Header Ads

الاتصالات الإلكترونية ، الارسال والاستقبال ( The Electronic Communication )

الإتصالات الإلكترونية The Electronic Communication

كتب فيزياء

هي عبارة عن عملية إرسال وإستقبال ومعالجة الإشارة بين محطتين أو أكثر وذلك بإستعمال الدوائر الإلكترونية.

Ø إن اشارة المعلومات يمكن أن تأخذ إحدى الصيغتين إما إشارة تماثلية (مستمرة) أو إشارة رقمية (متقطعة). 

ويمكن تصنيف أنظمة الإتصالات الإلكترونية الى نوعين:

1) نظام الإتصالات التماثلية :Analog Communication system

هو عبارة عن نظام إلكتروني حيث ترسل الطاقة وتستقبل على شكل مستمر. 

2) نظام الإتصالات الرقمية :Digital Communication system 

هو عبارة عن نظام إلكتروني حيث الطاقة ترسل وتستقبل على شكل مستويات متقطعة.


مهما كان نظام الإتصالات فإنه يتشكل من العناصر التالية:

Ø منبع لإشارة المعلومات .

Ø قسم الإرسال (Transmitter).

Ø الوسط الناقل (ينقسم الى قسمين سلكي ولاسلكي).

Ø قسم الإستقبال (المستقبل Receiver )


تتكون منظومة الإتصال من بعض الدوائر المهمة :

1.دوائر أجهزة الإرسال.

2.دوائر أجهزة الإستقبال.

أولا دوائر أجهزة الإرسال:

1. المذبذب Oscillator 

2. المعدل Modulator 

3.مكبرات العزل Buffer Amplifier

4.مكبرات الإشارة الصوتية الخارجة من المايكروفون (mic amplifier)

5.مكبر قدرة إشارة التردد العالي (RF Amplifier) 

6.مرشحات إشارة التردد العالي (RF filter) 

7.الهوائي (antenna) 

نبدأ بأهم جزء في أي جهاز إرسال : 

1. المذبذب : Oscillator :

Ø هو دائرة كهربية يستخدم فيها الترانزستور أو الدوائر المتكاملة لتوليد تردد معين أو سعة ذاتية بدون إشارة دخل. 

Ø ويستخدم هذا الذبذب في أجهزة الإرسال أو الإستقبال .

* ويمكن أن يتكون المذبذب من ملف ومكثف أو من بلورة كريستالية لضبط الإهتزاز مع وجود دائرة تكبير.

* دائرة المذبذب وطريقة عملها .

شروط الحصول على تذبذب :

1. وجود دائرة تذبذب :(مكونة من مقاومة ومكثف وذلك في مجال التردد الصوتي – أو تتكون من ملف ومكثف أو بلورة كريستال (كوارتز)).

2. وجود مكبر يقوم بتكبير إشارة الذبذبة.

3. وجود جزء للتغذية الخلفية الموجبة حتى تستمر عملية التذبذب.

كيفية حساب ذبذبة الرنين :

Ø لحساب ذبذبة الرنين هناك معادلة يمكن عن طريقها معرفة تردد الرنين لأي دائرة رنين مكونة من ملف ومكثف :

f = 1 / [2π(LC)^½]

 حيث :

 f = التردد بالهيرتز 

 L = حث الملف بالهنري

 C = سعة المكثف بالفاراد 

2. المعدل : The Modulator 

المذبذب يقوم بإنتاج الموجة التي سوف يتم إرسالها ويمكن إستخدامه كجهاز إرسال بعد تركيب هوائي في خرجه .

q ولكنه سوف يرسل موجة حاملة فقط بدون تعديل أي بدون أصوات أو معلومات مرسلة ويسمى في هذه الحالة بجهاز إرسال CW أو موجة حاملة فقط.

q ولكي يرسل المذبذب أصوات أو المعلومات المراد نقلها عبر الترددات الراديوية لابد من وجود المعدل . 

q المعدل هو دائرة كهربية تقوم بطبع وتحميل سواء الأصوات أو المعلومات أو الإشارة المرئية على موجة عالية التردد المنتجة بواسطة المذبذب . 

q وذلك لإرسالها إلى مسافات بعيدة بواسطة الترددات الراديوية عن طريق هوائيات الإرسال.

q ويتم إستقبالها بواسطة أجهزة الإستقبال وفصل الموجة الحاملة عن إشارة المعلومات.

