جهاز إستقبال - الاتصالات التناظرية

وتتمثل وظيفة جهاز الاستقبال الراديوي في استقبال الإشارة وإجراء عملية إزالة التشكيل لها استعادة إشارة الرسالة الأصلية. يرسل جهاز الإرسال اللاسلكي الإشارة في المرحلة الأولية. يقوم الهوائي الموجود على جانب جهاز الإرسال بإشعاع الإشارة، التي يتم التقاطها بواسطة الهوائي الآخر الموجود في جهاز إستقبال .

لقد ناقشنا بالفعل عملية الإرسال باستخدام جهاز إرسال لاسلكي. تعتبر عملية التعديل هي المبدأ الأساسي في أجهزة الإرسال الراديوية، حيث تنتقل الإشارة عبر قناة الاتصال إلى جهاز الاستقبال. المبدأ الرئيسي لجهاز الاستقبال هو إزالة التشكيل. دعونا نناقش عملية استقبال الإشارة واستعادتها في جهاز استقبال الراديو.

إزالة التشكيل AM

تشبه عملية إزالة تشكيل AM عملية FM (تعديل التردد) وأنواع التعديل الأخرى. والفرق الوحيد هو التغيير في كتلة إزالة التشكيل لجهاز الاستقبال. تتضمن عملية إزالة التشكيل لجهاز الاستقبال الراديوي معالجة الإشارة المستقبلة لاستعادة إشارة النطاق الأساسي، والتي تُعرف أيضًا باسم إشارة الرسالة.

نفترض أن الإشارة تعرضت لتوهين كبير أثناء الإرسال عبر قناة الاتصال. ومن ثم، فإن تضخيم الإشارة المستقبلة ضروري لتحسين التوهين.

يظهر الرسم التخطيطي لجهاز استقبال الراديو أدناه:

يُعرف حامل الإشارة المستقبلة باسم الترددات اللاسلكية (التردد الراديوي) حامل بتردد التشغيل الأب . تتمثل وظيفة مضخم التردد اللاسلكي في تضخيم الإشارة المستقبلة لإزالة أي توهين في الإشارة، والذي يكون موجودًا ككتلة البداية لجهاز استقبال الراديو. وبعد التضخيم، يقوم بتمرير الإشارة إلى خلاط . يتم ضرب إشارة الموجة الحاملة للتردد الراديوي بشكل موجة جيبية يوفرها مذبذب محلي تعمل على تردد Fo. يساعد في تحويل تردد الناقل إلى تردد النطاق الأساسي. إن عملية إزالة التشكيل هي عكس عملية التعديل تمامًا. في التعديل، يتم تحويل تردد النطاق الأساسي إلى تردد الموجة الحاملة، بينما في إزالة التشكيل، يتم تحويل تردد الموجة الحاملة مرة أخرى إلى تردد النطاق الأساسي.

تُعرف عملية خلط إشارتين باسم التغاير . إذا كان تردد المذبذب المحدد أعلى من تردد التردد اللاسلكي، فإن عملية الخلط تُعرف أيضًا باسم المتغاير الخارق .

يؤدي مضاعفة الإشارة الحاملة مع شكل الموجة الجيبية إلى إنتاج ترددين للخرج، وهو مجموع وفرق ترددي هذه الإشارات. تردد المجموع هو Fo + Fr، وتردد الفرق هو Fo - Fr.

يحتوي الخلاط ضمنيًا على المرشح الذي يرفض مجموع الترددات ويمرر ترددات الفرق (Fo - Fr) إلى لو (التردد المتوسط) الناقل . يتم استبدال حامل RF بحامل IF لإنتاج نطاق التردد المتوسط عند الإخراج. يتم تطبيق إخراج الناقل IF على إذا مكبر للصوت . يتم تمرير الإخراج كذلك إلى مزيل التشكيل وأخيرا إلى مرشح النطاق الأساسي ، الذي يستعيد إشارة النطاق الأساسي. وبالتالي، كانت الوظيفة الرئيسية لجهاز الاستقبال هي إجراء التحويل من تردد الموجة الحاملة إلى تردد النطاق الأساسي. إذا كانت الإشارة قوية بما يكفي لإزالة التشكيل، فيمكن تجنب المرشحات ومكبرات الصوت. يتم تطبيق إشارة دخل الناقل مباشرة على الخلاط في مثل هذه الحالات.

