مقدمه :
یکی از ساده ترین سیستمهای مخابراتی صدای انسان است . صدای انسان از طریق هوا منتشر می شود . دهان انسان به عنوان فرستنده ( Transmitter ) و گوش انسان بعنوان گیرنده Reciever) ) عمل می کند . صدای انسان را نمی توان به آسانی به فواصل دور منتقل کرد ، به دلیل اینکه هر قدر صدا بلندتر باشد پیام ( Message ) از حالت خصوصی خود خارج می شود .
در گذشته های دور انسان برای ارتباط با یکدیگر از علائم مختلفی از قبیل دود ، صدای طبل ، صدای بوق و انعکاس نور از یک شیئ درخشان مانند آینه استفاده می کرد . کاربرد این روش تا حدودی بعد مسافت را افزایش داد ، ولی پیام همچنان بصورت غیر محرمانه بود . با وجود تمام مشکلات موجود ، سالهای متمادی ، اجداد ما از این روش برای ارتباط بین دو نقطه استفاده می کردند تا هنگامی که در سال 1838 میلادی الکساندر بل دانشمند آلمانی اولین پیام تلگرافی راه دور را تا فاصله 24 کیلومتری مخابره کرد و آرزوی دیرین بشر که رویایی بیش نبود ، تحقق یافت .
از آن زمان به بعد پیشرفتهای بسیار مهمی در صنعت مخابرات و ارتباطات روی داد تا آنجا که امروزه با استفاده از رادیو جیبی یا تلویزیونهای کوچک ( Portable ) به آسانی میتوانید از وقایع گوناگونی که در سرتاسر جهان روی میدهد اطلاع حاصل کنید .
در عصر حاضر ، بشر بر محدودیتهای ناشی از فاصله ، در ارتباطات چیره شده است . انسان با مغز متفکر خود دستگاههایی ساخته است که می تواند گفتار و تصویر را به فواصل بسیار دور منتقل کند . این وسایل مورد استفاده همه جامعه قرار می گیرد ، ولی تعداد بسیار کمی هستند که از نحوه کار این سیستمها اطلاع دارند .
با استفاده از سیستمهای جدید مخابراتی ، محدودیتهای ناشی از صدا ، چشم و گوش انسان در حد غیر قابل تصوری کاهش یافته است . اختراع دستگاههای سمعی و بصری سبب شده است که خیلی سریع و با هزینه بسیار کم بتوان اطلاعات صوتی و تصویری را ضبط و برای آینده ذخیره کرد .
مخابرات نوری ( Optical Fibre ) ، از دیگر پدیده های نوینی است که وارد صنعت مخابرات شده و خیلی سریع در حال گسترش و جایگزینی سیستمهای فعلی است . کشف ابر رساناها
Super Conductive ) ) نیز راه را برای رسیدن به سیستمهای جدید مخابراتی هموار می کند .
اجزای سیستمهای مخابراتی و نحوه ارتباط رادیویی :
هر سیستم مخابراتی داری اجزایی به شرح زیر است :
الف ـ فرستنده ( Transmitter )
ب ـ گیرنده ( Reciever )
ج ـ کانل ارتباطی ( Channel )
ساده ترین سیستم مخابراتی ، صحبت کردن دو نفر است که در این سیستم فرستنده دهان انسان ، کانل ارتباطی هوا و گیرنده گوش انسان است .
ترانسفورماتور را نیز می توان مشابه یک سیستم مخابراتی ساده در نظر گرفت . بدین ترتیب که سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور ، بعنوان فرستنده و سیم پیچ ثانویه به عنوان گیرنده است و هسته بعنوان کانل ارتباطی محسوب می شود. نحوه انتقال امواج بین فرستنده و گیرنده را می توان مشابه القای ولتاژ در ثانویه ترانسفورماتور با هسته هوا دانست .
در ارتباط رادیویی ، کانال ارتباطی که فضای بین فرستنده و گیرنده است در حقیقت ، مشابه فضای بین اولیه و ثانویه ترانسفورماتور است .
