيار الذاهب والآخر للتيار
الراجع وتكون الموجة المحموله فيها من نوع يسمى نمط الموجة الكهرومغناطيسية المستعرضة
أي أن اتجاه المجالين الكهربائي والمغناطيسي يكون (transverse electromagnetic wave(TEM))
متعامدا على اتجاه انتشار الموجة. أما القسم الثاني فليس له القدرة على نقل التيار الثابت ولا ينقل إلا
وهذا القسم لا يتطلب (cutoff frequency) الموجات التي يزيد ترددها عن حد معين يسمى تردد القطع
وفي هذا (waveguides) وجود سلكين بل يحتاج إلى موصل مجوف واحد فقط كما في مرشدات الأمواج
الحال لا يمكن أن يكون اتجاه كلا المجالين الكهربائي والمغناطيسي متعامدا مع اتجاه انتشار الموجة بل
(transverse electric wave(TE)) أحدهما فقط إما نمط الموجة ذات المجال الكهربائي المستعرض
إن أهم .(transverse magnetic wave(TM)) وإما نمط الموجة ذات المجال المغناطيسي المستعرض
والتي يستفاد منها (characteristic impedance) خصائص خط النقل هو ما يسمى المعاوقة المميزة
عند ربطها بمختلف الأجهزة حيث يجب أن تتساوى معاوقة الخط بمعاوقة هذه الأجهزة لكي نمنع ارتداد
جزء من طاقة الموجة في حالة وجود اختلاف بين المعاوقتين.
(wire pair) السلك المزدوج
يتكون هذا النوع من خطوط النقل من سلكيين من النحاس أو
الألمنيوم إما مجدولين على بعضهما أو مفصولين عن
بعضهما بمسافة محددة وثابتة في الهواء أو بأي مادة
عازلة. وتتحدد خصائص النقل الكهربائية للسلك المزدوج
من قيمة قطر كل من السلكيين ونوع المعدن المصنوع منه
ومقدار المسافة بينهما ونوع العازل الذي يغلفهما أو يفصل بينهما. والسلك المزدوج هو عبارة عن قناة
اتصال ذات تمرير منخفض يسمح بمرور الترددات ابتداء من الصفر وانتهاء بتردد حدي قد يصل إلى عدة
آلاف من الكيلوهيرتز في بعض الأنواع المحسنة. ويزداد الفقد في السلك المزدوج بشكل كبير مع زيادة
وزيادة الفقد (skin effect) التردد وذلك بسبب زيادة مقاومة الأسلاك المعدنية الناتج عن التأثير السطحي
في العازل وكذلك زيادة الفقد بسبب إشعاع جزء من طاقة الموجة إلى الفضاء. ويجب أن يراعى هذا
التفاوت الكبير في قيمة ثابت الفقد للسلك المزدوج عند استخدامه في نقل إشارات المعلومات حيث يؤدي
هذا التفاوت إلى تشوه كبير في شكل الإشارات المنقولة وعلى جهاز الاستقبال القيام بإزالة هذا التشوه
بدوائر خاصة. ومن عيوب السلك المزدوج أن المجال الكهرومغناطيسي الناتج عن الإشارة المنقولة عبره
ينتشر في الفضاء المحيط بها مما يؤدي إلى ظاهرة التداخل بين الإشارات المنقولة في الأسلاك المتجاورة
بحيث يمكن أن يتسمع مشترك ما على مكالمة مشترك آخر ويطلق على هذه الظاهرة في أنظمة الهاتف
وهناك عيب آخر في السلك المزدوج وهو أن سرعة انتشار الإشارات من .(cross talk) بظاهرة التسمع
خلاله تقل بشكل كبير عن سرعة انتشار الضوء في الفراغ فقد تصل في بعض الأنواع المزودة بملفات
التقوية إلى عشر هذه القيمة مما يسبب تأخيرا زمنيا كان يظهر تأثيره السيئ بوضوح في أنظمة الاتصالات
الهاتفية القديمة هذا إلى جانب اعتماد سرعة الانتشار على تردد الإشارة مما يحدث تشويها في شكل
الإشارة المنقولة. أن أكثر استخدامات السلك المزدوج هو في أنظمة الاتصالات الهاتفية حيث كان في
الأنظمة القديمة قناة الاتصال الوحيدة في جميع مراحل نقل المكالمات أما في الأنظمة الحديثة فلا يستخدم
إلا في الوصلة الأخيرة من الشبكة وهي التي تربط منزل المشترك بالمقسم وبطول قد لا يتجاوز خمسة
كيلومترات على الأكثر. وغالبا ما تكون هذه الأسلاك في كبلات يحوي بعضها مئات وبعضها الآخر آلاف
الأسلاك المزدوجة وعلى شكل مجموعات تخرج من المقسم وتتفرع شيئا فشيئا حتى يصل سلك مزدوج
واحد لكل منزل من منازل المشتركين.