وفي حالة طريقة إزالة التشكيل المتزامن، نحتاج إلى استخدام مصدر حامل غير متزامن.

يمكن أن تمتلك مضخمات التردد اللاسلكي عدة مراحل تضخيم حسب المتطلبات وقوة الإشارة.

الميزة الرئيسية لمبدأ التغاير الفائق هي ضبط جهاز الاستقبال على إشارات مختلفة. وهنا لا نحتاج إلى مرحلة تضخيم منفصلة وضبط منفصل. يجعل عملية النقل أكثر صعوبة. باستخدام مبدأ التغاير الفائق، نحتاج فقط إلى تغيير تردد المذبذب المحلي للانتقال من تردد راديوي إلى آخر.

AGC (التحكم التلقائي في الكسب)

كسب الجهد عند جهاز الاستقبال في عدة مراحل من التضخيم مرتفع جدًا. يكون مطلوبًا عندما يكون الإدخال ذو تردد منخفض جدًا، ويكون الإخراج المطلوب ذو تردد عالٍ. يعمل الكسب العالي على تحويل الإشارات ذات التردد المنخفض إلى التردد العالي. يساعد في نقل الإشارات الضعيفة جدًا. ولكن، إذا كانت إشارة الدخل ذات تردد عالٍ، فإن الكسب العالي عند جهاز الاستقبال لن يكون ميزة وقد يسبب تشويهًا. يقوم AGC بضبط الكسب تلقائيًا عن طريق اكتشاف قوة الإشارة. وبخلاف ذلك، فإن التعديل المستمر في النظام مطلوب من أجل النقل الفعال، الأمر الذي يصبح صعبًا.

وظائف جهاز استقبال الراديو

وظائف جهاز استقبال الراديو هي كما يلي:

التضخيم

التضخيم هو الجزء الأساسي الأول من الاستقبال في جهاز استقبال الراديو. يتم تخفيف إشارة الراديو الواردة بشكل عام. يساعد مكبر الصوت في إزالة التوهين من الإشارة. الوظيفة الأخرى لمكبرات الصوت هي زيادة سعة إشارات الراديو المدخلة. يستخدم الطاقة من البطاريات أو المقابس لزيادة السعة. اليوم، تستخدم معظم الأجهزة الترانزستور لغرض التضخيم.

يتم استخدام مكبرات الصوت في كل من طرفي الإرسال والاستقبال. في المرحلة الأولى، يتم استخدامه لجعل الإشارة مناسبة للتعديل. في الطرف المتلقي، يتم استخدامه لجعل الإشارة خالية من الضوضاء لإرسالها إلى جهاز الاستقبال (على سبيل المثال، مكبر الصوت).

إزالة التشكيل

تمر الإشارة من العديد من مراحل المغيرات والخلاطات ومكبرات الصوت. عند جهاز الاستقبال، تتم إزالة تشكيل الإشارة لفصل الإشارة الأصلية عن الإشارة الحاملة المعدلة. يتم ذلك بمساعدة مزيل التشكيل. يتطلب كل نوع من أجهزة الاستقبال عملية إزالة تشكيل مختلفة. على سبيل المثال،

يتطلب DSBSC (حامل قمع النطاق الجانبي المزدوج) طريقة كشف متماسكة لإزالة التشكيل

يتطلب SSBC (النطاق الجانبي الفردي المزود بموجة حاملة) طريقة كاشف المظروف لإزالة التشكيل

يستخدم جهاز استقبال FM مزيل التشكيل من نوع FM

تصفية ممر الموجة

تقوم أجهزة الإرسال المختلفة بإرسال موجات الراديو بترددات مختلفة لمنع أي تداخل بين الإشارات. يحتوي كل جهاز إرسال على جهاز استقبال خاص به يختار إشارته بناءً على التردد. تُستخدم مرشحات تمرير النطاق لتصفية إشارة الراديو المطلوبة لجهاز الإرسال المعني. يقوم بتصفية الإشارة المطلوبة ويمنع الإشارات الأخرى الموجودة على ترددات أخرى. فهو يساعد على اكتشاف الإشارة المطلوبة وتأريض جميع إشارات الراديو الأخرى بترددات الرنين. وقد يحتوي أيضًا على دوائر مضبوطة بين الهوائي والأرض.

