تصور کنید می‌خواهید با دوست خود در یک شهر شلوغ صحبت کنید! اگر همزمان هزاران نفر با صدای بلند حرف بزنند، چگونه صدای شما به گوش او می‌رسد؟ فرکانس دقیقاً همان “زبان مخفی” است که به امواج رادیویی اجازه می‌دهد بدون تداخل، اطلاعات را منتقل کنند! در دنیای وایرلس و ارتباطات بی‌سیم، فرکانس نه فقط یک عدد، بلکه تعیین‌کننده سرعت، برد و کیفیت ارتباط است. فرکانس پارامتری است که قطعا نام آن را در جدول مشخصات دستگاه‌های مختلف دیده‌اید. این پارامتر چه مفهومی دارد و چه چیزی را نشان می‌دهد؟ در حوزه ارتباطات رادیویی فرکانس به چه معناست؟ در این مقاله به بررسی مفهوم فرکانس می‌پردازیم و اهمیت مؤلفه فرکانس در هنگام خرید آنتن های رادیویی و آنتن وایرلس را بررسی می‌کنیم.
فرکانس چیست؟
برای درک مفهوم فرکانس اجازه دهید یک مثال بزنیم. فرض کنید در یک دقیقه (یا همان60 ثانیه) 10 بار پلک می‌زنید. پلک زدن را نیز یک “رخداد تکراری” در نظر می‌گیریم. از تقسیم تعداد تکرار یک عمل بر واحد زمان (که همان ثانیه باشد) مفهومی حاصل می‌شود که آن را فرکانس یا بسامد می‌نامیم. پس در این مثال، بسامد پلک زدن شما برابر با یا به عبارتی 0.16 هرتز است. هرتز واحد اندازه‌گیری frequency است و اگر بخواهیم آن را تعریف کنیم همان تعداد تکرار یک عمل تکراری در یک ثانیه است.
به معکوس frequency، دوره تناوب می‌گویند. پس در مثال بالا دوره تناوب پلک زدن شما برابر با یا همان 6 است. یعنی هر 6 ثانیه یک‌بار، پلک می‌زنید.
آشنایی با این دو مفهوم ما را در درک مشخصات فنی تجهیزات شبکه های مخابراتی کمک می‌کند. اطلاعات در دنیای شبکه های مخابراتی روی امواج سوار و از فرستنده به گیرنده منتقل می‌شوند. امواج به طور مرتب ساطع می‌شوند. پس رخداد تکراری (یا پدیده تناوبی) که در بالا توضیح دادیم در این مثال، همان امواج مخابراتی یا رادیویی هستند.
جدول محدوده فرکانسی
فرکانس امواج مخابراتی یا رادیویی می‌تواند در محدوده‌های متفاوتی باشد. هر محدوده‌ای دارای نام و ویژگی‌های خاص خودش است. در جدول زیر تقسیم‌بندی باندهای فرکانسی را مشاهده می‌کنید. فقط در نظر داشته باشید که طبق پیشوندهای یکاها در فیزیک:
کیلو یا K به معنای هزار، مگا یا M به معنای میلیون، گیگا یا G به معنای میلیارد و ترا یا T به معنای بیلیون یا همان هزار میلیارد است. پس دو مگاهرتز یعنی دو میلیون هرتز. سه گیگاهرتز یعنی سه میلیارد هرتز.