معرفی فرکانسها :
فرکانسهای مختلف در مدارات الکترونیکی و الکتریکی رفتارهای مختلفی از خود نشان می دهند . همین رفتار متفاوت است که برای هر مورد کاربرد ویژه ای را فراهم می کند . بدین سبب ، فرکانسها را در طبقات مختلف دسته بندی می کنند که در زیر تشریح گردیده است .
1 ـ سیگنال DC : که فرکانس آن صفر است و بیشتر بعنوان منبع انرژی در دستگاههای مختلف استفاده می شود .
2 ـ فرکانسهای 10Hz – 1kHz : این فرکانسها در مولدهای قدرت وخطوط انتقال آن در نیروگاهها استفاده میگردد.
3 ـ فرکانسهای صوتی : این فرکانسها در محدوده 20Hz – 20kHz قرار دارد و محدوده گویش و شنوایی انسان را در بر می گیرد .
4 ـ فرکانسهای رادیویی کم LF : این فرکانسها در محدوده 30kHz – 300kHz قرار دارد . این محدوده فرکانسی در گیرنده های قدیمی مورد استفاده قرار می گرفت .
5 ـ فرکانسهای رادیویی متوسط MF : این فرکانسها در محدوده 300kHz – 3MHz قرار دارد و باند موج متوسط را پوشش میدهد .6 ـ امواج ماورای صوت ( Ultrasonic ) : این امواج در محدوده 20kHz – 2MHz قرار دارد و بیشتر در دستگاههای کنترل از راه دور استفاده می شود .
7 ـ فرکانسهای تصویر یا ویدیو : این فرکانسها در محدوده 50Hz – 5MHz قرار دارد و فرکانسهای تصویر یا ویدیو را در تلویزیون تشکیل می دهد .
8 ـ فرکانسهای رادیویی خیلی کم VLF : این فرکانسها در محدوده 10kHz – 30kHz قرار دارد و امروزه بعنوان سیگنال رادیویی مورد استفاده قرار نمی گیرد .
9 ـ فرکانسهای رادیویی زیاد HF : این فرکانسها در محدوده 3MHz – 30MHz قرار دارد و معمولا موج کوتاه رادیو را تشکیل می دهد .
10 ـ فرکانسهای رادیویی خیلی زیاد VHF : این فرکانسها در محدوده 30MHz – 300MHz قرار دارد و فرکانسهای رادیویی آماتوری و کانالهای تلویزیونی را تشکیل می دهد .
11 ـ فرکانسهای رادیویی خیلی خیلی زیاد UHF : این فرکانسها در محدوده 300MHz – 3GHz قرار دارد و کانالهای UHF تلویزیونی را تشکیل می دهد .
12 ـ فرکانسهای رادیویی فوق العاده زیاد SHF : این فرکانسها در محدوده 3GHz – 30GHz قرار دارد .
13 ـ فرکانسهای رادیویی بی نهایت زیاد EHF : این فرکانسها در محدوده 30GHz – 300GHz قرار دارد فرکانسهایSHF و EHF معمولا باند میکروویو ( Micro Wave ) را تشکیل می دهد .
14 ـ امواج نورانی : فرکانسهای بیشتر از 1000GHz از محدوده امواج نورانی خارج شده و طیف امواج نورانی مرئی و غیر مرئی را تشکیل می دهد .
بیشترین فرکانس را اشعه کیهانی دارد که در محدوده Hz 10^21)× Hz – ( 8 10^20)×5 ( قرار می گیرد .
