سیستم ارتینگ یکی از مهم‌ترین بخش‌های حفاظت الکتریکی در تجهیزات الکترونیکی و مخابراتی است. به طور کلی، ارتینگ به دو روش ارت سنتی (چاه ارت، میله‌های مسی، صفحات گرافیتی و بنتونیت) و ارت الکترونیکی (ارت اکتیو) انجام می‌شود.
ارت الکترونیکی به عنوان یک جایگزین برای روش‌های سنتی معرفی شده و در برخی محیط‌ها مانند ساختمان‌های بلند و مناطق صخره‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما آیا این روش برای تجهیزات مخابراتی با فرکانس بالا نیز مناسب است؟ در این مقاله، مشکلات ارت الکترونیکی در سیستم‌های مخابراتی را بررسی می‌کنیم.
آنچه در این مقاله می‌خوانید
مشکلات ارت الکترونیکی در تجهیزات مخابراتی با فرکانس بالا
۱. افزایش امپدانس زمین و تأثیر آن بر سیگنال‌های RF
یکی از مهم‌ترین عوامل در سیستم‌های مخابراتی، کم بودن امپدانس زمین است. امپدانس بالا باعث بروز مشکلاتی در برگشت سیگنال‌های RF و افزایش انعکاس و اعوجاج (Distortion) در سیگنال‌ها می‌شود.
در یک سیستم مخابراتی، زمین باید به عنوان یک مرجع سیگنال پایدار عمل کند. اگر امپدانس زمین بالا باشد، سیگنال‌های برگشتی نمی‌توانند مسیر خود را به درستی طی کنند و در نتیجه کاهش کیفیت ارتباطات مخابراتی و افزایش تداخل سیگنال‌ها رخ می‌دهد.
ارت الکترونیکی به دلیل ساختار مدارهای داخلی خود، در فرکانس‌های بالا رفتاری غیرخطی دارد که باعث تغییرات ناخواسته در مسیر سیگنال‌های RF می‌شود. این موضوع می‌تواند روی کیفیت مخابراتی و توان عملیاتی تجهیزات بی‌سیم و رادیویی اثر منفی بگذارد.
۲. افزایش نویز زمین و تأثیر آن بر سازگاری الکترومغناطیسی (EMC)
یکی از مشکلات رایج در سیستم‌های مخابراتی نویز زمین (Ground Noise) و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) است.
- نویز زمین چیست؟ نویز زمین زمانی اتفاق می‌افتد که بین نقاط مختلف سیستم ارت اختلاف پتانسیل ایجاد شود و جریان‌های ناخواسته در مسیرهای ارت حرکت کنند.
- تداخل الکترومغناطیسی چیست؟ تجهیزات الکترونیکی و مخابراتی به دلیل تولید سیگنال‌های RF، ممکن است بر یکدیگر تأثیر بگذارند و باعث ایجاد تداخل شوند.
از آنجایی که ارت الکترونیکی دارای مدارهای الکترونیکی فعال است، خود می‌تواند یک منبع تولید نویز باشد. این نویزها از طریق سیستم زمین به سایر تجهیزات منتقل شده و باعث بروز مشکلاتی مانند کاهش دقت سیگنال‌ها، افت کیفیت ارتباطات و ایجاد خطا در پردازش داده‌های مخابراتی می‌شود.
۳. مشکل هم‌شنوایی (Crosstalk) در خطوط مخابراتی
یکی دیگر از مشکلات ارت الکترونیکی در تجهیزات مخابراتی، هم‌شنوایی یا Crosstalk است.
- هم‌شنوایی چیست؟ این پدیده زمانی رخ می‌دهد که یک سیگنال مخابراتی ناخواسته در یک مدار یا کابل مجاور القا شده و باعث اختلال در ارتباطات می‌شود.
چرا ارت الکترونیکی Crosstalk را افزایش می‌دهد؟
- ارت الکترونیکی به جای ایجاد یک مسیر تخلیه کم‌امپدانس و مستقیم، از مدارات الکترونیکی برای تنظیم زمین استفاده می‌کند. این موضوع باعث افزایش اختلاف پتانسیل ناخواسته در مسیرهای موازی زمین و کابل‌های سیگنال می‌شود.
- در فرکانس‌های بالا، این اختلاف پتانسیل باعث القاء سیگنال‌های ناخواسته در کابل‌های مجاور شده و در نتیجه کیفیت ارتباط کاهش می‌یابد
به همین دلیل، در مراکز داده، برج‌های مخابراتی و سایت‌های مخابراتی حرفه‌ای، از زمین‌های مستقل و فیزیکی برای سیگنال‌های مخابراتی استفاده می‌شود و ارت الکترونیکی گزینه‌ی مناسبی نیست.
۴. مشکل در تخلیه اضافه ولتاژ و صاعقه
یکی از وظایف اصلی سیستم زمین، تخلیه اضافه ولتاژها و جریان‌های ناشی از صاعقه و نویزهای گذرا (Transient Noise) است.