Coaxial ) الكبلات المحورية
(Cables
يتكون هذا النوع من خطوط النقل من
موصلين أحدهما أنبوبي الشكل من
النحاس أو الألمنيوم وفي مركزه يوضع
الموصل الآخر الذي يثبت إما بحلقات
عازلة متباعدة على طول محور الكبل أو
مادة عازلة تملأ جميع الفراغ بين الموصليين. لقد تم اختراع الكيبل المحوري على يد الإنكليزي أولفر
هيفيصايد وذلك في عام ١٨٨٠ م ولكن غياب طرق تصنيع فعالة أخر استخدامه إلى الثلاثينيات من القرن
العشرين عندما تم استخدامه لنقل الإشارات التلفزيونية حيث لم يكن بالإمكان نقلها بالأسلاك العادية.
وتتحدد خواص النقل الكهربائية للكبل المحوري من مقدار القطر الداخلي للموصل الخارجي والقطر
الخارجي للموصل الداخلي ونوع المادة العازلة بينهما فكلما زاد قطر الكبل كلما زاد عرض نطاق التمرير
ونقص معامل الفقد فيها مما يؤهلها لحمل عدد كبير من إشارات المعلومات ولمسافات طويلة. والكبل
المحوري هو قناة اتصال ذات تمرير منخفض يسمح بمرور الترددات ابتداء من الصفر وانتهاء بتردد حدي
قد يصل إلى ألفين ميغاهيرتز في الكبلات المحورية التي قد يصل قطرها الخارجي إلى أكثر من أربعة
سنتيمرات. وتمتاز الكبلات المحورية إلى جانب قلة فقدها وكبر عرض نطاقها بقلة تأثير الضوضاء على
الإشارات المحمولة فيها وانعدام التداخل كذلك بين الإشارات المحمولة في الكبلات المتجاورة ويعود السبب
في ذلك لانحصار المجال الكهرومغناطيسي في داخل الأنبوب الخارجي وذلك على العكس من السلك المزدوج
الذي يملأ مجاله جميع الفضاء المحيط به. أما سرعة انتشار الإشارات خلالها فهي تقل قليلا عن سرعة
انتشار الضوء في الفراغ ومن النادر أن تهبط عن ٩٠ % من سرعة الضوء . وتنتج الكبلات المحورية
الآن بقيمتيين لمعاوقتها المميزة أحدهما ٥٠ أوم وهي المقاومة التي تستخدم في معظم أجهزة الاتصالات
والأخرى ٧٥ أوم والتي تستخدم في أنظمة بث واستقبال الإشارات التلفزيونية. وتستخدم هذه الكبلات
المحورية في أنظمة الاتصالات الكهربائية لنقل الإشارات بين المرسلات والهوائيات وما بين الهوائيات
والمستقبلات وفي أجهزة القياس الكهربائية وفي شبكات الحاسوب وفي أنظمة الاتصالات البحرية فيما بين
القارات إلا أن الألياف الضوئية بدأت تحل محلها في كثير من أنظمة الاتصالات.
