تعديل السعة (AM) - الاتصالات التناظرية

التعديل هو عملية زيادة وتعزيز تردد وقوة إشارة الرسالة. إنها العملية التي تراكب الإشارة الأصلية والإشارة المستمرة عالية التردد. في تعديل السعة (AM)، يختلف اتساع الموجة الحاملة باختلاف إشارة الرسالة. تظهر عملية AM في الصورة أدناه:

على سبيل المثال،

إشارة صوتية

الإشارات الصوتية هي الإشارات ذات الضوضاء العالية. ليس من السهل نقل مثل هذه الإشارات عبر مسافات طويلة. ومن ثم، يعد تعديل الإشارات الصوتية ضروريًا لنجاح الإرسال. تعديل AM هو عملية يتم فيها تثبيت إشارة الرسالة على موجة الراديو كإشارة حاملة. يتم دمجها مع موجة حاملة راديوية ذات سعة عالية، مما يزيد من حجم الإشارة الصوتية.

بصورة مماثلة، تعديل التردد (FM) يتعامل مع تغير تردد الإشارة الحاملة، و تعديل المرحلة (PM) يتعامل مع اختلاف الطور للإشارة الحاملة.

دعونا أولا نناقش التناظرية والمصطلحات ذات الصلة.

التناظرية يشير إلى التغير المستمر مع مرور الوقت. يمكننا تعريف الاتصال التناظري والإشارة التناظرية على النحو التالي: An الاتصالات التناظرية هو اتصال يتغير باستمرار مع مرور الوقت. تم اكتشافه قبل الاتصالات الرقمية. يتطلب عرض نطاق ترددي أقل للإرسال بمكونات منخفضة التكلفة. ان الإشارات التناظرية هي إشارة تتغير باستمرار مع مرور الوقت. تشمل أمثلة الإشارة التناظرية الموجات الجيبية والموجات المربعة.

تظهر إشارة تناظرية بسيطة أدناه:

وهنا سنناقش ما يلي:

الترجمة الترددية لـ AM

مؤشر التشكيل

كفاءة صباحا

مزايا وعيوب تعديل السعة

تطبيقات تعديل السعة

أمثلة رقمية

ما هو التشكيل؟

عندما يتم فرض إشارة الرسالة على إشارة الناقل، فإنه يعرف باسم تعديل . يتم فرض إشارة الرسالة على الجزء العلوي من الموجة الحاملة. هنا، التراكب يعني وضع إشارة على الإشارة الأخرى. أدت الإشارة الناتجة إلى تحسين التردد والقوة.

ترجمة الإشارة مطلوبة عند طرف المرسل لكل من الإشارات التناظرية والرقمية. تتم الترجمة قبل جلب الإشارة على القناة لنقلها إلى جهاز الاستقبال.

إشارة الرسالة

تُعرف الإشارة الأصلية التي تحتوي على الرسالة المراد إرسالها إلى المتلقي باسم إشارة الرسالة.

إشارة الناقل

الإشارة الحاملة هي إشارة ذات تردد ثابت، وهو مرتفع بشكل عام. لا تحتاج موجات الإشارة الحاملة إلى وسط للانتشار.

إشارة النطاق الأساسي

تُعرف إشارة الرسالة التي تمثل نطاق الترددات بإشارة النطاق الأساسي. يتراوح نطاق إشارات النطاق الأساسي من 0 هرتز إلى تردد القطع. وتسمى أيضًا إشارة غير معدلة أو إشارة منخفضة التردد.

جافا قراءة ملف CSV

الإشارة التناظرية هي ناتج موجة ضوئية/صوتية يتم تحويلها إلى إشارة كهربائية.

إشارة النطاق الترددي

يتمركز عند تردد أعلى من الحد الأقصى لعنصر إشارة الرسالة.

مثال

دعونا نفكر في مثال على ذلك إشارة الكلام . إنه نوع من الإشارات الصوتية.