| شماره باند فرکانسی (محدوده frequency) | نام محدوده frequency | محدوده فرکانسی | کاربرد |
| 1 | فوق‌العاده پایین (ELF) | 3~30 Hz | |
| 2 | صدا یا بسامد شنیداری (VF) | 300~3000 Hz | |
| 3 | بسیار پایین(VLF) | 3~30 KHz | ارتباطات و مسیریابی دریایی |
| 4 | پایین(LF) | 30~300 KHz | |
| 5 | متوسط(MF) | 300~3000 KHz | موج AM رادیو، مناسب برای امواج فرودگاهی و هواپیمایی |
| 6 | بالا(HF) | 3~30 MHz | |
| 7 | بسیار بالا(VHF) | 30~300 MHz | سیگنال های VHF تلویزیون، موج FM رادیو |
| 8 | فوق‌العاده بالا(UHF) | 300~3000 MHz | سیگنال های UHF تلویزیون و سیگنال های موبایل، وای‌فای، GPS، 4G |
| 9 | فوق‌العاده بسیار بالا(SHF) | 3~30 GHz | ارتباطات ماهواره‌ای، Wi-Fi |
| 10 | فوق‌العاده به‌شدت بالا(EHF) | 30~300 GHz | ارتباطات ماهواره‌ای و مخابراتی دوربرد، ستاره‌شناسی |
| 11 | تراهرتز(THF) | 300GHz ~ 3THz |
امواج رادیویی
همان‌طور که میدانید موج الکترومغناطیسی از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی ساطع می‌شود. یک نوع از امواج الکترومغناطیسی، امواج رادیویی یا همان RF هستند که با سرعت نور در محیط حرکت می‌کنند و از آنتن ها منتشر می‌شوند. سیستم‌های مخابراتی این مدل از امواج را می‌فرستند یا دریافت می‌کنند. این امواج حامل سیگنال های رادیویی هستند که کار آنتن ها، دریافت این سیگنال ها است. با انتقال اطلاعات بر بستر امواج رادیویی شاهد کاهش قابل توجه تجهیزاتی مثل سیم و کابل در شبکه های مخابراتی هستیم که قاعدتا باعث صرفه‌جویی در هزینه‌ها می‌شود. اطلاعات و دیتا، متناسب با frequency که دارند منتقل می‌شوند. به بسامدهای بین 30 کیلوهرتز تا 300 گیگاهرتز frequency رادیویی یا بسامد RF گفته می‌شود که موضوع اصلی این مقاله است. هر موج رادیویی 3 ویژگی مهم دارد: frequency ، طول موج و قدرت که در مقالات آینده دو مورد آخر را بیشتر شرح خواهیم داد.
بسامد های بیشتر از 30 مگاهرتز قدرت عبور از موانع مختلف مثل دیوار ساختمان و … دارند. حال اگر مانعی بین دو آنتن وجود داشته باشد که اجازه انتشار امواج را ندهد، از روش دیگری برای انتقال امواج استفاده می‌کنند. به این صورت که امواج از فرستنده به آنتن ارسال می‌شود. آنتن پس از دریافت، امواج را برای گیرنده می‌فرستند. در این مورد هم در مقالات گوناگون سایت فراموج (لینک بده) توضیح داده ایم.
باندهای فرکانسی
در شبکه های وایرلس معمولادو نوع باند فرکانسی پرکاربرد داریم: باند 2.4GHz و باند 5GHz . البته باندهای 6 و 7 گیگاهرتز هم داریم که در مقاله مربوطه به آن اشاره خواهیم داشت. باند فرکانسی نحوه انتقال اطلاعات بین دستگاه‌های وایرلس را مشخص می‌کند. این باندها از امواج رادیویی استفاده می‌کنند. وایرلس ها و وای فای هم از همین دو باند استفاده می‌کنند. (مثل روترهای امروزی که از هر دو باند پشتیبانی می‌کنند. )
باند فرکانسی 2.4GHz
باند 2.4GHz معمولا نرخ تبادل اطلاعات پایین‌تری دارد. سرعت انتقال اطلاعات در این باند frequency بین 450 تا 600 مگابیت بر ثانیه است. اما منطقه وسیعی را پوشش می‌دهد. قدرت عبور از دیوار و ساختمان‌ها را دارد و بسیار پرکاربرد است. به دلیل پرکاربرد بودن، امکان تداخل frequency در شبکه های مختلف روی این باند وجود دارد. مایکروویو، تلفن‌های بی سیم و دستگاه‌های بلوتوث هم از باند 2.4G استفاده می‌کنند.