(Strip Lines) والخطوط الشريطية (Microstrips) الشرائط الدقيقة
هو خط نقل بموصلين (microstrip) الشريط الدقيق
printed ) يستخدم غالبا في لوحات الدوائر المطبوعة
لربط المكونات الإلكترونية الموجودة (circuit boards
على هذه اللوحات. وهو عبارة عن شريط معدني دقيق يتم
ترسيبه على سطح لوحة عازلة ليكون الموصل الأول
لخط النقل بينما يستخدم السطح المعدني المرسب على
الوجه الآخر لللوحة كموصل أرضي مشترك لجميع
الشرائط الموجودة على سطح اللوحة. ونظرا لقصر طول
هذه الأشرطة فإنها قادرة على نقل إشارات كهربائية
بترددات عالية جدا تصل إلى مدى الأمواج الدقيقة. ومن سيئات هذه الشرائط أن الإشارات المحمولة عليها
قد تتداخل مع بعضها البعض فتشوش على بعضها أو حتى على اللوحات المجاورة بسبب أنها قد تعمل
كهوائيات تبث جزءا من الإشارات التي تحملها أو تلتقط الإشارات الموجودة في الفضاء المحيط بها.
وتختلف عن الشرائط (strip lines) وللتغلب على هذه المشكلة تم استخدام ما يسمى بالخطوط الشريطية
الدقيقة بوجود لوحين معدنيين كموصل أرضي مشترك يحيطان بالخطوط الشريطية أحدهما من الأعلى
والآخر من الأسفل وبهذا يتم عزلها عن الفضاء المحيط بها فيقل بذلك التداخل مع الأجهزة المحيطة وتبقى
مشكلة التداخل فيما بين الشرائط على نفس اللوحة حيث يتم إتخاذ بعض الإجراءات للتقليل منها.
(Waveguides) مرشدات الأمواج
يتكون هذا النوع من خطوط النقل من موصل واحد فقط وهو على شكل أنبوب معدني من النحاس أو
والاهيليلجي (circular) والدائري (rectangular) الألمنيوم ولمقطعه أشكال متعددة أشهرها المستطيلي
ونظرا لأن خط النقل هذا مكون من .(elliptical)
موصل واحد فهو لا يسمح بمرور الترددات المنخفضة
ويسمح بمرور الترددات العالية ابتداء من تردد حدي
تحدده الأبعاد الداخلية (cutoff frequency) معين
للأنبوب فكلما زادت أبعاد الأنبوب كلما قل هذا التردد
الحدي. وعلى سبيل المثال فإنه يلزم لنقل إشارات يزيد
ترددها عن واحد غيغاهيرتز مرشد أمواج دائري يزيد
قطره عن ١٥ سم بينما يبلغ قطره واحد ونصف
سنتيمتر عندما يكون التردد الحدي ١٠ غيغاهيرتز.
ولهذا فإنه من النادر استخدام مرشدات الأمواج
للترددات دون ٢ غيغاهيرتز وذلك لضخامة حجمها وصعوبة مدها ويستخدم بدلا منها الكوابل المحورية
على الرغم من فقدها العالي عند هذه الترددات العالية. وتستخدم مرشدات الأمواج لنقل الإشارات فيما بين
الأجهزة وبين المرسلات والهوائيات في أنظمة الأمواج الدقيقة وفي أنظمة الرادار ومن النادر استخدامها
لنقل الإشارات لمسافات بعيدة نظرا لارتفاع فقدها.