تحتوي إشارة الكلام على ترددات نطاق أساسي أقل تتراوح من 0.3 إلى 3.4 كيلو هرتز. إذا أراد شخصان التواصل على نفس القناة، فسوف تتداخل ترددات النطاق الأساسي. وذلك لأن الترددات المنخفضة لا يمكنها السماح بترددين للنطاق الأساسي على نفس القناة. ومن ثم، يتم استخدام موجة حاملة ذات تردد عالٍ يصل إلى 8 كيلو هرتز مع إشارة الكلام. يزيد من نطاق تردد إشارة الكلام. يسمح لشخصين بالتواصل على نفس القناة دون أي تدخل.

الحاجة إلى التعديل

يقوم نظام الاتصالات بإرسال البيانات من جهاز الإرسال إلى جهاز الاستقبال. تتم معالجة البيانات وتسافر أكثر من مئات الأميال قبل أن تصل إلى المتلقي. يمكن أن تؤثر الضوضاء أثناء الإرسال على شكل إشارة الاتصال. كما أنه يضلل المعلومات المستلمة عن طريق تقليل تردد الإشارة وقوتها. مطلوب عملية تزيد من تردد وقوة الإشارة. تُعرف عملية الاتصال باسم تعديل .

من الضروري نقل الإشارة من مكان إلى آخر أثناء الاتصال. هنا، يتم استبدال الإشارة الأصلية بالإشارة الجديدة، مما يزيد ترددها من f1 - f2 إلى f1' - f2'. وهو موجود في النموذج القابل للاسترداد في نهاية جهاز الاستقبال. تعتمد متطلبات التعديل على العوامل التالية:

مضاعفة التردد
هوائيات
النطاقات الضيقة
معالجة مشتركة

مضاعفة التردد

يشير تعدد الإرسال إلى ترجمة إشارات متعددة على نفس القناة. لنفترض أن لدينا ثلاث إشارات سيتم إرسالها عبر قناة اتصال واحدة دون التأثير على جودة الإشارة وبياناتها. وهذا يعني أن الإشارات يجب أن تكون قابلة للتمييز وقابلة للاسترداد عند الطرف المتلقي. ويمكن القيام بذلك عن طريق ترجمة الإشارات الثلاث على ترددات مختلفة. يمنع الإشارات المتعددة من التقاطع.

دع نطاق التردد لثلاث إشارات هو -f1 إلى f1، -f2 إلى f2، و -f3 إلى f3. ويتم فصل الإشارات فيما بينها بواسطة حارس كما هو موضح أدناه:

إذا لم تتداخل الترددات المحددة لهذه الإشارات، فيمكن استعادتها بسهولة عند الطرف المستقبل باستخدام مرشحات تمرير النطاق المناسبة.

هوائيات

تقوم الهوائيات بإرسال واستقبال الإشارات في المساحة الحرة. يتم تحديد طول الهوائي وفقًا للطول الموجي للإشارة المرسلة.

النطاق الضيق

يتم إرسال الإشارة في الفضاء الحر بمساعدة الهوائي. لنفترض أن نطاق التردد يتراوح من 50 إلى 10⁴هرتز. ستكون نسبة التردد الأعلى إلى الأدنى 10⁴/50 أو 200. سيصبح طول الهوائي بهذه النسبة طويلًا جدًا في أحد الطرفين وقصيرًا جدًا في الطرف الآخر. انها ليست مناسبة للانتقال. وبالتالي، يتم ترجمة الإشارة الصوتية إلى النطاق (10⁶+ 50) إلى (10⁶+ 10⁴). وستكون النسبة الآن حوالي 1.01. إنه شائع مثل النطاقات الضيقة .

وبالتالي، يمكن تغيير عملية الترجمة إلى النطاق الضيق أو النطاق العريض حسب المتطلبات.

معالجة مشتركة

في بعض الأحيان، نحتاج إلى معالجة نطاق التردد الطيفي للإشارات المختلفة. إذا كان هناك عدد كبير من الإشارات، فمن الأفضل العمل في نطاق ترددي ثابت بدلاً من معالجة نطاق التردد لكل إشارة.