توجد عدة طرق للتعديل أهمها :

i. تعديل الإتساع Amplitude Modulation (AM)

i. تعديل التردد Frequency Modulation (FM)

i. تعديل الحزمة الجانبية الوحيدة Single Side Band (SSB)

i. تعديل زاوية الوجه Phase Modulation (PM)

تعديل الإتساع :Amplitude Modulation (AM)

هو عبارة عن تغير سعة أو إتساع الموجة الحاملة بواسطة إشارة التضمين بمقدار يتناسب مع إشارة التعديل .

أما الموجة الناتجة فتسمى موجة تضمين السعة (تعديل السعة)Amplitude Modulating Wave 

تعديل التردد Frequency Modulation

* هو عبارة عن تغير تردد الموجة الحاملة بواسطة إشارة التضمين بمقدار يتناسب مع التغير الذي يطرأ على إشارة التضمين .

* أما الموجة الناتجة تدعى موجة تضمين التردد (تعديل التردد) Frequency modulated Wave

تعديل الطور Phase Modulation (PM)

q هو عبارة عن تغير في طور الموجة الحاملة بواسطة إشارة التضمين بمقدار يتناسب مع التغير الحاصل في إشارة التضمين نفسها.

q أما الموجة الناتجة فتدعى موجة تضمين الطور phase modulated wave 

كشف التضمين (التعديل): Demodulation

عملية كشف التضمين أو ما يسمى كذلك بإزالة التضمين هي عبارة عن عمليات إستخلاص إشارة المعلومات من الموجة الحاملة.


عرض النطاق : Band Width

يعتبر عرض النطاق أحد العناصر الأساسية بجانب الضوضاء الذي يقلل من كفاءة نظم الإتصالات .

Ø هنا يجب التميييز بين نوعين من عرض النطاق :

1. عرض نطاق إشارة المعلومات Information Band Width “BW inf”

2. عرض نطاق قناة الإرسال أو ما يسمى كذلك عرض قناة النقل Channel Band Width “BW ch”

عرض نطاق إشارة المعلومات: “BW inf” :

هو عبارة عن الفرق بين التردد الأعلى والتردد الأدنى المحتويين ضمن إشارة المعلومات.

أما عرض نطاق القناة “BW ch” :

هو عبارة عن الفرق بين التردد الأعلى والتردد الأدنى الذين تسمح لهما القناة بالمرور.

وبالتالي نخلص إلى العلاقة التالية :

Ø حتى تنتقل إشارة المعلومات عبر أي قناة لابد أن يكون عرض نطاق إشارة المعلومات أقل أو يساوي عرض نطاق القناة . 

أي Bw inf ≤ BW ch 


BW inf = عرض نطاق إشارة المعلومات .

BW ch = عرض نطاق القناة.


Example:

إذا كان نظام الإرسال التلفزيوني الذي يستخدم الكوابل للنقل له عرض نطاق من 500 KHZ إلي 5000 KHZ أوجد :

1) عرض نطاق القناة.

2) هل هذه القناة تسمح بمرور الإشارات الصوتية.

3) هل تتمكن الإشارات ذات الترددات العالية من العبور خلالها.


أنماط الإرسال : Transmission Modes

إن الإرسال في نظام الإتصالات الإلكترونية لابد أن يصمم حسب الإحتياجات التالية :

1. الإرسال في إتجاه واحد ويدعى Simplex “SX” وكمثال علي ذلك المذياع والتلفاز.