(Optical Fibers) الألياف الضوئية
في عام ١٩٦٧ م اقترح باحثان إنكليزيان
استخدام الألياف الزجاجية كقناة اتصالات
ضوئية شريطة تقليل الفقد العالي في الزجاج
وذلك بالتخلص من الشوائب الموجودة فيه
وفي عام ١٩٧٠ م تمكنت شركة أمريكية
من أن تقلل فقد الزجاج من ألف ديسيبل
إلى ما دون عشرين ديسيبل لكل كيلومتر
فتجددت آمال المهندسين في تصميم أنظمة
اتصالات ضوئية باستخدام هذه الألياف
الضوئية. والليف الضوئي هو عبارة عن
مرشد أمواج أسطواني الشكل مصنع كليا من
الزجاج البالغ النقاء ويتكون من طبقتين
بحيث يكون معامل الانكسار (cladding) وطبقة خارجية تسمى الغلاف (core) طبقة داخلية تسمى القلب
القلب أعلى منه بقليل من ذلك الذي للغلاف. وتنتشر الموجات الضوئية داخل القلب نتيجة لظاهرة الانعكاس
والتي مفادها أنه إذا سقطت موجة كهرومغناطيسية من (total internal reflection) الداخلي الكلي
وسط ذي معامل انكسار أعلى إلى وسط ذي معامل انكسار أقل فإن الموجة ستنعكس كليا إذا كانت زاوية
وتمتاز الألياف الضوئية على الكبلات المحورية .(critical angle) السقوط أكبر من الزاوية الحرجة
والأسلاك النحاسية المزدوجة بقلة فقدها واتساع عرض نطاقها وصغر حجمها وخفة وزنها وحصانتها ضد
التداخل والتشويش ووفرة مادتها الخام وانعدام خطرها في إحداث الحرائق وعدم حاجتها للعزل إلا لأغراض
حمايتها من التلف. ويستخدم الآن في أنظمة الاتصالات الضوئية ثلاثة أنواع من الألياف الضوئية وهي
والذي يتراوح قطر قلبه (step-index multi mode fiber) الليف متعدد الأنماط ذي المعامل الفوري
بين ٥٠ و ١٠٠ ميكرومتر وقطر غلافه ١٢٥ ميكرومتر ويمتاز بسهولة تصنيعه وسهولة وصل الألياف
ببعضها ولكن سيئته أنه يسمح بانتشار عدة مئات من الأنماط خلاله والتي تعمل على تقليل عرض نطاقه
graded-index ) لعدة مئات ميغاهيرتز . أما النوع الثاني فهو الليف متعدد الأنماط ذي المعامل التدريجي
والذي يتراوح قطر قلبه بين ٥٠ و ٦٠ ميكرومتر وقطر غلافه ١٢٥ ميكرومتر. (multi mode fiber
وعلى الرغم من أن هذا النوع يسمح بانتشار عدة مئات من الأنماط خلاله كما في النوع الأول إلا أن التدرج
في معامل انكسار القلب يجعل سرعات انتشار الأنماط المختلفة أكثر تقاربا منها في النوع الأول وعليه فان
عرض نطاقه قد يصل إلى ألف ميغاهيرتز. أما النوع الثالث فهو الليف أحادي النمط ذي المعامل الفوري
ولا يزيد قطر قلب هذا الليف عن ١٠ ميكرومتر وقطر غلافه (step-index single mode fiber)
١٢٥ ميكرومتر ولذلك فهو لا يسمح إلا لنمط ضوئي واحد للانتشار خلاله ولذلك فهو يمتاز بقدرته على
نقل كميات ضخمة من المعلومات وقد يصل عرض نطاقه إلى عدة آلاف ميغاهيرتز ولكن سيئته أنه يحتاج
لتقنيات متقدمة لتصنيعه ولوصل الألياف ببعضها. استخدمت أنظمة اتصالات الألياف الضوئية في جيلها
الأول موجات الأشعة تحت الحمراء في النافذة التي تقع حول ٨٥٠ نانوميتر ولكن وبسبب الفقد العالي
للزجاج في هذه النافذة تم الانتقال في بداية الثمانينات إلى الطول الموجي ١٣٠٠ نانوميتر ومن ثم الطول
الموجي ١٥٥٠ نانوميتر حيث يصل فقد الزجاج إلى حده الأدنى وهو خمس ديسبل لكل كيلومتر
مكان وفي هذا النوع من النقل تقوم الأسلاك بمختلف أنواعها بتقييد حركة الإشارات الكهربائية المنقوله
هو على العكس من النقل اللاسلكي (wire) بحيث تتبع مسار هذه الأسلاك. وهذا النقل السلكي
باستخدام الموجات الكهرومغناطيسية الحرة والتي لا يمكن التحكم بمسارها بمجرد إطلاقها من (wireless)