باند فرکانسی 5GHz
باند 5GHz سرعت انتقال داده بسیار بیشتری از باند فرکانسی 2.4GHz دارد. سرعت آن‌ها به طور متوسط حدود 1300 مگابیت بر ثانیه است. اما منطقه کوچک‌تری را پوشش می‌دهند. به طور کلی هرچه frequency بالاتر باشد، سرعت انتقال اطلاعات سوار شده روی امواج نیز بیشتر است. اما وسعت و ناحیه پوشش‌دهی کاهش می‌یابد. امواجی که اطلاعات را روی این باند منتقل می‌کنند قدرت نفوذ کمی برای عبور از ساختمان و دیوار و … دارند. به همین دلیل عمدتا در محیط‌های باز و بدون مانع از آن‌ها استفاده می‌شود. چون دستگاه‌های کمتری از این باند frequency استفاده می‌کنند، پس محیط شلوغی در فضای باز ندارند و کمتر دچار اختلال می‌شوند. (البته در سالهای اخیر و با افزایش روزافزون شبکه های مخابراتی، می توان گفت این باند هم در حال اشباع شدن است!)
پس به طور کلی اینکه از کدام‌یک باید استفاده کنید به شرایط شما بستگی دارد. از این رو حتما ارزیابی مناسبی از تجهیزات مدنظرتان داشته باشید.
اهمیت مؤلفه فرکانس در هنگام خرید آنتن های رادیویی
در هنگام خرید آنتن های رادیویی ( آنتن وایرلس ) توجه به ویژگی frequency بسیار مهم است. آنتن وایرلس باید پوشش کاملی از باندهای فرکانسی در رادیوهای مورد استفاده در تجهیزات شما را داشته باشد. این موضوع می تواند به معیارهای مختلفی بستگی داشته باشد. یعنی باید به طور دقیق مشخص شود که کدام باند فرکانسی برای شبکه شما مناسب است و فاصله مدنظرتان چقدر است. در این صورت به خوبی می توانید از این مولفه در هنگام خرید آنتن های رادیویی بهر بگیرید. پس حتما به مؤلفه باند فرکانسی در آنتن توجه داشته باشید. در نام تجاری اغلب آنتن های وایرلس به باند فرکانسی اشاره شده است.
انتخاب آنتن رادیویی مناسب، یکی از تصمیمات حیاتی در طراحی هر سیستم بی‌سیم است. اما در میان تمام پارامترهای فنی، فرکانس کاری (Frequency) به عنوان کلیدی‌ترین مؤلفه شناخته می‌شود. چرا؟ زیرا فرکانس، مستقیماً بر عملکرد، برد، پهنای باند و حتی سازگاری آنتن با سیستم شما تأثیر می‌گذارد
۱. رابطه فرکانس با طول موج و طراحی آنتن
بسامد (بر حسب هرتز) معکوس طول موج (λ) است و این رابطه در طراحی آنتن نقش اساسی دارد.
۲. تأثیر بسامد بر برد و تضعیف سیگنال
فرکانس، تعیین‌کننده میزان تضعیف سیگنال در فضای آزاد و محیط‌های مختلف است:
- فرکانس‌های پایین (مثل HF/VHF):
تضعیف کمتر در جو و عبور بهتر از موانع (مناسب برای ارتباطات طولانی‌مدت).
کاربرد: ارتباطات دریایی، رادیوی آماتور، سیستم‌های اضطراری.
- فرکانس‌های بالا (مثل UHF/مایکروویو):
تضعیف بیشتر در جو و جذب توسط موانع (باران، دیوارها).
نیاز به دید مستقیم (LOS) برای ارتباط پایدار.
کاربرد: شبکه‌های سلولی (5G)، رادار، لینک‌های نقطه‌به‌نقطه.
۳. پهنای باند (Bandwidth) و تطابق امپدانس
آنتن‌ها معمولاً برای یک باند فرکانسی خاص طراحی می‌شوند.
پهنای باند عملیاتی آنتن باید با سیگنال ارسالی/دریافتی شما سازگار باشد.
عدم تطابق بسامد → کاهش راندمان (SWR بالا) و اتلاف توان.
مثال کاربردی:
یک آنتن wideband برای پوشش چندین سرویس (GSM, LTE, 5G) مناسب است.
آنتن narrowband برای کاربردهای IoT با مصرف انرژی کم بهینه است.
۴. گین (بهره) آنتن و جهت‌دهی
فرکانس‌های بالا امکان ساخت آنتن‌های با گین بالا (مانند آنتن‌های پارابولیک) را فراهم می‌کنند.
در فرکانس‌های پایین، دستیابی به گین بالا نیاز به آنتن‌های بسیار حجیم دارد.