على سبيل المثال،

استقبال المتغاير الفوقي

هنا، يتم ضبط كتلة المعالجة المشتركة على تردد مختلف باستخدام مذبذب محلي.

أنواع تعديل السعة

يتم تحديد أنواع التعديل بواسطة الذي - التي (الاتحاد الدولي للاتصالات). هناك ثلاثة أنواع من تعديل السعة، وهي كما يلي:

تعديل النطاق الجانبي المفرد
تعديل النطاق الجانبي المزدوج
تعديل النطاق الجانبي الأثري

كان الاسم الأصلي لـ AM هو DSBAM (تعديل سعة النطاق الجانبي المزدوج) لأن النطاقات الجانبية يمكن أن تظهر على جانبي تردد الموجة الحاملة.

تعديل النطاق الجانبي الفردي (SSB)

إن SSB AM هي الطريقة القياسية لإنتاج النطاقات الجانبية على جانب واحد فقط من تردد الموجة الحاملة. يمكن لتعديل السعة إنتاج نطاقات جانبية على جانبي تردد الموجة الحاملة. في SSB، يستخدم مرشحات تمرير النطاق لتجاهل نطاق جانبي واحد. تعمل عملية تعديل SSB على تحسين استخدام عرض النطاق الترددي وإجمالي طاقة الإرسال لوسط الإرسال.

تعديل الموجة الحاملة المكبوتة ذات النطاق الجانبي المزدوج (DSB-SCB)

مزدوج يعني شريطين جانبيين. تكون الترددات التي تنتجها AM في DSB متناظرة بالنسبة لتردد الموجة الحاملة. يتم تصنيف DSB أيضًا على أنه دي إس بي-SC و دي إس بي-سي . لا يحتوي تعديل DSB-SC (Double Sideband Suppress Carrier) على أي نطاق حامل، مما يجعل كفاءته أيضًا قصوى مقارنة بأنواع التعديل الأخرى. تتم إزالة الجزء الحامل في DSB-SC من مكون الإخراج. يتكون DSB-C (النطاق الجانبي المزدوج مع الناقل) من الموجة الحاملة. يحتوي الإخراج الذي ينتجه DSB-C على حاملة مع الرسالة ومكون الناقل.

تعديل النطاق الجانبي الأثري (VSB)

بعض المعلومات هي SSB، وقد يتم فقدان DSB. ومن ثم، يتم استخدام VSB للتغلب على عيوب هذين النوعين من AM. الأثر يعني قسمًا من الإشارة. في VSB، يتم تعديل جزء من الإشارة.

سنناقش الأنواع الثلاثة من AM بالتفصيل لاحقًا في البرنامج التعليمي.

تاريخ تعديل السعة

وفي عام 1831، اكتشف العالم الإنجليزي مايكل فاراداي الكهرومغناطيسية
في عام 1873، وصف عالم الرياضيات والعالم جيمس سي ماكسويل انتشار الموجات الكهرومغناطيسية.
في عام 1875، اكتشف غراهام بيل الهاتف.
وفي عام 1887، اكتشف الفيزيائي الألماني هيرتز وجود موجات الراديو.
في عام 1901، مهندس كندي يدعى آر فيسندين ترجمة أول إشارة التضمين السعة.
اكتشفه R Fessenden باستخدام جهاز إرسال فجوة الشرارة، الذي ينقل الإشارة بمساعدة شرارة كهربائية.
بدأ التنفيذ العملي لـ AM بين عامي 1900 و1920 من خلال البث الهاتفي اللاسلكي. كان التواصل باستخدام الإشارة الصوتية أو الكلامية.
تم تطوير أول جهاز إرسال Am مستمر حوالي عام 1906 - 1910.
في عام 1915، المنظر الأمريكي جي آر كارسون بدأ التحليل الرياضي لتعديل السعة. وأظهر أن النطاق الواحد يكفي لنقل الإشارة الصوتية.
في 1 ديسمبر 1915، حصل جي آر كارسون على براءة اختراع إس إس بي (النطاق الجانبي المفرد) التعديل.
أصبح البث الإذاعي AM شائعًا بعد اختراع الأنبوب المفرغ حوالي عام 1920.