الهوائيات. ويوجد بعض السيئات لهذا النوع من النقل السلكي وهي الكلفة العالية والتأخير الزمني الكبير
الذي يتطلبه مد مثل هذه الأسلاك وكذلك عرضتها للقطع بقصد أو بغير قصد مما يلحق الضرر بمستخدمي
هذه الأسلاك. وفي مقابل هذه السيئات يوجد بعض الحسنات منها قدرتها على نقل كميات كبيرة من الطاقة
كما هو الحال في خطوط نقل الطاقة الكهربائية ومنها قدرتها على إيصال إشارات المعلومات لمسافات بعيدة
بأقل قدرة ممكنه وكذلك نقل المعلومات بسرية تامة إذا ما تم دفن الأسلاك في الأرض أو تعليقها في الهواء
بشكل آمن. ويوجد عدة أنواع من خطوط النقل تتفاوت تفاوتا كبيرا في خصائصها أهمها مدى الترددات
التي يمكن لها أن تنقلها وكمية الفقد التي تتعرض له الإشارات المنقولة عليها. وتنقسم خطوط النقل إلى
قسمين رئيسين القسم الأول له القدرة على نقل الموجات الكهرومغناطيسية بترددات تبدآ من الصفر أي أنها
قادرة على نقل التيار الثابت وهذا القسم يتطلب وجود سلكين على الأقل سلك للتيار الذاهب والآخر للتيار
الراجع وتكون الموجة المحموله فيها من نوع يسمى نمط الموجة الكهرومغناطيسية المستعرضة
أي أن اتجاه المجالين الكهربائي والمغناطيسي يكون (transverse electromagnetic wave(TEM))
متعامدا على اتجاه انتشار الموجة. أما القسم الثاني فليس له القدرة على نقل التيار الثابت ولا ينقل إلا
وهذا القسم لا يتطلب (cutoff frequency) الموجات التي يزيد ترددها عن حد معين يسمى تردد القطع
وفي هذا (waveguides) وجود سلكين بل يحتاج إلى موصل مجوف واحد فقط كما في مرشدات الأمواج
الحال لا يمكن أن يكون اتجاه كلا المجالين الكهربائي والمغناطيسي متعامدا مع اتجاه انتشار الموجة بل
(transverse electric wave(TE)) أحدهما فقط إما نمط الموجة ذات المجال الكهربائي المستعرض
إن أهم .(transverse magnetic wave(TM)) وإما نمط الموجة ذات المجال المغناطيسي المستعرض
والتي يستفاد منها (characteristic impedance) خصائص خط النقل هو ما يسمى المعاوقة المميزة
عند ربطها بمختلف الأجهزة حيث يجب أن تتساوى معاوقة الخط بمعاوقة هذه الأجهزة لكي نمنع ارتداد
جزء من طاقة الموجة في حالة وجود اختلاف بين المعاوقتين.
(wire pair) السلك المزدوج
يتكون هذا النوع من خطوط النقل من سلكيين من النحاس أو
الألمنيوم إما مجدولين على بعضهما أو مفصولين عن
بعضهما بمسافة محددة وثابتة في الهواء أو بأي مادة
عازلة. وتتحدد خصائص النقل الكهربائية للسلك المزدوج
من قيمة قطر كل من السلكيين ونوع المعدن المصنوع منه
ومقدار المسافة بينهما ونوع العازل الذي يغلفهما أو يفصل بينهما. والسلك المزدوج هو عبارة عن قناة
اتصال ذات تمرير منخفض يسمح بمرور الترددات ابتداء من الصفر وانتهاء بتردد حدي قد يصل إلى عدة
آلاف من الكيلوهيرتز في بعض الأنواع المحسنة. ويزداد الفقد في السلك المزدوج بشكل كبير مع زيادة
وزيادة الفقد (skin effect) التردد وذلك بسبب زيادة مقاومة الأسلاك المعدنية الناتج عن التأثير السطحي
في العازل وكذلك زيادة الفقد بسبب إشعاع جزء من طاقة الموجة إلى الفضاء. ويجب أن يراعى هذا
التفاوت الكبير في قيمة ثابت الفقد للسلك المزدوج عند استخدامه في نقل إشارات المعلومات حيث يؤدي
هذا التفاوت إلى تشوه كبير في شكل الإشارات المنقولة وعلى جهاز الاستقبال القيام بإزالة هذا التشوه
بدوائر خاصة. ومن عيوب السلك المزدوج أن المجال الكهرومغناطيسي الناتج عن الإشارة المنقولة عبره