2. الإرسال المتناوب وهو يتم في إتجاهين لكن ليس في نفس الوقت وهو يدعى Half Duplex “HDX” وكمثال على ذلك نظام المذياع ذو الإتجاهين (أضغط لكي تتكلم).

3 . الإرسال في إتجاهين :

هنا يتم الإرسال في إتجاهين وفي نفس الوقت ويطلق عليه Full Duplex “FDX” وكمثال على ذلك نظام الهاتف الجوال.

4. الإرسال متعدد الإتجاهات :

5. في هذا النوع من الإرسال يمكن إرسال وإستقبال إلى ومن عدة محطات وفي آن واحد ويطلق عليه Full/Full Duplex “F/FDX” وكمثال على ذلك خدمات البريد.

تضمين السعة : Amplitude Modulation “AM”

هو تغيير إتساع الموجة الجيبية الحاملة ذات التردد العالي حيث يتناسب طرديا مع إشارة المعلومات الأساسية m(t) .

* المضمن السعوي : AM Modulator 

هو عبارة عن جهاز غير خطي ذو مدخلين أحدهما مخصص لإشارة المعلومات والآخر مخصص للموجة الحاملة وخرج نحصل عن طريقه على الموجة المعدلة Modulated Wave .

توليد إشارة تعديل السعة : Generation of AM Signal

* على الرغم من وجود عدة أنواع من إشارات تضمين السعة فإن النطاق الجانبي المزدوج ذا الموجة الحاملة الكاملة هو الأكثر إستعمالا.

ü Amplitude Modulation Double Side Band Full Carrier

ü “AMDSBFC” 

وفي بعض الأحيان تستخدم بدلا عنها AM للتبسيط. 

خصائص الموجة المعدلة (المضمنة) :
Modulating Wave Characteristic

• تتميز الموجة الناتجة عن طريق عملية التضمين بما يلي:

1) الموجة المضمنة لها نفس تردد الموجة الحاملة”fc” 

2) التغير الذي يطرأ على سعة الموجة المضمنة أثناء عملية التعديل يساوي التغير الذي يحدث لسعة إشارة التعديل .

3) تردد الغلاف الخارجي (الكاشف) يساوي تردد إشارة التعديل .

4) سعة الغلاف الخارجي (الكاشف) تساوي سعة إشارة التعديل .

الطيف الترددي وعرض النطاق :
AM Frequency Spectrum and Band Width

Ø كما ذكرنا سابقا أنه من الصعوبة بمكان إرسال الإشارات ذات الترددات المنخفضة لأن هذا يتطلب هوائي يبلغ من الضخامة حدا غير معقول.

Ø لأن طول هوائي الإرسال يجب أن يكون في حدود 10%من طول موجة الإشارة المرسلة . 

Ø لهذا السبب فإن إزاحة طيف الإشارة إلي مدى ترددي مرتفع بواسطة التعديل يعتبر شيئا مرغوبا .

Ø فمن هنا يمكن أن نقول أن تأثير عملية التعديل هو إزاحة تردد إشارة المعلومات في المجال الطيفي حيث ينعكس بالتساوي حول محور تردد الموجة الحاملة fc.

Ø المخطط والمعادلات. 


تعديل التردد :Frequency Modulation

Ø هو عبارة عن تحميل موجة كهربائية منخفضة التردد تسمى بالموجة المحمولة على موجة ذات تردد عالي ثابتة تسمى الموجة الحاملة.

Ø بحيث يتم الحصول على موجة معدلة بحيث يتغير تردد الموجة الحاملة تبعا لسعة الموجة المحمولة بحيث يظل إتساع الموجة الحاملة ثابت.

Ø تتسبب الأنصاف الموجية الموجبة في زيادة ترددها بينما السالبة في نقصان ترددها.