UHF
VHF
HF
MF
LF
امواج فوق العاده کوتاه کاربرد در مخابرات تلویزیونی رادیو آماتور ، ماهواره و تلفن سیار اتومبیل
امواج خیلی کوتاه کاربرد در FM تلویزیون و بی سیم
امواج کوتاه کاربرد در مخابرات رادیویی عمومی
فرکانس رادیویی متوسط کاربرد در مخابرات رادیویی هوایی
فرکانس رادیویی کم کاربرد در مخابرات دریایی
انتشار امواج رادیویی :
امواج رادیویی از مسیرهای متفاوتی فاصله بین فرستنده و گیرنده را طی می کنند که مهمترین آنها عبارت است از :
الف : امواج زمینی ( Ground Waves )
امواج زمینی امواجی هستند که در سطح زمین حرکت می کنند و انحنای زمین را طی می کنند و به امواج سطحی نیز معروف هستند . چون فرکانس این امواج کم است مسافت کمی را طی می کنند و ضمنا برای انتشار این امواج آنتن فرستنده و گیرنده باید نزدیک سطح زمین باشد .
ب : امواج آسمانی ( Sky Waves )
امواج آسمانی به امواجی گفته می شود که در اثر انعکاس توسط طبقات بالای اتمسفر به آنتن گیرنده می رسد . یکی از طبقات بالای اتمسفر طبقه یونسفر است که از 80 کیلومتری سطح زمین شروع و تا ارتفاع 400 کیلومتری ادامه دارد . ارتفاع طبقه یونسفر در ساعات شب و روز متفاوت است . امواج آسمانی در طبقه یونسفر منعکس می شود .
ج : امواج فضایی ( Space Waves )
امواج فضایی به امواجی گفته می شود که فاصله بین فرستنده و گیرنده را در ناحیه تروپسفر زمین طی می کنند . تروپسفر به ناحیه ای از اتمسفر گفته می شود که از سطح زمین تا ارتفاع 16 کیلومتری آن قرار دارد .
محدوده فرکانسی امواج رادیویی و نوع انتشار آنها :
امواجی که فرکانس آنها بین 30KHz-300KHz قرار دارند به امواج زمینی معروف هستند و با LF نشان داده می شوند .
امواجی که فرکانس آنها بین 300KHz-3MHz قرار دارد ( MF ) دارای مولفه زمینی قوی و مولفه آسمانی ضعیف هستند .
امواجی که فرکانس آنها بین 3MHz-30MHz قرار دارد ( HF ) دارای مولفه زمینی ضعیف و مولفه آسمانی قوی هستند . از این امواج در رادیوهای موج کوتاه استفاده می شود .
امواجی که فرکانس آنها بین 30MHz-3000MHz قرار دارد ( VHFوUHF ) دارای مولفه فضایی قوی هستند . به همین علت به امواج فضایی معروف هستند .
انتشار امواج فضایی به انتشار در امتداد دید ( Line of Sight ) نیز معروف است ، چرا که باید فرستنده و گیرنده در دید مستقیم یکدیگر قرار گیرند تا بتوانند ارتباط برقرار کنند . امواج فضایی در تلویزیون استفاده می شود .
موج متوسط که در محدوده فرکانسی 535KHz-1605KHz قرار دارد به صورت زمینی و آسمانی منتشر می شود .
موج FM نیز که در محدوده فرکانسی 88MHz-108MHz واقع است به صورت امواج فضایی منتشر می شود .
صوت :
صوت مجموعه ای از ارتعاشات مکانیکی است . ارتعاشات صوتی توسط یک ماده قابل ارتعاش تولید می شود . حرکت صوت شبیه امواج آب است . ارتعاشات صوتی با ملکولهای هوا برخورد میکند و از ملکولی به ملکول دیگر منتقل میشود . به عبارت دیگر انرژی صوتی به صورت موج در هوا منتشر می گردد و هوا را به تناوب متراکم می کند .
صوت دارای پنج مولفه مشخص است :
1- بلندی صوت : شدت و ضعف دامنه صوت که توسط حس شنوایی تشخیص داده می شود ، بلندی صوت است .
2- انرژی صوت : صوت نیز مانند همه امواج دارای انرژی و توان است تا از یک نقطه به نقطه دیگر منتقل شود .