ينتشر في الفضاء المحيط بها مما يؤدي إلى ظاهرة التداخل بين الإشارات المنقولة في الأسلاك المتجاورة
بحيث يمكن أن يتسمع مشترك ما على مكالمة مشترك آخر ويطلق على هذه الظاهرة في أنظمة الهاتف
وهناك عيب آخر في السلك المزدوج وهو أن سرعة انتشار الإشارات من .(cross talk) بظاهرة التسمع
خلاله تقل بشكل كبير عن سرعة انتشار الضوء في الفراغ فقد تصل في بعض الأنواع المزودة بملفات
التقوية إلى عشر هذه القيمة مما يسبب تأخيرا زمنيا كان يظهر تأثيره السيئ بوضوح في أنظمة الاتصالات
الهاتفية القديمة هذا إلى جانب اعتماد سرعة الانتشار على تردد الإشارة مما يحدث تشويها في شكل
الإشارة المنقولة. أن أكثر استخدامات السلك المزدوج هو في أنظمة الاتصالات الهاتفية حيث كان في
الأنظمة القديمة قناة الاتصال الوحيدة في جميع مراحل نقل المكالمات أما في الأنظمة الحديثة فلا يستخدم
إلا في الوصلة الأخيرة من الشبكة وهي التي تربط منزل المشترك بالمقسم وبطول قد لا يتجاوز خمسة
كيلومترات على الأكثر. وغالبا ما تكون هذه الأسلاك في كبلات يحوي بعضها مئات وبعضها الآخر آلاف
الأسلاك المزدوجة وعلى شكل مجموعات تخرج من المقسم وتتفرع شيئا فشيئا حتى يصل سلك مزدوج
واحد لكل منزل من منازل المشتركين.
Coaxial ) الكبلات المحورية
(Cables
يتكون هذا النوع من خطوط النقل من
موصلين أحدهما أنبوبي الشكل من
النحاس أو الألمنيوم وفي مركزه يوضع
الموصل الآخر الذي يثبت إما بحلقات
عازلة متباعدة على طول محور الكبل أو
مادة عازلة تملأ جميع الفراغ بين الموصليين. لقد تم اختراع الكيبل المحوري على يد الإنكليزي أولفر
هيفيصايد وذلك في عام ١٨٨٠ م ولكن غياب طرق تصنيع فعالة أخر استخدامه إلى الثلاثينيات من القرن
العشرين عندما تم استخدامه لنقل الإشارات التلفزيونية حيث لم يكن بالإمكان نقلها بالأسلاك العادية.
وتتحدد خواص النقل الكهربائية للكبل المحوري من مقدار القطر الداخلي للموصل الخارجي والقطر
الخارجي للموصل الداخلي ونوع المادة العازلة بينهما فكلما زاد قطر الكبل كلما زاد عرض نطاق التمرير
ونقص معامل الفقد فيها مما يؤهلها لحمل عدد كبير من إشارات المعلومات ولمسافات طويلة. والكبل
المحوري هو قناة اتصال ذات تمرير منخفض يسمح بمرور الترددات ابتداء من الصفر وانتهاء بتردد حدي
قد يصل إلى ألفين ميغاهيرتز في الكبلات المحورية التي قد يصل قطرها الخارجي إلى أكثر من أربعة
سنتيمرات. وتمتاز الكبلات المحورية إلى جانب قلة فقدها وكبر عرض نطاقها بقلة تأثير الضوضاء على
الإشارات المحمولة فيها وانعدام التداخل كذلك بين الإشارات المحمولة في الكبلات المتجاورة ويعود السبب
في ذلك لانحصار المجال الكهرومغناطيسي في داخل الأنبوب الخارجي وذلك على العكس من السلك المزدوج
الذي يملأ مجاله جميع الفضاء المحيط به. أما سرعة انتشار الإشارات خلالها فهي تقل قليلا عن سرعة
انتشار الضوء في الفراغ ومن النادر أن تهبط عن ٩٠ % من سرعة الضوء . وتنتج الكبلات المحورية
الآن بقيمتيين لمعاوقتها المميزة أحدهما ٥٠ أوم وهي المقاومة التي تستخدم في معظم أجهزة الاتصالات
والأخرى ٧٥ أوم والتي تستخدم في أنظمة بث واستقبال الإشارات التلفزيونية. وتستخدم هذه الكبلات
المحورية في أنظمة الاتصالات الكهربائية لنقل الإشارات بين المرسلات والهوائيات وما بين الهوائيات
والمستقبلات وفي أجهزة القياس الكهربائية وفي شبكات الحاسوب وفي أنظمة الاتصالات البحرية فيما بين
القارات إلا أن الألياف الضوئية بدأت تحل محلها في كثير من أنظمة الاتصالات.
