رابعاً: انتشار موجات التروبوسكاتر

إن موجات الراديو، التي يراوح ترددها بين 100 و10.000 ميجا هرتز تنتشر بكفاءة لمسافات أبعد من تلك المسافات، التي تصل إليها في الاتصالات، التي تعمل بنظرية خط الرؤية المباشر، حيث تصل إلى عدة مئات من الكيلومترات، وقد أُجريت عدة تجارب عملية منذ عام 1950، للوصول إلى هذه الحقيقة، وقد قدم ماركوني Marconi عرضاً عملياً لاستقبال إشارة ترددها 500 ميجا هرتز، عند مسافة 168 ميلاً، ولكن ضعف مستوى قدرة جهاز الإرسال المُتاح في ذلك الوقت، أدى إلى استقبال إشارة ضعيفة لا يُعتمد عليها.

ومنذ عام 1950، تجري التجارب والمحاولات، منها العملي ومنها النظري، على انتشار الموجات التربوسفيرية. وقد وفرت هذه التجارب معلومات كافية، يمكن أن تكون قاعدة يُبنى عليها تصميم التروبوسكاتر.

وقد انتقلت أنظمة ونظريات التروبوسكاتر من مرحلة التجارب النظرية، والعملية إلى إنتاج أنظمة متكاملة، تعمل الآن بكفاءة، وبأعداد وأنظمة كثيرة. ومن المسلم به أن مواصلات التروبوسكاتر تمتاز، عن أنظمة العمل بخط الرؤية المباشر، بالآتي:

·   عمل اتصالات يمكن الاعتماد عليها لمسافات تصل إلى أكثر من 700 ميل من دون عمل محطات إعادة إذاعة. ولكن على الجانب الآخر، يلزم وجود هوائيات كبيرة جدًّا، ومحطات إرسال ذات قدرة عالية.

·   تحتاج مواصلات التروبو إلى عدد كبير من الترددات لنفس سعة القنوات، بالمقارنة بمواصلات خط الرؤية المباشر؛ نظراً لاستخدامها مسارات متعددة، للتغلب على التداخل وعلى الخفوت.

1. خصائص انتشار موجات التروبوسكاتر

نظراً لتعرض الموجات التربوسفيرية لفقد كبير في المسار، فإنها تحتاج إلي هوائيات ذات كسب كبير، وبالتالي حجم كبير وعرض ضيق للشعاع، في كلٍ من محطة الإرسال ومحطة الاستقبال، وفي الواقع، يكون شكل شعاعَيْ الإرسال والاستقبال (أُنظر شكل اتجاه تروبو سكاتر)، حيث توجد منطقة تلاقٍ لهذه الأشعة في الفراغ، مكونة ما يسمى ( الحجم المشترك) والتي يتم فيها البعثرة للأشعة.

تعد الزاوية  ذات أهمية كبيرة، وهي الزاوية المحصورة بين شعاع الإرسال وشعاع الاستقبال، و للحصول على مواصلة ذات كفاءة عالية، يجب أن تكون قيمة هذه الزاوية أقل ما يمكن. وفي الوقت نفسه، للحصول على هذه القيمة الصغيرة، يجب أن لا يوجد في مسار الإرسال والاستقبال عوائق مباشرة، تعوق شعاعي الإرسال والاستقبال في اتجاه الأفق.

حيث إن d = مسافة الدائرة الكبرى بين هوائي الإرسال وهوائي الاستقبال.

 = المسافة من هوائي الإرسال إلى الأفق.

 = المسافة للأفق من هوائي الاستقبال.

 = الارتفاع فوق مستوى البحر لإرسال الأفق.

 = ارتفاع هوائي الإرسال عن سطح البحر.

 = ارتفاع هوائي الاستقبال عن سطح البحر.

R =   نصف قطر الكرة الأرضية المؤثر، وهو دالة في معامل الانكسار. وتستخدم وحدات القياس نفسها للمسافات والارتفاعات.

ويعتمد مدى الاتصال على طبيعة طبقة التروبو، التي يتم فيها بعثرة الموجات، وكذلك على ارتفاع هذه الطبقة، وأقصى مسافة يمكن أن يحدث فيها بعثرة للموجات حوالي ستة أميال، ومسافة الاتصال، التي تقابل هذا الارتفاع هى400 ميلٍ، ولكن بعض المقترحات تقدر أن أحسن مسافة اتصال، يمكن الحصول عليها، عندما يحدث بعثرة للموجات بين طبقة الايونوسفير وطبقة التروبوسفير، قد تصل حوالي 700 ميل.