در یک سیستم ارتینگ سنتی، جریان‌های ناگهانی ناشی از صاعقه و اضافه ولتاژ به طور مستقیم به زمین منتقل می‌شوند، زیرا مسیر زمین فیزیکی ظرفیت بالایی برای جذب جریان‌های ناگهانی دارد.
اما در ارت الکترونیکی، مسیر تخلیه از طریق مدارهای الکترونیکی محدود شده است. این مدارها نمی‌توانند جریان‌های بسیار بالای صاعقه را مدیریت کنند و در نتیجه ممکن است:
- ارت الکترونیکی بسوزد و از کار بیفتد.
- جریان اضافی به بدنه تجهیزات منتقل شود و باعث آسیب‌دیدگی دستگاه‌های مخابراتی حساس شود.
- اختلاف پتانسیل بین بخش‌های مختلف تجهیزات افزایش پیدا کند و موجب خرابی پردازنده‌ها، مدارهای مجتمع و آسیب به ترانزیستورهای فرکانس بالا شود.
به همین دلیل، در برج‌های مخابراتی، دکل‌های رادیویی و ایستگاه‌های زمینی ماهواره‌ای، استفاده از چاه ارت سنتی و سیستم‌های ارتینگ پیشرفته با استفاده از میله‌های مسی، صفحات گرافیتی و بنتونیت توصیه می‌شود.
۵. مشکل در هماهنگی با سایر سیستم‌های ارتینگ سایت مخابراتی
در یک سایت مخابراتی معمولاً چندین نوع زمین استفاده می‌شود:
- زمین حفاظتی: برای تخلیه صاعقه و اضافه ولتاژ.
- زمین سیگنال: برای مرجع سیگنال‌های RF و جلوگیری از تداخل.
- زمین تجهیزات الکترونیکی: برای حفاظت از دستگاه‌ها.
همه این سیستم‌ها باید به صورت هماهنگ کار کنند تا از جریان‌های گردشی ناخواسته و تداخل بین سیستم‌ها جلوگیری شود.
اگر در یک سایت مخابراتی از ارت الکترونیکی استفاده شود، احتمال دارد که این هماهنگی از بین برود و باعث موارد زیر شود :
- ایجاد مسیرهای غیرطبیعی برای جریان‌های نشتی شود.
- افزایش هم‌شنوایی و تداخل بین دستگاه‌های مختلف شود.
- باعث افزایش نویز زمین و مشکلات عملکردی در تجهیزات فرکانس بالا شود.
آیا ارت الکترونیکی کاربردی دارد؟
با وجود مشکلاتی که ارت الکترونیکی در تجهیزات مخابراتی با فرکانس بالا ایجاد می‌کند، این نوع ارتینگ در برخی شرایط می‌تواند گزینه‌ی مناسبی باشد. برای مثال، در ساختمان‌های مسکونی، مراکز اداری کوچک و مکان‌هایی که امکان حفر چاه ارت وجود ندارد، ارت الکترونیکی می‌تواند به عنوان یک راه‌حل جایگزین برای حفاظت در برابر اضافه ولتاژها و نوسانات الکتریکی به کار رود. اما، در تجهیزات حساس مانند سیستم‌های کنترلی PLC، تابلوهای برق صنعتی و دستگاه‌های آزمایشگاهی که به یک زمین پایدار نیاز دارند، ارت الکترونیکی نمی‌تواند مفید باشد. برای این کاربرد ها و کاربردهای مخابراتی، فرکانس بالا و سایت‌های RF، همچنان ارتینگ سنتی بهترین انتخاب است.
چرا ارت الکترونیکی برای تجهیزات مخابراتی مناسب نیست؟
- افزایش امپدانس زمین : باعث تضعیف سیگنال‌های RF و ایجاد اعوجاج در ارتباطات می‌شود.
- افزایش نویز زمین : باعث کاهش دقت سیگنال‌ها و افزایش تداخل بین فرکانسی می‌شود.
- افزایش Crosstalk : کیفیت ارتباطات را کاهش داده و عملکرد تجهیزات را مختل می‌کند.
- عدم توانایی در تخلیه صاعقه : ریسک خرابی تجهیزات را افزایش می‌دهد.
- عدم هماهنگی با سایر سیستم‌های ارتینگ باعث ایجاد مسیرهای ناخواسته برای جریان‌های نشتی و نویز الکترومغناطیسی می‌شود.
بنابراین، برای سایت‌های مخابراتی، برج‌های رادیویی و تجهیزات RF، استفاده از ارت سنتی (چاه ارت و الکترودهای مسی یا گرافیتی) همچنان بهترین روش ارتینگ است.
اگر به دنبال راهکارهای حرفه‌ای ارتینگ و حفاظت الکتریکی برای تجهیزات مخابراتی، صنعتی یا ساختمان‌های اداری هستید، تیم متخصص تسلا الکترون آماده ارائه مشاوره، طراحی و اجرای سیستم‌های ارتینگ استاندارد است. با ما تماس بگیرید تا بهترین راهکار را برای افزایش ایمنی و کاهش نویزهای الکتریکی در تجهیزات خود دریافت کنید.