(Strip Lines) والخطوط الشريطية (Microstrips) الشرائط الدقيقة
هو خط نقل بموصلين (microstrip) الشريط الدقيق
printed ) يستخدم غالبا في لوحات الدوائر المطبوعة
لربط المكونات الإلكترونية الموجودة (circuit boards
على هذه اللوحات. وهو عبارة عن شريط معدني دقيق يتم
ترسيبه على سطح لوحة عازلة ليكون الموصل الأول
لخط النقل بينما يستخدم السطح المعدني المرسب على
الوجه الآخر لللوحة كموصل أرضي مشترك لجميع
الشرائط الموجودة على سطح اللوحة. ونظرا لقصر طول
هذه الأشرطة فإنها قادرة على نقل إشارات كهربائية
بترددات عالية جدا تصل إلى مدى الأمواج الدقيقة. ومن سيئات هذه الشرائط أن الإشارات المحمولة عليها
قد تتداخل مع بعضها البعض فتشوش على بعضها أو حتى على اللوحات المجاورة بسبب أنها قد تعمل
كهوائيات تبث جزءا من الإشارات التي تحملها أو تلتقط الإشارات الموجودة في الفضاء المحيط بها.
وتختلف عن الشرائط (strip lines) وللتغلب على هذه المشكلة تم استخدام ما يسمى بالخطوط الشريطية
الدقيقة بوجود لوحين معدنيين كموصل أرضي مشترك يحيطان بالخطوط الشريطية أحدهما من الأعلى
والآخر من الأسفل وبهذا يتم عزلها عن الفضاء المحيط بها فيقل بذلك التداخل مع الأجهزة المحيطة وتبقى
مشكلة التداخل فيما بين الشرائط على نفس اللوحة حيث يتم إتخاذ بعض الإجراءات للتقليل منها.
(Waveguides) مرشدات الأمواج
يتكون هذا النوع من خطوط النقل من موصل واحد فقط وهو على شكل أنبوب معدني من النحاس أو
والاهيليلجي (circular) والدائري (rectangular) الألمنيوم ولمقطعه أشكال متعددة أشهرها المستطيلي
ونظرا لأن خط النقل هذا مكون من .(elliptical)
موصل واحد فهو لا يسمح بمرور الترددات المنخفضة
ويسمح بمرور الترددات العالية ابتداء من تردد حدي
تحدده الأبعاد الداخلية (cutoff frequency) معين
للأنبوب فكلما زادت أبعاد الأنبوب كلما قل هذا التردد
الحدي. وعلى سبيل المثال فإنه يلزم لنقل إشارات يزيد
ترددها عن واحد غيغاهيرتز مرشد أمواج دائري يزيد
قطره عن ١٥ سم بينما يبلغ قطره واحد ونصف
سنتيمتر عندما يكون التردد الحدي ١٠ غيغاهيرتز.
ولهذا فإنه من النادر استخدام مرشدات الأمواج
للترددات دون ٢ غيغاهيرتز وذلك لضخامة حجمها وصعوبة مدها ويستخدم بدلا منها الكوابل المحورية
على الرغم من فقدها العالي عند هذه الترددات العالية. وتستخدم مرشدات الأمواج لنقل الإشارات فيما بين
الأجهزة وبين المرسلات والهوائيات في أنظمة الأمواج الدقيقة وفي أنظمة الرادار ومن النادر استخدامها
لنقل الإشارات لمسافات بعيدة نظرا لارتفاع فقدها.