ترجمة التردد لتعديل السعة

يتم إرسال الإشارة عن طريق ضربها بإشارة جيبية مساعدة. يتم إعطاؤه بواسطة:

فم (ر) = أ_مكوسω_مر

فم (ر) = أ_مcos2πf_مر

أين،

Am هو ثابت السعة

FM هو تردد التعديل

وزير الخارجية = ω_م/2ص

سيكون النمط الطيفي عبارة عن نمط سعة مزدوج الجوانب. ويتكون من خطين سعة كل منهما Am/2 كما هو موضح أدناه:

يقع في نطاق التردد من f = fm إلى f = -fm.

ريجكس جافا

دع الإشارة الجيبية المساعدة تكون Vc(t).

فك (ر) = أ_جكوسω_جر

وبضرب النموذج الطيفي المزدوج بالإشارة المساعدة نحصل على:

فم (ر). فك (ر) = أ_مكوسω_مر × أ_جكوسω_جر

فم (ر). فك (ر) = أ_مأ_جكوسω_مر كوسω_جر

يوجد الآن أربعة مكونات طيفية، كما هو موضح أعلاه.

ويعني ذلك أن النمط الطيفي أصبح له الآن شكلان موجيان جيبيان للتردد Fc + Fm وFc - Fm. كانت السعة قبل الضرب Am/2. لكن المكونات بعد الضرب تزداد من اثنين إلى أربعة.

السعة الآن ستكون:

أماك/4

1 مكون جيبي = 2 مكون طيفي

وبالتالي، فإن سعة كل مكون جيبي ستكون:

أماك/2

يتم ترجمة النمط الطيفي بعد الضرب في اتجاهي التردد الموجب والسالب. إذا تم ضرب هذه الأنماط الطيفية الأربعة، فسيكون الناتج 6 مكونات طيفية على شكل ثمانية أشكال موجية جيبية.

مؤشر التشكيل

يتم تعريف مؤشر التعديل على أنه نسبة القيمة القصوى لإشارة الرسالة وإشارة الموجة الحاملة.

يتم إعطاؤه بواسطة:

مؤشر التعديل = M/A

أين،

M هو سعة إشارة الرسالة

A هي سعة الإشارة الحاملة

أو

مؤشر التعديل = Am/Ac

كفاءة صباحا

يتم تعريف كفاءة تعديل السعة على أنها نسبة قدرة النطاق الجانبي إلى الطاقة الإجمالية.

الكفاءة = ملاحظة / حزب العمال

الطاقة الإجمالية هي مجموع قوة النطاق الجانبي وقوة الناقل.

حزب العمال = ملاحظة + جهاز كمبيوتر

وبالتالي يمكننا أيضًا تعريف الكفاءة على النحو التالي:

الكفاءة = ملاحظة/ملاحظة + جهاز كمبيوتر

يمكن تمثيل إشارة Am في مجال التردد على النحو التالي:

ق(ر) = أ_ج[1 + كم(ر)] كوسω_جر

أين،

m(t) هي إشارة النطاق الأساسي

ك هي حساسية السعة

s(t) يحافظ على إشارة النطاق الأساسي في غلافها

مشغل جافا

ق (ر) = أ_جكوسω_جر + أ_جكم(ر)كوسω_جر

المصطلح الأول هو مصطلح الناقل والمصطلح الثاني هو مصطلح النطاق الجانبي.

يمكن تمثيل القوة على النحو التالي:

بالنسبة لمصطلح الناقل، الطاقة =A_ج²/2

بالنسبة لمصطلح النطاق الجانبي، الطاقة =A_ج²ك²/2 × مساءً

Pm هي متوسط قدرة إشارة الرسالة الموجودة في مصطلح النطاق الجانبي.