Ø وينتج عن ذلك عدد لانهائي من النطاقات الجانبية العلوية والسفلية ويكون ترددها أكبر أو أقل من الموجة الحاملة بتردد المعلومات أو مضاعفاتها بخلاف تعديل الإتساع.

Ø رسم يوضح أشارة المعلومات والموجة الحاملة قبل وبعد التعديل. 

Ø في التعديل السعوي AM كان التردد والطور ثابتين أما في التعديل الترددي FM فقط إتساع الموجة الحاملة يبقى ثابتا أما الطور فيتغير بتغير التردد.

وبالتالي يمكن تعريف التعديل الطوري: Phase Modulation (PM) 

بأنه التغير في طور الموجة الحاملة ذات التردد العالي تبعا للقيمة اللحظية للموجة المحمولة ذات التردد المنخفض مع بقاء الإتساع للموجة الحاملة ثابت.

* بالتالي تعديل كل من التردد والطور يؤثر كل منهما على الآخر .

* فلا نستطيع الحصول على أحدهما دون الآخر فكلاهما يقودان الى التعديل الزاوي .

التعديل الزاوي : Angle Modulation

وهو التغير في زاوية الموجة الحاملة ذات التردد العالي تبعا للتغير في القيمة اللحظية للإشارة المحمولة ذات التردد المنخفض مع بقاء إتساع الموجة الحاملة ثابت.


دائرة تعديل التردد:

Ø حيث يتم التحكم بتردد الموجة من الذبذب بواسطة دائرة التحكم المرافقة .

Ø دائرة التحكم تتكون كما هو موضح في الشكل من ملف ومكثف متغير السعة 

Ø وسعة هذا المكثف تتغير بتغير إتساع الإشارة الصوتية المتولدة من الميكروفون .

في هذه الدائرة لدينا ثلاثة حالات :

أ. الحالة الأولى:

في حالة عدم وجود صوت واصل للميكروفون فإن لوحي المكثف يبقيان ثابتين ولا تتغير ترددات المذبذب .

* وبالتالي يكون تردد الموجة المتولدة مساوي لتردد الموجة الحاملة fc .

ب. الحالة الثانية :

* في حالة شدة الصوت تكون أعلى من القيمة المرجعية فإن لوحي المكثف تهتز لشدة الصوت فتنتج تغير في قيمة سعة المكثف .

* وبالتالي زيادة في تردد الموجة المولدة من المهتز فيكون أعلى من تردد الموجة الحاملة.

* وزيادة قيمة التردد نسبة لزيادة شدة الصوت فيصبح :

f c+Δf) )

حيث:

Δf = التغير في تردد الموجة المعدلة الناتجة.

ج. الحالة الثالثة :

* في حالة شدة الصوت أقل من القيمة المرجعية بالتالي يهتز لوحي المكثف مسببة تغير معاكس للحالة السابقة .

* وبالتالي نقصان التردد للموجة المولدة من المذبذب لقيمة أقل من تردد الموجة الحاملة.

* ويكون التردد يساوي : 

fc - Δf))

* لذا يمكننا القول أن معدل التغير في السعة يساوي الموجة الصوتية الداخلة.

* ومقدار التغير في السعة يتناسب طرديا مع إتساع هذه الموجة.

3. مكبرات العزل : Buffer Amplifier

* تقوم هذه الدوائر بدور الوسيط بين مرحلة دخل ومرحلة خرج لمنع حدوث تأثير مرحلة على مرحلة أخري.

* وهي تقوم أيضا ليس بالعزل فقط ولكن تقوم أيضا في بعض الأجهزة بتكبير الإشارة الداخلة إليها قبل تسليمها لمرحلة الخرج. 

4. مكبرات الإشارة الصوتية الخارجة من الميكروفون : mic amplifier 

تقوم هذه الدائرة بتكبير الإشارة الصوتية القادمة إليها من الميكروفون إلى مستوى معين لكي تدخل على دائرة المعدل للحصول على التعديل اللازم للإشارة الحاملة.