3- شدت صوت : مقدار توان صوتی در واحد سطح را شدت صوت گویند . (میکرو وات بر متر مربع یا وات بر سانتیمتر مربع )
4- ارتفاع یا آهنگ صوت : زیر و بمی صوت است و به فرکانس بستگی دارد .( فرکانس زیاد صدا زیر و فرکانس کم صدای بم )
5- طنین صوت : زمانی بوجود می آید که فرکانس اصلی با هارمونیکهای آن ترکیب شود .( صوت یک تار صوتی طنین ندارد )
محدوده فرکانسی صوت و طیف آن :
در صورتی که صدای انسان را پس از تبدیل کردن به انرژی الکتریکی به ورودی دستگاه طیف نما وصل کنیم ، طیف فرکانسی صوت روی صفحه ظاهر می شود و متناسب با ترکیب صوت ، فرکانسهای متفاوتی دیده می شود . به عنوان مثال چون صدای کودک و صدای ویلن زیر است از این رو در طیف فرکانسی آن تعداد مولفه های فرکانسی بالا ، بیشتر است . در صورتی که در صداهای بم مانند صدای مردان و صدای طبل تعداد مولفه های فرکانسی کمتر است .
فرکانسهای بالاتر از محدوده فرکانس صوتی را فرکانس ماورای صوت و فرکانسهای کمتر را مادون صوت یا زیر صوت می نامند .
محدوده فرکانسی صوت انسان در فاصله (7.5KHz 20Hz -) و محدوده فرکانسی اصوات موسیقی در فاصله ( 20Hz-20kHz ) و محدوده شنوایی انسان نیز بین ( 20Hz-20kHz ) قرار دارد و برای افراد مختلف متفاوت است.
صوت و نحوه انتقال آن :
برای انتشار امواج با طول موج زیاد نیاز به محیط مادی مانند هوا است . در واقع امواج صوتی ارتعاشات مکانیکی هستند . این ارتعاشات از طریق جابجایی ملکولهای هوا ، از طریق حفره گوش به پرده گوش برخورد می کند و صدا شنیده می شود . هر قدر دامنه تغییرات صوت ( شدت صوت ) بیشتر باشد ارتعاشات قویتر و صدا بلندتر است . سرعت حرکت صوت در هوا 340 متر در ثانیه است .
فیزیولوژی حنجره انسان به گونه ای است که نمی تواند دامنه حاصل از تارهای صوتی را از حد معینی افزایش دهد .
این محدودیت باعث می شود که برای انتقال صوت به فواصل دور ( حدودا تا 500 متری ) از دستگاههای تقویت کننده ( آمپلی فایر ) استفاده کنند . برای انتقال صوت از دستگاههای آمپلی فایر به بلندگو به خط انتقال نیاز داریم .
خط انتقالی که برای این منظور به کار می رود سیم یا کابل است . استفاده از سیم یا کابل برای انتقال صوت به فواصل دور موجب افت ولتاژ در مسیر می شود . از طرف دیگر به دلایل متعدد کاربرد این سیستم مقرون به صرفه نیست و در پاره ای از موارد ناممکن است . بدین ترتیب ، در صورتی که پیام مورد نظر یک سیگنال صوتی باشد نمی توان آنرا به فواصل خیلی دور ( بین دو شهر ) منتقل کرد
برای اینکه :
الف : تلفات توان و ولتاژ زیاد می شود .
ب : بعلت طولانی بودن کابل ، سیستم آسیب پذیر می شود .
ج : هزینه نصب و راه اندازی ، تعمیرات و نگهداری آن زیاد است .
د : پخش صدا در مناطق مختلف موجب آزار مردم شده و آلودگی صوتی بوجود می آورد .
ه : پیام نمی تواند محرمانه باشد .
به نظر می رسد ساده ترین روش برای انتقال سیگنالهای صوتی به فواصل دور تبدیل آن به امواج الکترومغناطیس و انتشار آن از طریق آنتن باشد . برای تبدیل مستقیم امواج صوتی به امواج الکترومغناطیس نیز با مشکلاتی روبرو هستیم که بدلیل همین مشکلات عملا نمی توان از این روش استفاده کرد .
