نطاق راديو ISM

نطاقات الترددات الراديوية ISM هي أجزاء من الطيف الراديوي مخصصة دوليًا للأغراض الصناعية والعلمية والطبية (ISM)، باستثناء تطبيقات الاتصالات . ^{[ 1 ]} تشمل أمثلة تطبيقات استخدام طاقة الترددات الراديوية (RF) في هذه النطاقات التسخين بالترددات الراديوية ، وأفران الميكروويف ، وأجهزة العلاج الحراري . يمكن أن تُحدث الانبعاثات القوية لهذه الأجهزة تداخلًا كهرومغناطيسيًا وتُعطّل الاتصالات اللاسلكية التي تستخدم التردد نفسه ، لذا فإن هذه الأجهزة محدودة بنطاقات ترددات معينة. بشكل عام، يجب أن تتحمل معدات الاتصالات العاملة في نطاقات ISM أي تداخل ناتج عن تطبيقات ISM، ولا يتمتع المستخدمون بأي حماية تنظيمية من تشغيل أجهزة ISM في هذه النطاقات.

على الرغم من الغرض الأصلي من تخصيص هذه النطاقات، إلا أن استخدامها الأسرع نموًا في السنوات الأخيرة كان لأنظمة الاتصالات اللاسلكية قصيرة المدى ومنخفضة الطاقة ، نظرًا لأن هذه النطاقات غالبًا ما تكون معتمدة لمثل هذه الأجهزة، والتي يمكن استخدامها دون ترخيص حكومي، كما هو مطلوب عادةً لأجهزة الإرسال. ويُختار تردد ISM لهذا الغرض غالبًا لأنه مصمم لتحمل مشاكل التداخل. ويمكن للهواتف اللاسلكية ، وأجهزة البلوتوث ، وأجهزة الاتصال قريب المدى (NFC)، وأجهزة فتح أبواب المرآب ، وأجهزة مراقبة الأطفال ، وشبكات الحاسوب اللاسلكية ( Wi-Fi ) استخدام ترددات ISM، مع العلم أن أجهزة الإرسال منخفضة الطاقة هذه لا تُعتبر من أجهزة ISM.

تُحدد نطاقات ISM بموجب لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات الراديوية (المادة 5) في الحواشي 5.138 و5.150 و5.280 من هذه اللوائح . وقد يختلف استخدام هذه النطاقات من دولة لأخرى نظرًا لاختلاف اللوائح الراديوية الوطنية. ولأن أجهزة الاتصال التي تستخدم نطاقات ISM يجب أن تتحمل أي تداخل من معدات ISM، يُسمح عادةً للأجهزة غير المرخصة باستخدام هذه النطاقات، إذ إنها تحتاج في الأصل إلى تحمل التداخل من الأجهزة الأخرى. وتتشارك نطاقات ISM في تخصيصاتها مع الأجهزة المرخصة وغير المرخصة؛ إلا أنه نظرًا لارتفاع احتمالية حدوث تداخل ضار، يكون استخدام هذه النطاقات من قِبل الأجهزة المرخصة منخفضًا عادةً. في الولايات المتحدة، تخضع استخدامات نطاقات ISM للجزء 18 من قواعد لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC)، ^{[ 2 ]} بينما يتضمن الجزء 15 قواعد أجهزة الاتصال غير المرخصة، حتى تلك التي تستخدم ترددات ISM. في أوروبا، يضع المعهد الأوروبي لمعايير الاتصالات (ETSI) معايير استخدام الأجهزة قصيرة المدى ، والتي يعمل بعضها في نطاقات ISM. ويخضع استخدام نطاقات ISM لتنظيم هيئات تنظيم الطيف الترددي الوطنية الأعضاء في CEPT.

تم تحديد نطاقات ISM لأول مرة في المؤتمر الدولي للاتصالات التابع للاتحاد الدولي للاتصالات في أتلانتيك سيتي عام 1947. واقترح الوفد الأمريكي على وجه التحديد عدة نطاقات، بما في ذلك  نطاق 2.4 جيجاهرتز الشائع استخدامه الآن، لاستيعاب عملية التسخين بالميكروويف التي كانت في بداياتها آنذاك؛ ^{[ 4 ]} ومع ذلك، تشير التقارير السنوية للجنة الاتصالات الفيدرالية في ذلك الوقت إلى أنه تم القيام بالكثير من التحضيرات قبل هذه العروض التقديمية. ^{[ 5 ]}

يتضمن تقرير اجتماع لجنة تخصيص الترددات المنعقد في 9 أغسطس 1947 ^{[ 6 ]} الملاحظة التالية:

أشار مندوب الولايات المتحدة، في معرض حديثه عن طلبه تخصيص التردد 2450 ميجاهرتز للمجالات الدولية للعلم والسياسة، إلى وجود جهاز للعلاج الحراري وجهاز طهي إلكتروني في الولايات المتحدة يعملان على هذا التردد، وأن الأخير قد يُركّب في نهاية المطاف على متن السفن والطائرات العابرة للمحيط الأطلسي. ولذلك، كان من المجدي محاولة التوصل إلى اتفاق عالمي بشأن هذا الموضوع.