5. مكبر قدرة إشارة التردد العالي : RF Amplifier

* بعد خروج الإشارة المعدلة من المعدل يمكن أن يركب الهوائي عند هذه المرحلة وترسل الإشارة. 

* ولكن قدرة الخرج تكون ضئيلة جدا إذن فلا بد من وجود دائرة لتكبير الخرج.

* تقوم هذه الدائرة بتكبير إشارة التردد العالي المعدلة بعد خروجها من المعدل إلى المستوى اللازم المطلوب في جهاز الإرسال .

* وتقاس قدرة هذا المكبر بوحدة الواط Watt

6. مرشحات إشارة التردد العالي : RF Filter

i. وتتكون من مجموعة من المكثفات والملفات ووظيفته هي ترشيح التردد المرسل من التوافقيات. 

ii. التوافقيات تنشأ من أي مولد تردد أو أي مذبذب أو مرسل .وهي تتكون من مضاعفات التردد الذي يتم الإرسال عليه .

* ولذلك يجب وضع مرشح قبل توصيل الإشارة الخارجة للهوائي ويصمم حسب التردد المطلوب.

يوجد ثلاثة أنواع أساسية للمرشحات هى:

1. مرشح التردد المنخفض Low Pass Filter

2. مرشح التردد العالي High Pass Filter

3. مرشح الحزمة الترددية Band Pass Filter

1. مرشح التردد المنخفض Low Pass Filter

وهو يقوم بتمرير كل الترددات تحت مستوى معين من التردد المصمم عليه وأي تردد أعلى من هذا التردد لا يمر.

2. مرشح التردد العالي High Pass Filter

Ø وهو مرشح مصمم لإمرار ترددات فوق التردد المصمم عليه وأي تردد أقل منه لا يمر عبر المرشح.

3. مرشح الحزمة الترددية Band Pass Filter

Ø هو مرشح لإمرار حزمة ترددية معينة تقع بين ترددين ,الترددات التي أعلى من التردد العلوي لا تمر والترددات التي أقل من التردد السفلي لا تمر .

Ø وأي تردد يقع داخل هذين الترددين يمر من خلال المرشح.

Ø هذا المرشح عبارة عن مرشحين :

Ø مرشح لإمرار الترددات المنخفضة ومرشح لإمرار الترددات العالية مربوطة ببعضها .

Ø والنتيجة أن هذا المرشح يسمح بمرور نطاق من الترددات ولكن أي تردد خارج هذا النطاق لا يسمح له بالمرور.

Ø وتستخدم هذه الدائرة في تمرير إشارات ترددها بين تردد القطع المنخفض (الأول) fc1 وتردد القطع العالي (التالي) fc2 ويمكن إيجاد قيمة fc من العلاقة الرياضية:

fc1 = 1 / 2πR1C1

fc2 = 1 / 2πR2C2


Example:

مرشح إمرار ترددات منخفضة مكون من مقاومة بقيمة 160 Ω ومكثف بسعة 0.1 μH فما هو تردد القطع ؟
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
ملاحظة مهمة : يوجد في موقعنا كتب فيزياء عن الكهرومغناطيسية يمكن الوصول إليه من صفحة كتب الفيزياء
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
لا تستفيد وترحل ، من فضلك إترك بصمتك
شارك الموضوع مع زملاءك واكتب تعليق بالأسفل وسجل إعجابك بصفحتنا على الفيس بوك ، لتصلكم مواضيعنا القادمة إن شاء الله تعالى 

هناك تعليق واحد:

  1. بارك الله فيكم ...معلومات قيمة...ومنوعة...شكرا لكم على التمارين المحلولة...تمنياتي بالتوفيق

    ردحذف

يتم التشغيل بواسطة Blogger.