مشکلاتی از قبیل :
الف : طول موج امواج صوتی زیاد است ، چون یکی از ملزومات اولیه برای تبدیل سیگنالهای الکتریکی
به امواج الکترومغناطیس ، زیاد بودن فرکانس آن است .
ب : در صورتی که انتشار امواج صوتی از آنتن ممکن باشد ، برای انتشار نیاز به آنتن بسیار طویل است .
ج : با فرض اینکه بتوان آنتن طویل را مورد استفاده قرار داد ، به دلیل اینکه صوت ، ترکیبی از فرکانسهای مختلف است ، نیاز به آنتن های متعدد با طولهای متفاوت دارد . ( مثلا برای فرکانس 20 کیلوهرتز نیاز به آنتنی به طول 3750 متر و برای فرکانس 20 هرتز نیاز به آنتنی به طول 3750 کیلومتر است ) .
د : در صورتیکه نیاز به آنتنهای متعدد را نیز بپذیریم ، در هر منطقه بیش از یک ایستگاه رادیویی
نمی توانیم داشته باشیم .چرا که بعلت مشابهت طیف فرکانسی صوت انسانها با یکدیگر تداخل بوجود می آید .
پس با توجه به موارد فوق نتیجه می گیریم که اولا هرگز نمی توان سیگنال صوتی را مستقیم تبدیل به امواج کرد ، ثانیا نمی توان مستقیما امواج را در فضا منتشر کرد . در نتیجه تنها راه حل ، سوار کردن سیگنال صوت روی سیگنال دیگری بعنوان حامل صوت است . که به این عمل مدولاسیون (Modulation ) می گویند . سیگنال پیام را سیگنال مدوله کننده ( Modulation Signal ) و سیگنالی که پیام روی آن سوار می شود را سیگنال حامل پیام یا مدوله شونده ( Carrier ) می نامند .
مزایای استفاده از سیگنال RF به عنوان حامل
انتشار مستقیم
انتشار با استفاده از سیگنال RF
1- بعلت کم بودن فرکانس صوتی نیاز به آنتن طویل است .
1- بعلت زیاد بودن فرکانس طول آنتن بشدت کاهش می یابد .
2- بعلت تعدد فرکانسهای صوتی و وسیع بودن محدوده فرکانس صوتی نیاز به آنتنهای متعدد است .
2- استفاده از سیگنال RF به عنوان عامل اصلی انتشار ، وابستگی طول آنتن به فرکانسهای صوتی از بین می رود .
3- بعلت مشابه بودن باند فرکانس صوتی نمی توان بیش از یک ایستگاه رادیویی در منطقه داشت .
3- با استفاده از سیگنالهای حامل متفاوت می توان چندین ایستگاه رادیویی در منطقه دایر کرد .
مدولاسیون (Modulation ) :
مدولاسیون عبارت است از کنترل یکی از مشخصه های اصلی حامل توسط پیام ، به طوری که در گیرنده بتوان اطلاعات ارسال شده از قبیل صوت ، موسیقی و … را مجددا بازسازی کرد . چون سیگنال حامل یک سیگنال سینوسی با فرکانس زیاد است ، بنابراین می توان سه مشخصه ( دامنه ـ فرکانس ـ فاز ) را با سیگنال پیام ، تحت کنترل درآورد .
انواع مدولاسیون ( Modulation ) :
1- مدولاسیون دامنه ( Amplitude Modulation ) : هرگاه دامنه حامل ، به صورت خطی متناسب با مقادیر لحظه ای دامنه پیام تغییر کند ، مدولاسیون دامنه است و با ( AM ) نمایش داده می شود .در این حالت سرعت تکرار تغییرات دامنه ، متناسب با فرکانس پیام خواهد بود .
2- مدولاسیون فرکانس ( Frequency Modulation ) : درصورتی که فرکانس سیگنال حامل ، متناسب با تغییرات دامنه پیام تغییر کند مدولاسیون فرکانس است و با ( FM ) نمایش داده می شود . در این حالت سرعت تکرار تغییرات فرکانس ، متناسب با فرکانس پیام خواهد بود .