(Optical Fibers) الألياف الضوئية
في عام ١٩٦٧ م اقترح باحثان إنكليزيان
استخدام الألياف الزجاجية كقناة اتصالات
ضوئية شريطة تقليل الفقد العالي في الزجاج
وذلك بالتخلص من الشوائب الموجودة فيه
وفي عام ١٩٧٠ م تمكنت شركة أمريكية
من أن تقلل فقد الزجاج من ألف ديسيبل
إلى ما دون عشرين ديسيبل لكل كيلومتر
فتجددت آمال المهندسين في تصميم أنظمة
اتصالات ضوئية باستخدام هذه الألياف
الضوئية. والليف الضوئي هو عبارة عن
مرشد أمواج أسطواني الشكل مصنع كليا من
الزجاج البالغ النقاء ويتكون من طبقتين
بحيث يكون معامل الانكسار (cladding) وطبقة خارجية تسمى الغلاف (core) طبقة داخلية تسمى القلب
القلب أعلى منه بقليل من ذلك الذي للغلاف. وتنتشر الموجات الضوئية داخل القلب نتيجة لظاهرة الانعكاس
والتي مفادها أنه إذا سقطت موجة كهرومغناطيسية من (total internal reflection) الداخلي الكلي
وسط ذي معامل انكسار أعلى إلى وسط ذي معامل انكسار أقل فإن الموجة ستنعكس كليا إذا كانت زاوية
وتمتاز الألياف الضوئية على الكبلات المحورية .(critical angle) السقوط أكبر من الزاوية الحرجة
والأسلاك النحاسية المزدوجة بقلة فقدها واتساع عرض نطاقها وصغر حجمها وخفة وزنها وحصانتها ضد
التداخل والتشويش ووفرة مادتها الخام وانعدام خطرها في إحداث الحرائق وعدم حاجتها للعزل إلا لأغراض
حمايتها من التلف. ويستخدم الآن في أنظمة الاتصالات الضوئية ثلاثة أنواع من الألياف الضوئية وهي
والذي يتراوح قطر قلبه (step-index multi mode fiber) الليف متعدد الأنماط ذي المعامل الفوري
بين ٥٠ و ١٠٠ ميكرومتر وقطر غلافه ١٢٥ ميكرومتر ويمتاز بسهولة تصنيعه وسهولة وصل الألياف
ببعضها ولكن سيئته أنه يسمح بانتشار عدة مئات من الأنماط خلاله والتي تعمل على تقليل عرض نطاقه
graded-index ) لعدة مئات ميغاهيرتز . أما النوع الثاني فهو الليف متعدد الأنماط ذي المعامل التدريجي
والذي يتراوح قطر قلبه بين ٥٠ و ٦٠ ميكرومتر وقطر غلافه ١٢٥ ميكرومتر. (multi mode fiber
وعلى الرغم من أن هذا النوع يسمح بانتشار عدة مئات من الأنماط خلاله كما في النوع الأول إلا أن التدرج
في معامل انكسار القلب يجعل سرعات انتشار الأنماط المختلفة أكثر تقاربا منها في النوع الأول وعليه فان
عرض نطاقه قد يصل إلى ألف ميغاهيرتز. أما النوع الثالث فهو الليف أحادي النمط ذي المعامل الفوري
ولا يزيد قطر قلب هذا الليف عن ١٠ ميكرومتر وقطر غلافه (step-index single mode fiber)
١٢٥ ميكرومتر ولذلك فهو لا يسمح إلا لنمط ضوئي واحد للانتشار خلاله ولذلك فهو يمتاز بقدرته على
نقل كميات ضخمة من المعلومات وقد يصل عرض نطاقه إلى عدة آلاف ميغاهيرتز ولكن سيئته أنه يحتاج
لتقنيات متقدمة لتصنيعه ولوصل الألياف ببعضها. استخدمت أنظمة اتصالات الألياف الضوئية في جيلها
الأول موجات الأشعة تحت الحمراء في النافذة التي تقع حول ٨٥٠ نانوميتر ولكن وبسبب الفقد العالي
للزجاج في هذه النافذة تم الانتقال في بداية الثمانينات إلى الطول الموجي ١٣٠٠ نانوميتر ومن ثم الطول
الموجي ١٥٥٠ نانوميتر حيث يصل فقد الزجاج إلى حده الأدنى وهو خمس ديسبل لكل كيلومتر
شكرا على هذا المقال المفيد
ردحذفشرح جيد جدا
ردحذف