logo

logo

logo

logo

logo

الاستقبال اللاسلكي

استقبال لاسلكي

Radio reception - Réception radio

 الاستقبال اللاسلكي

الاستقبال اللاسلكي

 

وظيفة جهاز الاستقبال
المواصفات المطلوبة في جهاز الاستقبال اللاسلكي

 

 

ترسل الإشارات اللاسلكية من أجهزة الإرسال حاملة معلومات مختلفة؛ فهناك إرسال للصوت من الإذاعات أو في الاتصالات الهاتفية اللاسلكية، وهناك إرسال للصور من محطات التلفاز أو لأغراض نقل صور لأمور أخرى، وهناك إرسال المعطيات data بين مكان وآخر.

وتُرسل الإشارة اللاسلكية بحيث يجري التقاطها ثم استقبالها واستخلاص المعلومات منها؛ وهو ما يسمى بالاستقبال اللاسلكي radio reception.

الهوائي (aerial) antennaهو الذي يأخذ الإشارة المرسلة من جهاز الإرسال (المرسل) transmitter، ويبثها في الجو، وهو الذي يلتقط الإشارة اللاسلكية من الجو المحيط ويرسلها إلى جهاز الاستقبال receiver ( ويقال له أيضاً: المستقبِل).

وظيفة جهاز الاستقبال

المهمة الرئيسية للمستقبِل هي استخلاص المعلومات التي تحملها الإشارة اللاسلكية وإيصالها إلى متسلّم المعلومات. ويجري ذلك بأشكال مختلفة في أجهزة الاستقبال. لفهم وظيفة المستقبِل لابد من تعريف طرائق تحميل المعلومات على الموجة اللاسلكية. تُولّد موجة جيبية sinusoidal في جهاز الإرسال، وتكون الموجة الجيبية بشكلها البسيط بالصيغة التالية (A cos (2pft + j. حيث يسمى (A) مطال الموجة amplitude (الشكل1)، و(f) هو تردد الموجةfrequency ويقاس بالهرتز Hertz (Hz)، وهو عدد الاهتزازات الجيبية في الثانية، و(j) هو زاوية الطور phase.

الوصف: الوصف: الوصف: 24-1.psd

الشكل (1): موجة جيبية

لا تحمل الصيغة السابقة لشكل الموجة الجيبية أي معلومات. ولكن كما ذُكر آنفاً؛ فإن للموجة الجيبية ثلاثة معامِلات parameters تحدد شكلها.

يمكن استخدام أي من هذه المعامِلات لتحميل معلومات على الموجة الجيبية. فمثلاً لو حُملت المعلومات على المطال، بحيث يتغير المطال بحسب تغير المعلومات المطلوب نقلها؛ سميت العملية بالتعديل المطالي amplitude modulation (AM) كما هو مبين في الشكل (2)، حيث يُلاحظ تغير المطال مع ثبات التردد وزاوية الطور.

الوصف: الوصف: الوصف: 24-2.psd

لشكل (2): التعديل المطالي

ولو حُملت المعلومات على التردد، بحيث يتغير التردد بحسب تغيرات إشارة المعلومات؛ سمي ذلك بالتعديل الترددي frequency modulation (FM) كما في الشكل (3). وبالمماثلة، يمكن الحصول على التعديل الطوري phase modulation (PM) .

الوصف: الوصف: الوصف: 24-3.psd

الشكل (3): التعديل الترددي

إن وظيفة جهاز الاستقبال إذاً هي استخلاص المعلومات المحمولة بأي طريقة من طرق التعديل، وتختلف المراحل الأخيرة لبنية المستقبل بحسب نمط التعديل.

يبيّن الشكل (4) مخطط جهاز استقبال بسيط جداً لاستقبال محطات الموجات الإذاعية المتوسطة medium frequency (MF) العاملة بنمط التعديل المطالي (AM). وكان ذلك الجهاز أول مستقبل استُخدم في العالم، وكان يستخدم بلورة تسمى بلورة «الغالينا» بدلاً من الديودات diode نصف الناقلة semi -conductor.

الوصف: الوصف: الوصف: 24-4.psd

الشكل (4): جهاز استقبال كريستالي (بلوري)

المواصفات المطلوبة في جهاز الاستقبال اللاسلكي

1 - الحساسية sensitivity: وهي أصغر جهد على مدخل جهاز الاستقبال يستطيع أن يحقق نسبة إشارة إلى ضجيج signal -to -noise ratio عند مخرجه لا تقل عن (10) ديسيبل مثلاً (في حالة الاتصال التماثلي analog)، أو يحقق احتمال خطأ مخرج المستقبل لا يزيد على 01-01 (في حالة الاتصال الرقمي digital). وتبلغ الحساسية قيمة أقل من (1) مكروفولط في أجهزة الاستقبال المهنية، وبحدود (1) ميلي فولط في أجهزة الاستقبال الإذاعية المنزلية.

2 - الانتقائية selectivity: وتعبّر عن قدرة جهاز الاستقبال على منع إشارات ذات ترددات مجاورة للتردد المطلوب في التأثير في الإشارة المطلوب الحصول عليها. ويجري ذلك باستخدام مرشحات filters في مسار استقبال الإشارة. وفي أغلب الأحيان، يُصمّم المرشح بحيث لا ينخفض المطال ضمن المجال المطلوب أكثر من (6) ديسيبل، وخارج ذلك المجال، ينخفض مطال الإشارات المجاورة انخفاضاً كبيراً يصل إلى (60) ديسيبل عند الابتعاد عن التردد الأوسط بمقدار يساوي الفاصل بين ترددي قناتين متجاورتين.

