ما هي منطقة فرينل؟
منطقة فرينل هي واحدة من سلسلة مناطق إهليلجية متحدة المحور تمتد بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال في الوصلة اللاسلكية. والمنطقة الأولى هي الأهم على الإطلاق: فإذا اخترقتها عوائق، فإن الإشارات المنعكسة عنها قد تصل بطور مختلف عن الإشارة المباشرة وتسبب تداخلًا هدّامًا يضعف الاستقبال. ولضمان وصلة موثوقة على خط النظر، يحرص المهندسون على إبقاء ما لا يقل عن 60% من منطقة فرينل الأولى خالية من العوائق كالأشجار والتلال والمباني.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل تردد الوصلة بالجيجاهرتز (GHz)، ورقم المنطقة (استخدم القيمة 1 للمنطقة الأولى وهي الأكثر أهمية)، ثم المسافتين من نقطة العائق: d1 (المسافة إلى الهوائي الأول) وd2 (المسافة إلى الهوائي الثاني)، وكلتاهما بالكيلومترات. يبلغ نصف القطر أقصاه عند منتصف المسار حيث تتساوى d1 مع d2، ولذلك تكون هذه عادةً النقطة التي تتحقق منها. تعرض لك الحاسبة نصف قطر منطقة فرينل بالأمتار، ونصف قطر الخلوص العملي بنسبة 60%، إضافةً إلى الطول الموجي للإشارة.
شرح المعادلة
يُحسب نصف القطر بالعلاقة $$r = \sqrt{\dfrac{n\cdot\lambda\cdot d_1\cdot d_2}{d_1 + d_2}}$$ مع التعبير عن جميع الأطوال بالأمتار. والطول الموجي \(\lambda\) يساوي سرعة الضوء مقسومة على التردد. كلما انخفض التردد وطالت الوصلة، اتسعت منطقة فرينل، ما يعني الحاجة إلى خلوص رأسي أكبر فوق سطح الأرض.
مثال محلول
لنفترض وصلة بتردد 2.4 جيجاهرتز بين هوائيين تفصل بينهما مسافة 2 كم، ونريد التحقق من المنتصف فتكون \(d_1 = d_2 = 1\) كم. يبلغ الطول الموجي نحو 0.1249 م. ويكون نصف قطر المنطقة الأولى $$\sqrt{\dfrac{1 \times 0.1249 \times 1000 \times 1000}{2000}} \approx 7.9\ \text{م}$$ أما الخلوص الموصى به بنسبة 60% فيقارب 4.74 م.
الأسئلة الشائعة
لماذا نسبة خلوص 60%؟ إبقاء 60% من منطقة فرينل الأولى خالية يحافظ عمليًا على قوة الإشارة الكاملة، ويمثّل في الوقت ذاته هدفًا واقعيًا واقتصاديًا قابلًا للتحقيق في الميدان.
أي رقم منطقة ينبغي أن أستخدم؟ استخدم \(n = 1\) في التخطيط الاعتيادي. أما المناطق ذات الأرقام الأعلى فتُستعمل في تحليلات الحيود المتقدمة.
هل تأخذ الحاسبة انحناء الأرض في الحسبان؟ لا؛ فهي تعطي نصف قطر فرينل الهندسي فقط. وفي الوصلات الطويلة ينبغي إضافة خلوص يعوّض انتفاخ الأرض.