استُخدمت الترددات الراديوية في نطاقات ISM لأغراض الاتصالات، على الرغم من أن هذه الأجهزة قد تتعرض للتداخل من مصادر غير متعلقة بالاتصالات. في الولايات المتحدة، منذ عام 1958، خُصص نطاق المواطنين من الفئة D ، وهو خدمة تابعة للجزء 95، لترددات مُخصصة أيضًا لنطاقات ISM. [1]

في الولايات المتحدة، أتاحت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) لأول مرة استخدام تقنية الطيف المنتشر غير المرخص في نطاقات ISM بموجب قواعد تم اعتمادها في 9 مايو 1985. ^{[ 7 ]} وقد اقترح مايكل ماركوس، أحد موظفي لجنة الاتصالات الفيدرالية، هذا الإجراء في عام 1980، واستغرقت الإجراءات التنظيمية اللاحقة خمس سنوات أخرى. وكان هذا جزءًا من اقتراح أوسع نطاقًا للسماح بالاستخدام المدني لتقنية الطيف المنتشر، وقد لاقى معارضة في ذلك الوقت من قبل مصنعي المعدات الرئيسيين والعديد من مشغلي أنظمة الراديو. ^{[ 8 ]}

قامت العديد من الدول الأخرى لاحقاً بوضع لوائح مماثلة، مما أتاح استخدام هذه التقنية. ^{[ 9 ]}

تُعرَّف التطبيقات الصناعية والعلمية والطبية (ISM) (لطاقة الترددات الراديوية) (تطبيقات ISM) - وفقًا للمادة 1.15 من لوائح الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) الراديوية (RR) ^{[ 10 ]} - بأنها « تشغيل المعدات أو الأجهزة المصممة لتوليد واستخدام طاقة الترددات الراديوية محليًا لأغراض صناعية أو علمية أو طبية أو منزلية أو ما شابه ذلك، باستثناء التطبيقات في مجال الاتصالات السلكية واللاسلكية ».

نصّت المواصفات الأصلية لنطاقات ISM على استخدامها بشكل أساسي لأغراض غير الاتصالات، كالتدفئة. ولا تزال هذه النطاقات تُستخدم على نطاق واسع لهذه الأغراض. بالنسبة للكثيرين، يُعدّ فرن الميكروويف المنزلي الذي يعمل بتردد 2.45  جيجاهرتز، والذي يستخدم الموجات الدقيقة لطهي الطعام، أكثر أجهزة ISM شيوعًا. كما تُعدّ التدفئة الصناعية مجالًا رئيسيًا آخر للتطبيقات، مثل التسخين بالحث ، والمعالجة الحرارية بالميكروويف، وتليين البلاستيك، وعمليات لحام البلاستيك . في المجال الطبي، تستخدم أجهزة العلاج الحراري بالموجات القصيرة والميكروويف موجات الراديو في نطاقات ISM لتطبيق تسخين عميق على الجسم بهدف الاسترخاء والشفاء. ومؤخرًا، يستخدم العلاج الحراري المفرط الموجات الدقيقة لتسخين الأنسجة وقتل الخلايا السرطانية.

مع ذلك، وكما هو موضح أدناه، أدى ازدياد ازدحام طيف الترددات الراديوية، وتطور الإلكترونيات الدقيقة ، وجاذبية الاستخدام غير المرخص، في العقود الأخيرة إلى طفرة هائلة في استخدامات هذه النطاقات لأنظمة الاتصالات قصيرة المدى للأجهزة اللاسلكية ، والتي تُعد الآن الاستخدام الأكبر لهذه النطاقات. ويُطلق على هذه الاستخدامات أحيانًا اسم "غير ISM" لأنها لا تندرج ضمن مجالات التطبيقات "الصناعية" و"العلمية" و"الطبية" التي كانت مُتصورة في الأصل.