الوصف: الوصف: الوصف: 24-5.psd
الشكل ( 5): منحنى الانتقاء

3 - المدى الديناميكي dynamic range لجهاز الاستقبال: وهو مدى قوة الإشارات التي يستطيع أن يعمل المستقبل ضمنها. فالحد الأدنى لقوة الإشارة يتحدد بالحساسية في حين يُحدّد الحد الأعلى لقوة الإشارة بأداء الجهاز عند تعرضه لإشارة قوية مجاورة؛ إذ لا يكفي أن يستطيع المستقبل استقبال الإشارة الضعيفة استقبالاً جيداً، بل ينبغي أن يستطيع إجراء ذلك مع تطبيق إشارة قوية مجاورة. في الحالة المثالية؛ ينبغي أن يكون جهد مخرج أي مضخم متناسباً طرداً مع جهد المدخل لكل مستويات الإشارة، ولكن في الحالة العملية، ونظراً لأن للمضخمات إمكانيات جهد وتيار خرج محدودة؛ فإن زيادة جهد المدخل بعد حد معين لا يؤدي إلى زيادة المخرج زيادةً طردية، وبذلك لا تعود خصائص التضخيم خطية linearفي الإشارات الأقوى. وبسبب هذه الظاهرة اللاخطية non -linearity التي تتضح أمام الإشارة القوية؛ تتولد توافقيات للإشارات يمتزج بعضها ببعض ضمن مجال تمرير الإشارة المطلوبة، وهذا ما يسمى بنواتج جداء المرتبة الثالثة third - order products لتداخل التعديل intermodulation IM.

4 - نواتج تداخل التعديل: تظهر نواتج تداخل التعديل عند مخرج دارة غير خطية بدخول إشارتين أو أكثر إلى المدخل. وعند حدوث ذلك، تكون الإشارة عند مخرج الدارة وفق ما يلي: m f1 ± n f2؛ حيث (m) و(n) عددان صحيحان أو صفر و( f1 ) و( f2 ) هما ترددا الإشارتين.

تكون نواتج الترتيب الأول f2 ±f1، ونواتج المرتبة الثالثة  2f1± 2f2؛ وكذلك  2f2 ±f1 وهكذا للتراتيب الأخرى.

وعلى سبيل المثال، إذا جرى استقبال إشارة في المجال 14300 – 14303كيلو هرتز؛ وكانت هناك إشارتان قويتان عند الترددين 14298 و 14299 كيلو هرتز؛ يكون الناتج 14299 x 2 –14298= 14302، وهو تردد يقع ضمن مجال الإشارة المطلوبة، ويشوش عليها. يحصل ذلك إن كانت الإشارتان المجاورتان أو إحداهما قوية تدفع بالدارة إلى المرحلة اللاخطية.

بنية جهاز الاستقبال اللاسلكي

تتوافر عدة بنى ممكنة لجهاز الاستقبال، بيد أن البنية الأكثر شيوعاً هي جهاز الاستقبال السوبر هيتيروديني superheterodyne (الشكل 6).

الوصف: الوصف: الوصف: 24-6.psd

الشكل ( 6): المخطط الصندوقي لجهاز استقبال سوبرهيتيروديني

تدخل الإشارة من الهوائي إلى مضخم للترددات الراديوية العالية RF amplifier، وقد لا يُستخدم هذا المضخم في حالة الإشارات الضعيفة. ولا يُستخدم هذا المضخم في حالة وجود إشارة قوية من محطة مجاورة، لتجنب ظهور نواتج تداخل تعديل. تمر الإشارة بعدئذٍ إلى دارة مازج mixer حيث تُمزج الإشارة بإشارة من مهتز محليlocal oscillator متبدل التردد يولد إشارة ذات تردد أقل أو أكثر من تردد الإشارة المفيدة بمقدار ثابت، يساوي قيمة التردد المتوسط لإشارة مخرج المازج. يكون تردد مخرج المازج حاصل جمع تردد إشارة المعلومات وتردد المهتز المحلي أو طرحهما. ويجري انتقاء حاصل الجمع أو حاصل الطرح في المرشح، ويسمى ذلك التردد بالتردد المتوسط. تُضخّم إشارة التردد المتوسط، ثم تؤخذ الإشارة بعد التضخيم إلى المعالجة لاستخلاص المعلومات. وقد تلجأ بعض أجهزة الاستقبال إلى عملية مزج ثانية لتخفيض التردد المتوسط بغية تسهيل المعالجة اللاحقة للإشارة. في المازج الثاني، تدخل إشارة التردد المتوسط الأول وإشارة المهتز المحلي الثاني (ثابت التردد) للحصول في مخرج المازج الثاني على حاصل جمع الترددين أو حاصل طرحهما، ويسمى بالتردد المتوسط الثاني، والذي يؤخذ إلى مضخم يجري فيه تحديد الانتقاء والحساسية الخاصين بالمستقبل.

تؤخذ الإشارة من مخرج مضخم التردد المتوسط الثاني إلى دارة كاشف detector أو فك تعديل demodulation لاستعادة المعلومات التي كانت محملة على الموجة اللاسلكية.

 

عمر شابسيغ

 

 

مراجع للاستزادة:

- H. Miranda, Receiver Design, EE 144/ EE 254, 2007.

- I. Pool, Receiver Dynamic Range, Montoring times, November 2000.

-P. Rhodes, Software Transmitter and Receiver: Part 16, Radcom, 2003.

 

 


التصنيف : هندسة الاتصالات
النوع : هندسة الاتصالات
المجلد: المجلد الثاني
رقم الصفحة ضمن المجلد :
مشاركة :

اترك تعليقك



آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

هل تعلم ؟؟

عدد الزوار حاليا : 592
الكل : 27457342
اليوم : 67379