وسيط النقل

تُعدّ كابلات الأزواج الملتوية نوعًا من الأسلاك يتم فيه لفّ موصلين من دائرة واحدة معًا لتحسين التوافق الكهرومغناطيسي . بالمقارنة مع موصل واحد أو زوج متوازن غير ملتوي ، يقلل الزوج الملتوي من الإشعاع الكهرومغناطيسي الصادر من الزوج والتداخل بين الأزواج المتجاورة، كما يُحسّن من مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي . وقد اخترعه ألكسندر غراهام بيل . ^{[ 2 ]}

الكابل المحوري ، أو الكابل المحوري (يُنطق /ˈkoʊ.æks/ ) ، هو نوع من الكابلات الكهربائية يتكون من موصل داخلي محاط بطبقة عازلة أنبوبية، ومحاط بدوره بغلاف موصل أنبوبي. تحتوي العديد من الكابلات المحورية أيضًا على غلاف خارجي عازل. يُشتق مصطلح " محوري " من اشتراك الموصل الداخلي والغلاف الخارجي في محور هندسي واحد. اخترع الكابل المحوري الفيزيائي والمهندس والرياضي الإنجليزي أوليفر هيفسايد ، الذي حصل على براءة اختراع التصميم عام 1880. ^{[ 3 ]}

الكابل المحوري هو نوع من خطوط النقل ، يُستخدم لنقل الإشارات الكهربائية عالية التردد مع فقدان منخفض. يُستخدم في تطبيقات مثل خطوط الهاتف الرئيسية ، وكابلات شبكات الإنترنت عريضة النطاق ، وحافلات بيانات الكمبيوتر عالية السرعة ، ونقل إشارات تلفزيون الكابل ، وتوصيل أجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية بهوائياتها . ويختلف عن الكابلات المحمية الأخرى في أن أبعاد الكابل والموصلات تُضبط بدقة لتوفير تباعد ثابت ودقيق بين الموصلات ، وهو أمر ضروري لعمله بكفاءة كخط نقل.

الألياف الضوئية ، التي برزت كأكثر وسائط نقل البيانات استخدامًا في الاتصالات بعيدة المدى، عبارة عن خيط زجاجي رفيع ينقل الضوء على طوله. تُرجّح أربعة عوامل رئيسية كفة الألياف الضوئية على النحاس: سرعة نقل البيانات، والمسافة، وسهولة التركيب، والتكلفة. تستطيع الألياف الضوئية نقل كميات هائلة من البيانات مقارنةً بالنحاس. ويمكن مدّها لمئات الأميال دون الحاجة إلى مُكرِّرات الإشارة، مما يُقلل تكاليف الصيانة ويُحسّن موثوقية نظام الاتصالات، لأن المُكرِّرات تُعدّ مصدرًا شائعًا لأعطال الشبكة. الزجاج أخف وزنًا من النحاس، مما يُقلل الحاجة إلى معدات الرفع الثقيلة المتخصصة عند تركيب الألياف الضوئية لمسافات طويلة. تبلغ تكلفة الألياف الضوئية للتطبيقات الداخلية حوالي دولار واحد للقدم، وهو نفس سعر النحاس تقريبًا. ^{[ 4 ]}

الألياف الضوئية متعددة الأنماط والألياف أحادية النمط نوعان شائعان الاستخدام. تستخدم الألياف متعددة الأنماط مصابيح LED كمصدر للضوء، ويمكنها نقل الإشارات لمسافات قصيرة، حوالي كيلومترين. أما الألياف أحادية النمط، فيمكنها نقل الإشارات لمسافات تصل إلى عشرات الأميال.