يُعدّ استخدام الشبكات اللاسلكية ( واي فاي ) من أبرز تطبيقاتها . وتستخدم بروتوكولات الشبكات اللاسلكية IEEE 802.11ah ، وهي المعايير التي تُبنى عليها معظم الأنظمة اللاسلكية، نطاقات ISM. وتحتوي جميع أجهزة الكمبيوتر المحمولة ، وأجهزة الكمبيوتر اللوحية ، وطابعات الكمبيوتر ، والهواتف المحمولة تقريبًا على مودمات لاسلكية 802.11 تستخدم  نطاقي ISM بتردد 2.4 و5.7 جيجاهرتز. وتُعدّ تقنية البلوتوث تقنية شبكات أخرى تستخدم  نطاق 2.4 جيجاهرتز، وهو ما قد يُسبب مشاكل نظرًا لاحتمالية حدوث تداخل. ^{[ 11 ]}

تستخدم أجهزة الاتصال قريب المدى (NFC) مثل بطاقات التقارب والبطاقات الذكية غير التلامسية  نطاقات ISM ذات التردد المنخفض 13 و 27 ميجاهرتز.

ومن الأجهزة الأخرى قصيرة المدى التي تستخدم نطاقات ISM: الميكروفونات اللاسلكية ، وأجهزة مراقبة الأطفال ، وأجهزة فتح أبواب المرآب ، وأجراس الأبواب اللاسلكية ، وأنظمة الدخول بدون مفتاح للمركبات، وقنوات التحكم اللاسلكي للطائرات بدون طيار، وأنظمة المراقبة اللاسلكية ، وأنظمة RFID للبضائع، وأنظمة تتبع الحيوانات البرية .

تستخدم العديد من معايير LoRa الدولية نطاقات ISM لنقل البيانات منخفض الطاقة وطويل المدى ومنخفض المعدل.

تعتمد بعض تصاميم المصابيح عديمة الأقطاب على أجهزة ISM، التي تستخدم انبعاثات الترددات الراديوية لإثارة أنابيب الفلورسنت . أما مصابيح الكبريت فهي مصابيح بلازما متوفرة تجارياً ، تستخدم مغنطرونات  بتردد 2.45 جيجاهرتز لتسخين الكبريت وتحويله إلى بلازما متوهجة ساطعة .

تم اقتراح أنظمة نقل الطاقة اللاسلكية لمسافات طويلة وتجربتها، والتي تستخدم أجهزة إرسال عالية الطاقة وهوائيات تقويم ، بدلاً من خطوط النقل الهوائية والكابلات الأرضية ، لإرسال الطاقة إلى المواقع النائية. وقد درست وكالة ناسا استخدام نقل الطاقة بالميكروويف على تردد 2.45  جيجاهرتز لإعادة الطاقة التي تجمعها أقمار الطاقة الشمسية إلى الأرض.

وفي تطبيقات الفضاء أيضاً، يعتبر محرك الدفع الأيوني ذو الطبقة المزدوجة من نوع هيليكون نموذجاً أولياً لمحرك دفع المركبات الفضائية الذي يستخدم إرسالاً بتردد 13.56 ميجاهرتز لتفكيك الغاز وتسخينه إلى بلازما. 

في السنوات الأخيرة، تم استخدام نطاقات ISM أيضًا مع تطبيقات اتصالات غير مرخصة (غير ISM) تتحمل الأخطاء، مثل شبكات الاستشعار اللاسلكية في نطاقي 915  ميجاهرتز و2.450  جيجاهرتز، بالإضافة إلى شبكات LAN اللاسلكية والهواتف اللاسلكية في نطاقات 915  ميجاهرتز و2.450  جيجاهرتز و5.800  جيجاهرتز. ولأن الأجهزة غير المرخصة مُلزمة بتحمل انبعاثات ISM في هذه النطاقات، فإن المستخدمين غير المرخصين ذوي الطاقة المنخفضة قادرون عمومًا على العمل في هذه النطاقات دون التسبب في مشاكل لمستخدمي ISM. ولا يشترط أن تتضمن معدات ISM جهاز استقبال لاسلكي في نطاق ISM (على سبيل المثال، لا يحتوي فرن الميكروويف على جهاز استقبال).

في الولايات المتحدة، ووفقًا للقسم 15.5 من الباب 47 من قانون اللوائح الفيدرالية، يجب أن تقبل أجهزة الاتصالات منخفضة الطاقة التداخل من المستخدمين المرخص لهم في نطاق التردد هذا، ويجب ألا يتسبب الجهاز المشمول بالقسم 15 في أي تداخل مع المستخدمين المرخص لهم. تجدر الإشارة إلى أنه  لا ينبغي استخدام نطاق 915 ميجاهرتز في الدول خارج المنطقة 2 ، باستثناء تلك التي تسمح بذلك تحديدًا، مثل أستراليا (من 915 إلى 928 ميجاهرتز) وإسرائيل، وخاصة تلك التي تستخدم نطاق GSM-900 للهواتف المحمولة. كما تُستخدم نطاقات ISM على نطاق واسع في تطبيقات تحديد الهوية بترددات الراديو (RFID)، ويُعد نطاق 13.56 ميجاهرتز الأكثر استخدامًا، وهو  النطاق المستخدم في الأنظمة المتوافقة مع معيار ISO/IEC 14443، بما في ذلك تلك المستخدمة في جوازات السفر البيومترية والبطاقات الذكية اللاتلامسية .