أنواع أجهزة الاستقبال الراديوية

تصنف أجهزة الاستقبال الراديوية على النحو التالي:

قيمة السلسلة

استقبال المتغاير الفوقي
المتلقي التجديدي
استقبال سوبر التجدد
استقبال التحويل المباشر
جهاز استقبال ترددات الراديو المضبوطة

استقبال المتغاير الفوقي

جهاز الاستقبال الذي تمت مناقشته أعلاه هو جهاز استقبال Superheteroyne. يستخدم خلط التردد لتحويل الترددات إلى التردد المتوسط (IF). اخترعها مخترع ومهندس كهربائي أمريكي اسمه ادوين ارمسترونج . ولكن، نظرًا لبراءة الاختراع المبكرة، يُنسب الفضل في الاختراع إلى الشركة المصنعة للراديو الفرنسي المسماة لوسيان لافي . معظم أجهزة الاستقبال المستخدمة في عملية نقل البيانات هي أجهزة استقبال Superheteroyne. وتعتمد بعض أجهزة الاستقبال أيضًا على أخذ العينات المباشرة.

في بداية عصر أجهزة الاستقبال الإذاعي، TRF تم استخدام أجهزة الاستقبال (الترددات الراديوية المضبوطة) بشكل شائع نظرًا لتكلفتها المنخفضة وسهولة تشغيلها. كانت أجهزة الاستقبال هذه أقل شعبية بسبب التكلفة العالية والعمالة الماهرة اللازمة لتشغيلها. بعد العشرينيات من القرن العشرين، تم إنشاء أجهزة الاستقبال المتغايرة الفائقة استنادًا إلى تردد التردد IF، والمعروف أيضًا باسم إذا المحولات . ولكن تم استبداله بأجهزة استقبال الراديو ذات الأنبوب المفرغ التي تم اختراعها في ثلاثينيات القرن العشرين.

جهاز استقبال متجدد

تُستخدم أجهزة الاستقبال المتجددة عمومًا لزيادة كسب مكبرات الصوت. تم اختراعه وحصل على براءة اختراع في عام 1914 من قبل ادوين ارمسترونج . تم استخدام أجهزة الاستقبال بين عام 1915 والحرب العالمية الثانية بسبب حساسيتها وانتقائها الأفضل. مبدأ مثل هذه المستقبلات هو ردود الفعل الإيجابية التي تعمل بمثابة عملية تجديد. يتم تطبيق الإخراج مرة أخرى على المدخلات لزيادة تضخيمه. بحلول ثلاثينيات القرن العشرين، تم استبدال هذه المستقبلات بمستقبلات TRF والمتغاير الفوقي نظرًا لعيبها في التداخل الإشعاعي. لكن أجهزة الاستقبال المتجددة تستخدم على نطاق واسع في مكبرات الصوت والمذبذبات.

استقبال سوبر التجدد

إنه جهاز استقبال متجدد مع نوع كبير من التجديد لتحقيق تضخيم عالي. كما اخترعها إدوين أرمسترونج في عام 1922. ويتم استخدامها في أجهزة مختلفة، مثل أجهزة الاتصال اللاسلكي والشبكات اللاسلكية. إنه يعمل بشكل جيد مع AM (تعديل السعة) وFM واسع النطاق (تعديل التردد)، بينما تعمل أجهزة الاستقبال المتجددة بشكل جيد مع FM ضيق النطاق. لا تستطيع أجهزة الاستقبال فائقة التجدد اكتشاف إشارات النطاق الجانبي SSB 9Single بشكل صحيح لأنها تتأرجح ذاتيًا دائمًا. يمكنه استقبال أقوى الإشارات، حيث يعمل بشكل أفضل لنطاقات التردد الخالية من أي تداخل.

استقبال التحويل المباشر

تشبه وظيفة DCR (مستقبل التحويل المباشر) وظيفة مستقبل Superheteroyne، باستثناء تحويل التردد إلى IF (التردد المتوسط). يقوم DCR بإزالة تشكيل إشارة الراديو الواردة باستخدام الكشف المتزامن الذي يقوده المذبذب المحلي. التردد يعادل بشكل وثيق تردد الناقل. أنها لا تنطوي على تعقيد تحويلات التردد مثل جهاز استقبال Superheteroyne. يستخدم محول تردد واحد فقط. إذا تم استخدام كاشف متزامن يتبع مرحلة IF في جهاز الاستقبال المتغاير الفائق، فإن الخرج المزال تشكيله سيكون هو نفسه جهاز استقبال التحويل المباشر.