الألياف الضوئية هي ألياف مرنة وشفافة تُصنع بسحب الزجاج ( السيليكا ) أو البلاستيك إلى قطر أكبر قليلاً من قطر شعرة الإنسان . ^{[ 5 ]} تُستخدم الألياف الضوئية في الغالب كوسيلة لنقل الضوء بين طرفي الليف، وتُستخدم على نطاق واسع في اتصالات الألياف الضوئية ، حيث تسمح بالإرسال عبر مسافات أطول وبنطاقات تردد (معدلات بيانات) أعلى من الكابلات الكهربائية. تُستخدم الألياف بدلاً من الأسلاك المعدنية لأن الإشارات تنتقل عبرها بفقد أقل ؛ بالإضافة إلى ذلك، فإن الألياف محصنة ضد التداخل الكهرومغناطيسي ، وهي مشكلة تعاني منها الأسلاك المعدنية بشكل كبير. ^{[ 6 ]} تُستخدم الألياف أيضًا للإضاءة والتصوير، وغالبًا ما تُلف في حزم بحيث يمكن استخدامها لنقل الضوء إلى الأماكن الضيقة أو الصور منها، كما هو الحال في منظار الألياف الضوئية . ^{[ 7 ]} تُستخدم ألياف مصممة خصيصًا أيضًا في مجموعة متنوعة من التطبيقات الأخرى، منها أجهزة استشعار الألياف الضوئية وليزر الألياف . ^{[ 8 ]}

تتكون الألياف الضوئية عادةً من لبٍّ محاط بغلاف شفاف ذي معامل انكسار منخفض . ويُحفظ الضوء داخل اللب بفعل ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي ، مما يجعل الليف يعمل كموجه موجي . ^{[ 9 ]} تُسمى الألياف التي تدعم مسارات انتشار متعددة أو أنماطًا عرضية متعددة الأنماط ، بينما تُسمى تلك التي تدعم نمطًا واحدًا أليافًا أحادية النمط (SMF). تتميز الألياف متعددة الأنماط عمومًا بقطر لبٍّ أكبر ^{[ 10 ]} وتُستخدم في وصلات الاتصال قصيرة المدى وفي التطبيقات التي تتطلب نقل طاقة عالية. أما الألياف أحادية النمط فتُستخدم في معظم وصلات الاتصال التي يزيد طولها عن 1000 متر (3300 قدم) . 

يُعدّ ربط الألياف الضوئية بفقد منخفض أمرًا بالغ الأهمية في اتصالات الألياف الضوئية. ^{[ 11 ]} وهو أكثر تعقيدًا من ربط الأسلاك أو الكابلات الكهربائية، إذ يتطلب قطعًا دقيقًا للألياف، ومحاذاة دقيقة لنوى الألياف، وربط هذه النوى المحاذية. في التطبيقات التي تتطلب اتصالًا دائمًا، يُستخدم عادةً وصل الانصهار . في هذه التقنية، يُستخدم قوس كهربائي لصهر أطراف الألياف معًا. وهناك تقنية شائعة أخرى هي الوصل الميكانيكي ، حيث تُثبّت أطراف الألياف متصلة بقوة ميكانيكية. أما الوصلات المؤقتة أو شبه الدائمة فتُجرى باستخدام موصلات ألياف ضوئية متخصصة . ^{[ 12 ]}

يُعرف مجال العلوم التطبيقية والهندسة المعني بتصميم وتطبيق الألياف الضوئية باسم علم الألياف الضوئية . وقد صاغ هذا المصطلح الفيزيائي الهندي ناريندر سينغ كاباني ، الذي يُعتبر على نطاق واسع أب علم الألياف الضوئية. ^{[ 13 ]}

انتشار الموجات الراديوية هو سلوك الموجات الراديوية أثناء انتقالها، أو انتشارها ، من نقطة إلى أخرى، أو في مختلف طبقات الغلاف الجوي . ^{[ 14 ]} وباعتبارها شكلاً من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي ، مثل الموجات الضوئية، تتأثر الموجات الراديوية بظواهر الانعكاس والانكسار والحيود والامتصاص والاستقطاب والتشتت . ^{[ 15 ]} إن فهم تأثيرات الظروف المتغيرة على انتشار الموجات الراديوية له تطبيقات عملية عديدة، بدءًا من اختيار الترددات لمحطات البث الإذاعي الدولية قصيرة الموجة ، مرورًا بتصميم أنظمة هواتف محمولة موثوقة ، وصولًا إلى الملاحة الراديوية وتشغيل أنظمة الرادار .