وقد تمت تجارب مركزة في الآونة الأخيرة، للوصول إلى خصائص انتشار الموجات التروبوسفيرية، أهمها، فقد البعثرة، ويكون من دون إضافة لفقد الانتشار الحر في الفراغ لمواصلات خط الرؤية المباشر، ويتعرض فقد البعثرة إلى نوعين من الخفوت:

أ. الخفوت السريع. وهو التغير السريع للقيمة اللحظية للإشارة، نتيجة لتأثير تعدد المسارات للإشارة المرسلة، وتكون الإشارة المستقبلة محصلة لعدة إشارات ذات قيم مختلفة في زاوية الوجه وبمركبات مختلفة، وتتبع توزيع Rayleigh لعينة من الوقت تراوح بين دقيقة وخمس دقائق.

ب. الخفوت البطيء. ويكون الخفوت البطيء متواكباً مع الخفوت السريع، ويُعتقد أن هذا الخفوت يحدث نتيجة تغير معامل الانكسار للغلاف الجوى، والخفوت البطيء من الخفوت، الذي يأخذ وقتاً كبيراً ويراوح استمرار حدوثه بتوقيتات تراوح بين 15 و30 دقيقة، وله توزيع Log-normal، وانحرافه القياسي يراوح بين 2 و 10 ديسبل، ويعتمد ذلك على زاوية البعثرة.

ج. يمكن التعامل مع الإشارة المستقبلة لمسافة تصل إلى 400 ميل، ولكن باستخدام هوائيات كبيرة، وجهاز إرسال ذي قدرة عالية جداً، وأجهزة استقبال ذات حساسية فائقة.

د. تستخدم مواصلات التروبو الترددات من 100 إلى 10.000 ميجا هرتز، ويمكن استخدام الترددات التي تقل عن 100 ميجا هرتز، في حالة مسافات الاتصال الأكبر.

هـ. حيز البند يراوح بين 3 و4 ميجا هرتز, وهو كافٍ لإرسال قناة تليفزيونية أو عدة مئات من القنوات الهاتفية، ولمسافة تصل إلى 200 ميل، ولزيادة هذه المسافة، يكون ذلك على حساب حيز التردد للإشارة، حيث يقل كثيرًا بزيادة المسافة.

و. نتيجة لكون الإشارة المستقبلة في جهاز الاستقبال عبارة عن عدة إشارات مُبعثرة آتية من الحجم المشترك في الفضاء، والناتج من تقاطع شعاعي إرسال المحطتين, فإن استخدام الهوائيات ذات الحيز الضيق يقلل من الكسب المطلوب للهوائي، ونتيجة لذلك فإنه لا يمكن الحصول على الكسب الكلي للهوائي.

2. تقنيات مواصلات التروبوسكاتر

تتميز مواصلات التروبوسكاتر بالهوائيات الكبيرة، التي يراوح قطرها بين 12 و 120 قدماً، وأجهزة إرسال ذات قدرة عالية، تصل إلي 50 كيلووات، ونتيجة للتكلفة العالية جداً لهذه الهوائيات، يمكن بطريقة معينة، استخدام الهوائي للإرسال والاستقبال. ونتيجة لميزات التعديل الترددي المستخدم في أجهزة خط الرؤية المباشر، فإنها تستخدم في مواصلات التروبو كذلك، والذي يسمح بالتعامل مع الإشارة المستقبلة ذات المستويات المنخفضة، ونتيجة الخفوت العشوائي، الذي تتميز به مواصلات التروبو، فإنه يجب أن يستخدم التنوع الفراغي للهوائيات وأنظمة التنوع الأخرى، وكذلك يمكن استخدام التنوع المزدوج في الوقت نفسه، والتنوع الفراغي والتنوع الترددي وهذا يحسن مستوى الاستقبال 4 ديسبل لـ 50% من الوقت، و17 ديسبل ل 10% من الوقت، وكذلك في حالة استخدام التنوع الرباعي، فإن الإشارة تتحسن بمستوى 7، 27 ديسبل بالتتابع، ويقل عادة استخدام التنوع باستخدام التردد.