جهاز استقبال ترددات الراديو المضبوطة

ال TRF يستخدم (تردد الراديو المضبوط) واحدًا أو أكثر من مضخمات تردد الراديو (RF) لاستخراج إشارة صوتية من إشارة الراديو الواردة. كان مفهوم استخدام أكثر من مضخم RF هو تضخيم الإشارة الواردة في كل مرحلة متتالية، مما يساعد في إزالة التداخل. كان تشغيل أجهزة الاستقبال التي تم اختراعها مبكرًا معقدًا بسبب الضبط المنفصل للتردد على تردد المحطة. ولكن، تم تشغيل النماذج اللاحقة باستخدام مقبض واحد للتحكم في التردد. تم استبدال TRF بمستقبلات Superheterodyne التي اخترعها إدوين أرمسترونج في ثلاثينيات القرن العشرين.

تاريخ

في عام 1887، سمى عالم فيزياء ألماني هاينريش هيرتز وحدد الموجات الراديوية الأولى باستخدام سلسلة تجاربه المعتمدة على النظرية الكهرومغناطيسية (EM). يعتمد الاختراع على أنواع مختلفة من الهوائيات بما في ذلك الهوائيات ثنائية القطب المثارة بالشرارة. لكنهم لم يتمكنوا من اكتشاف الإرسال إلا على مسافة تصل إلى 100 قدم من جهاز الإرسال. كما اكتشف جهاز إرسال غاز الشرارة في نفس العام.

كانت أجهزة الإرسال هذه شائعة بين عامي 1887 و1917. لكن المعلومات المرسلة بواسطة أجهزة الإرسال الشرارة هذه كانت صاخبة ولم تكن مناسبة لنقل الصوت.
وهكذا، فإن أول أجهزة استقبال الراديو التي تم اختراعها يمكنها فقط اكتشاف موجات الراديو وكان جهاز الاستقبال يسمى الكاشف. لم تكن هناك مكبرات صوت في ذلك الوقت لتضخيم الإشارة.
في عام 1895، جي ماركوني طور أول نظام للاتصالات الراديوية.
بحلول عام 1897، قبل ماركوني وباحثون آخرون استخدام الدوائر المضبوطة في نقل الموجات الراديوية. كما أنه يتصرف كمرشح لتمرير النطاق عن طريق تمرير النطاق المطلوب من الترددات ورفض الآخر عند توصيله بين الهوائي والكاشف.
حوالي عام 1900، بدأ استخدام أجهزة الراديو تجاريًا في جميع أنحاء العالم.
تم استخدام أجهزة الكشف المتماسكة للإرسال الإذاعي. تم استخدامه في جهاز استقبال الراديو المبكر لمدة تصل إلى 10 سنوات.
وفي عام 1907، تم استبدال أجهزة الكشف المتماسكة بـ أجهزة كشف الكريستال .
وحتى عام 1920، تم اكتشاف أجهزة كشف مختلفة، مثل أجهزة الكشف الإلكتروليتية، وأجهزة الكشف المغناطيسية.
وفي عام 1920 تم اختراع كاشف أنبوب فراغ حلت محل جميع أجهزة الكشف الأخرى التي تم اكتشافها قبل عشرينيات القرن العشرين. خلال هذه الحقبة، تمت إعادة تسمية الكاشف ليصبح مزيل التشكيل .
كان مزيل التشكيل عبارة عن جهاز يمكنه استخراج الإشارات الصوتية من إشارة الراديو.
في عام 1924، أدى اختراع مكبر الصوت الديناميكي إلى تحسين استجابة التردد الصوتي للنظام مقارنة بمكبرات الصوت المخترعة السابقة.
وبعد ذلك تم اختراع أنواع مختلفة من أجهزة الاستقبال الراديوية.
في عام 1947، جاء عصر الترانزستور ووجدت العديد من تطبيقات الإرسال الراديوي.
بعد السبعينيات، أحدثت التكنولوجيا الرقمية ثورة أخرى وترجمت دوائر الاستقبال بأكملها إلى شريحة.