تُستخدم أنواع مختلفة من الانتشار في أنظمة الإرسال اللاسلكي العملية. يُقصد بالانتشار المباشر انتقال الموجات اللاسلكية في خط مستقيم من هوائي الإرسال إلى هوائي الاستقبال. يُستخدم هذا النوع من الإرسال في الاتصالات اللاسلكية متوسطة المدى، مثل الهواتف المحمولة ، والهواتف اللاسلكية ، وأجهزة الاتصال اللاسلكي ، والشبكات اللاسلكية ، وبث الراديو والتلفزيون بتقنية FM، والرادار ، والاتصالات عبر الأقمار الصناعية ، مثل البث التلفزيوني عبر الأقمار الصناعية . يقتصر مدى الإرسال المباشر على سطح الأرض على المسافة إلى الأفق المرئي، والتي تعتمد على ارتفاع هوائيات الإرسال والاستقبال. وهو الطريقة الوحيدة الممكنة للانتشار عند ترددات الميكروويف وما فوقها. عند ترددات الميكروويف، قد يؤدي وجود الرطوبة في الغلاف الجوي ( تلاشي الإشارة بسبب المطر ) إلى إضعاف الإرسال.

عند الترددات المنخفضة في نطاقات التردد المتوسط ​​والمنخفض والمنخفض جدًا ، وبسبب الانعراج ، يمكن للموجات الراديوية أن تنحني فوق العوائق كالتلال، وتنتقل إلى ما وراء الأفق كموجات سطحية تتبع تضاريس الأرض. تُسمى هذه الموجات بالموجات الأرضية . تستخدم محطات البث الإذاعي بتقنية AM الموجات الأرضية لتغطية مناطق بثها. ومع انخفاض التردد، يقل التوهين مع المسافة، لذا يمكن استخدام الموجات الأرضية ذات التردد المنخفض جدًا (VLF) والمنخفض للغاية (ELF) للتواصل عالميًا. تستطيع موجات VLF وELF اختراق مسافات كبيرة عبر الماء والأرض، وتُستخدم هذه الترددات في الاتصالات المتعلقة بالألغام والاتصالات العسكرية مع الغواصات.

في نطاقات الموجات المتوسطة والقصيرة ( نطاقي MF و HF ) ، تنكسر الموجات الراديوية بفعل طبقة من الجسيمات المشحونة ( الأيونات ) في طبقات الجو العليا، تُسمى الأيونوسفير . هذا يعني أن الموجات الراديوية المُرسلة بزاوية نحو السماء يمكن أن تنعكس عائدةً إلى الأرض خلف الأفق، على مسافات شاسعة، حتى أنها قد تعبر القارات. يُعرف هذا باسم انتشار الموجات السماوية . يستخدمه هواة الراديو للتواصل مع الدول الأخرى ومحطات البث الإذاعي للموجات القصيرة التي تبث دوليًا. يُعدّ الاتصال عبر الموجات السماوية متقلبًا، إذ يعتمد على ظروف طبقات الجو العليا؛ ويكون أكثر موثوقية ليلًا وفي فصل الشتاء. ونظرًا لعدم موثوقيته، ومنذ ظهور أقمار الاتصالات الصناعية في ستينيات القرن الماضي، أصبحت العديد من الاتصالات بعيدة المدى التي كانت تستخدم الموجات السماوية تعتمد الآن على الأقمار الصناعية.

بالإضافة إلى ذلك، هناك العديد من آليات انتشار الراديو الأقل شيوعًا، مثل التشتت التروبوسفيري (التروبوسكاتر) وموجة السماء ذات السقوط العمودي القريب (NVIS)، والتي تستخدم في أنظمة الاتصالات المتخصصة.