الكفاءة = أ_ج²ك²م/2/(أ_ج²ك²م/2 + أ_ج²/2)

الكفاءة= ك²م/1 + ك²مساءً

إنه التعبير الشائع المستخدم للعثور على كفاءة الطاقة لتعديل السعة.

نظرًا لعدم وجود ناقل في تعديل الموجة الحاملة للنطاق الجانبي المزدوج، تبلغ كفاءته 50٪. تبلغ كفاءة الإشارة ذات النغمة الواحدة في حالة الموجة الجيبية حوالي 33%. يمكن تحقيق أقصى قدر من الكفاءة بنسبة 100% باستخدام SSBSC (حامل قمع التعديل أحادي الجانب).

مزايا

مزايا تعديل السعة هي كما يلي:

يساعد تعديل السعة الإشارة على الانتقال لمسافات طويلة عن طريق تغيير سعة إشارة الرسالة.
المكونات المستخدمة في أجهزة الاستقبال وأجهزة الإرسال AM منخفضة التكلفة.
من السهل تعديل إشارات AM وإزالة تشكيلها.
تحتوي الإشارة المعدلة على تردد أقل من إشارة الموجات الحاملة.
عملية تنفيذ تعديل السعة بسيطة.
يمكن أن تكون قناة الاتصال المستخدمة للإرسال قناة سلكية أو قناة لاسلكية. يقوم بتوصيل جهاز الإرسال بجهاز الاستقبال. كما أنه يحمل المعلومات من جهاز الإرسال إلى جهاز الاستقبال.

سلبيات

AM هو تعديل يستخدم على نطاق واسع على الرغم من عيوبه المختلفة. عيوب تعديل السعة هي كما يلي:

وهو أكثر عرضة للضوضاء بسبب وجود أجهزة كشف AM. يؤثر على جودة الإشارة التي تصل إلى جهاز الاستقبال.
لديها نطاقات جانبية على جانبي تردد الناقل. لا يتم استخدام الطاقة الموجودة في النطاقات الجانبية المزدوجة بنسبة 100%. تبلغ الطاقة التي تحملها موجات AM حوالي 33٪. وهذا يعني أن أكثر من نصف الطاقة الموجودة في الجانب المزدوج يتم إهدارها.
يتطلب AM عرض نطاق ترددي عالي، أي ضعف تردد الصوت.

تطبيقات تعديل السعة

تطبيقات تعديل السعة هي كما يلي:

أمثلة رقمية

دعونا نناقش مثالاً يعتمد على تعديل السعة.

مثال: ابحث عن الطاقة الإجمالية للإشارة المعدلة بالسعة بقدرة حاملة تبلغ 400 واط ومؤشر تعديل قدره 0.8.

حل : يتم إعطاء صيغة حساب القدرة الإجمالية للإشارة المضمنة بالسعة بواسطة:

نقطة = الكمبيوتر (1 + م²/2)

أداة القطع في أوبونتو

أين،

Pt هي القوة الكلية

الكمبيوتر هو قوة الناقل

M هي الإشارة المعدلة

نقطة = 400 (1 + (0.8)²/2)

نقطة = 400 (1 + 0.64/2)

نقطة = 400 (1 + 0.32)

نقطة = 400 (1.32)

نقطة = 528 واط

ومن ثم، فإن الطاقة الإجمالية للإشارة المضمنة بالسعة هي 528 واط.

مثال 2: ما هي أقصى كفاءة لإشارة تعديل النغمة الواحدة؟

حل : الحد الأقصى لكفاءة إشارة تعديل النغمة الواحدة هو 33%.

يتم إعطاء الكفاءة بواسطة الصيغة:
الكفاءة = ش²/(2 + ش²)

في أقصى قدر من الكفاءة، ش = 1

الكفاءة = 1²/(2 + 1²)

الكفاءة = 1/3

الكفاءة٪ = 1/3 × 100

الكفاءة٪ = 100/3

الكفاءة % = 33.33