في أوروبا، يخضع استخدام نطاق ISM للوائح الأجهزة قصيرة المدى الصادرة عن المفوضية الأوروبية ، استنادًا إلى التوصيات الفنية الصادرة عن CEPT ومعايير ETSI . وفي معظم أنحاء أوروبا، يُسمح باستخدام نطاق LPD433 للاتصالات الصوتية بدون ترخيص، بالإضافة إلى نطاق PMR446 .

تستخدم أجهزة الشبكة اللاسلكية نطاقات الموجات على النحو التالي:

• نطاقات IEEE 802.11 / Wi-Fi بتردد 2450  ميجاهرتز و 5800 ميجاهرتز 
•  نطاق البلوتوث 2450 ميجا هرتز ^{[ 12 ]} يندرج تحت WPAN
• تقنية ANT / ANT+ (المشتقة من Adaptive Network Topology) هي تقنية شبكات استشعار لاسلكية متعددة البث، مملوكة لشركة ANT Wireless، ولكنها متاحة للجميع. يمكن لأجهزة ANT استخدام أي تردد لاسلكي من 2400  ميجاهرتز إلى 2524  ميجاهرتز، باستثناء 2457  ميجاهرتز، وهو تردد مخصص لأجهزة ANT+. ^{[ 13 ]}
• IEEE 802.15.4 – Zigbee وشبكات المناطق الشخصية الأخرى قد تستخدم نطاقات ISM 915 ميجاهرتز و 2450 ميجاهرتز بسبب مشاركة التردد بين التخصيصات المختلفة. 

يمكن لشبكات LAN اللاسلكية والهواتف اللاسلكية استخدام نطاقات ترددية أخرى غير تلك المشتركة مع نطاقات ISM، ولكن هذا الاستخدام يتطلب موافقة كل دولة على حدة. تستخدم هواتف DECT طيفًا تردديًا مخصصًا خارج نطاقات ISM، ويختلف هذا الطيف بين أوروبا وأمريكا الشمالية. تتطلب شبكات LAN فائقة العرض نطاقًا تردديًا أكبر مما توفره نطاقات ISM، لذا صُممت المعايير ذات الصلة، مثل IEEE 802.15.4a، للاستفادة من الطيف الترددي خارج نطاقات ISM. على الرغم من أن هذه النطاقات الإضافية تقع خارج نطاقات ITM الرسمية الصادرة عن الاتحاد الدولي للاتصالات الراديوية (ITU-R)، إلا أنها تُستخدم أحيانًا بشكل خاطئ ضمن نطاقات ISM، نظرًا لاستخدامها في نفس أنواع الاتصالات الشخصية منخفضة الطاقة.

تستخدم العديد من العلامات التجارية لأجهزة التحكم اللاسلكي نطاق التردد 2.4 جيجاهرتز للتحكم عن بعد منخفض الطاقة في الألعاب، بدءًا من السيارات التي تعمل بالبنزين وحتى الطائرات المصغرة.

الاتصالات اللاسلكية الرقمية العالمية أو WDCT هي تقنية تستخدم طيف الراديو 2.4 جيجاهرتز .

استخدم مشروع جوجل لون نطاقات ISM (وتحديداً  نطاقات 2.4 و 5.8 جيجاهرتز) للاتصالات بين البالونات والبالونات والأرض.

وفقًا للجزء 97 من قانون اللوائح الفيدرالية 47، يتم استخدام بعض نطاقات ISM من قبل مشغلي الراديو الهواة المرخصين للاتصالات - بما في ذلك التلفزيون للهواة . 

• جهاز قصير المدى
• تخصيص التردد
• لاسلكي ثابت
• LPD433
• استخدام الراديو بتردد 2.4 جيجاهرتز

^{[ 1 ]}

• ترددات الهواتف اللاسلكية (مؤرشفة بتاريخ 1 يوليو 2006 في أرشيف الإنترنت )
• صفحة الاتحاد الدولي للاتصالات حول تعريفات نطاقات ISM
• صفحة الاتحاد الدولي للاتصالات بشأن لوائح الراديو
• نظام معلومات الترددات التابع للمكتب الأوروبي للاتصالات الراديوية، مؤرشف بتاريخ 8 أبريل 2009 على موقع Wayback Machine
• في الولايات المتحدة، يصف CFR 07/47cfr18 07.html الباب 47 الجزء 18 المؤرشف 2004-04-21 في Wayback Machine تنظيم نطاقات ISM.يتضمن بعض اللوائح الخاصة بأجهزة الشبكة المحلية اللاسلكية التي تعمل في ثلاثة من نطاقات الاتصالات منخفضة الطاقة، الجزء 15.