انتخاب بر اساس نیاز:
آنتن همه‌جهته (Omni): مناسب برای پوشش 360 درجه (مثل ارتباطات موبایل).
آنتن جهت‌دار (Yagi, Dish): برای ارتباطات نقطه‌به‌نقطه با برد بالا.
۵. ملاحظات قانونی و تداخل فرکانسی
هر کشور محدوده‌های فرکانسی مخصوصی برای کاربردهای تجاری، نظامی و عمومی تعیین می‌کند.
استفاده از آنتن خارج از باند مجاز ممکن است منجر به جریمه یا اختلال در سرویس‌های دیگر شود.
مثال:
آنتن‌های WiFi باید در محدوده 2.4 GHz یا 5 GHz (طبق قوانین FCC/ETSI) عمل کنند.
چطور آنتن مناسب را بر اساس فرکانس انتخاب کنیم؟
- محدوده فرکانسی دستگاه خود را شناسایی کنید (مثلاً 900 MHz برای IoT یا 5.8 GHz برای FPV drones).
- پهنای باند مورد نیاز را تعیین کنید (آیا به آنتن wideband نیاز دارید؟).
- به گین و الگوی تشعشعی آنتن توجه کنید (اُمنی یا جهت‌دار؟).
- مطمئن شوید آنتن با استانداردهای محلی سازگار است.
تداخل فرکانسی به چه معناست؟
به همپوشانی دو یا چند موج مختلف رادیویی در یک گیرنده، تداخل می‌گویند. در چنین حالتی سیگنال ها به خوبی دریافت نمی‌شوند. یعنی سیگنال ها ضعیف می‌شوند و باعث کم شدن سرعت وای فای می‌شوند. اگر تداخل شدید باشد، ارتباط به طور کلی قطع می‌شود. متأسفانه امکان تداخل فرکانسی بسیار بالاست. اما سه راهکار اصلی برای حل این مشکل وجود دارد:
- راه اول، انتخاب یکی از 11 کانال موجود در باند فرکانسی 4G یا یکی از 45 کانال موجود در باند فرکانسی 5G است. این کانال‌ها برای عدم تداخل تنظیم شده‌اند و در هنگام کانفیگ می توانید آن را انتخاب کنید.
- یک راه، رعایت فاصله جغرافیایی بین دو آنتن است. البته این فاصله نباید خیلی دور و نباید خیلی نزدیک باشد.
- راه دیگر استفاده از پلاریزاسیون های مخالف است. در مقاله‌ای جداگانه به مفهوم پلاریزاسیون پرداخته‌ایم که توصیه می‌کنیم آن را مطالعه کنید (لینک). با استفاده از پلاریزاسیون مخالف، امکان تداخل فرکانسی تا حد قابل قبولی کاهش می‌یابد.
سخن پایانی
اگر قصد خرید آنتن وایرلس دارید باید در ابتدا شرایط تجهیزات و محیط خود را ارزیابی کنید و بعد از آن با توجه به مؤلفه‌های مختلف از جمله frequency ، یک آنتن مناسب را انتخاب کنید. اگر محیط بزرگ و با موانع مختلف دارید بهترین انتخاب آنتن هایی با باند فرکانسی 2.4 G است. در غیر این صورت باند فرکانسی 5G و 6G گزینه مناسبی خواهد بود. در این مقاله به طور کامل به بررسی مفهوم frequency، محدود فرکانسی و مباحث مربوط به آن پرداختیم و اهمیت بسامد در هنگام خرید آنتن های رادیویی وایرلس را برشمردیم.
سؤالات متداول
- بسامد چیست؟ از تقسیم تعداد تکرار یک عمل بر واحد زمان (که همان ثانیه باشد) مفهومی حاصل می‌شود که آن را frequency یا بسامد می‌نامیم.
- باند 4GHz و باند 5GHz چه فرقی با هم دارند؟ باند 2.4GHz برای محیط‌های بزرگ با نرخ تبادل اطلاعات پایین‌تر مناسب‌تر است. اما باند 5GHz در محیط‌های کوچک که نیاز به‌سرعت انتقال بالایی دارند کاربرد دارد.