3- مدولاسیون فاز ( Phase Modulation ) : اگر فاز سیگنال حامل ، متناسب با دامنه سیگنال پیام تغییر کند مدولاسیون فاز است و با ( PM ) نمایش داده می شود . در این حالت سرعت تکرار تغییرات فاز ، برابر با فرکانس پیام خواهد بود . مدولاسیون فاز از پاره ای جهات مشابهت هایی با مدولاسیون فرکانس دارد .
سه نوع مدولاسیون AM , FM , PM از انواع مدولاسیون پیوسته یا آنالوگ ( Analog ) هستند .در صورتیکه حامل یا پیام موج مربعی باشد ، مدولاسیون دیجیتال ( Digital ) شکل می گیرد .
نوسان سازها یا اسیلاتورها ( Oscillator ) :
نوسان سازها از مداراهای ویژه ای هستند که کاربرد نسبتا گسترده ای در مدارات مخابراتی دارند . بدون نوسان سازها ارسال و دریافت پیامهای رادیویی امکان پذیر نیست . مدارهای نوسانساز یا اسیلاتورها ، مولد موج حامل یا کاریر در فرستنده هستند .
چهار نوع نوسان ساز وجود دارد :
الف : نوسان ساز موج سینوسی
ب : نوسان ساز موج مربعی
ج : نوسان ساز موج دندانه اره ای
د : نوسان ساز موج مثلثی
{ درکلیه نوسان سازها باید شرایط و عوامل زیر موجود باشد تا مدار به نوسان درآید} :
1- منبع انرژی : منبع انرژی می تواند منبع تغذیه ، باطری شیمیایی یا باطری نوری باشد .
2- مدار تعیین کننده فرکانس : این مدار معمولا یک مدار رزونانس LC یا مدار رزونانس RC یا مدارهایی با مشخصات ویژه است . نوسانهای اولیه در این مدارها تولید می شود .
3- تقویت کننده : مدار تقویت کننده معمولا یکی از انواع تقویت کننده های ترانزیستوری ، FET یا IC است . سیگنالهای اولیه که توسط مدار تعیین فرکانس تولید می گردد به وسیله این مدارات تقویت می شود .
4- مدار فیدبک یا بازخورد ( Feedback ) : فیدبک یکی از روشهای انتقال انرژی است . در نوسانسازها قسمتی از انرژی خروجی طوری به ورودی منتقل می شود که با آن همفاز باشد . به این حالت فیدبک مثبت می گویند .
در صورتیکه سیگنال برگشتی با سیگنال ورودی 180 درجه اختلاف فاز داشته باشد آنرا فیدبک منفی گویند .
نوسانهای اولیه برای نوسانسازی بوسیله مدار تعیین کننده فرکانس تولید می شود . این نوسانها توسط مدار تقویت کننده ، تقویت شده و سپس از طریق مدار فیدبک به ورودی منتقل می شود . نوسانها زمانی تداوم می یابد که حاصل ضرب گین ( Gain ) مدار تقویت کننده و گین مدار فیدبک برابر یک شود ( اصل بارک هاوزن ) . در صورتیکه چنین شرایطی داشته باشیم در خروجی سیگنال سینوسی داریم و اگر شرایط مدار طوری تنظیم گردد که ترانزیستور به قطع و اشباع رود ، سیگنال مربعی تولید می شود .
انواع نوسانسازها :
در زمانهای قدیم از لامپهای خلا به عنوان نوسانساز استفاده می کردند . امروزه استفاده از ترانزیستور ، FET ، تقویت کننده های عملیاتی ( Opamp ) ، مدارهای لاجیک و سایر Ic ها در مدارات نوسانساز متداول است .
از نظر مدار تعیین فرکانس دو نمونه نوسانساز وجود دارد : 1- مدار RC 2- مدار LC نوسانسازها از نقطه نظر مدار فیدبک به سه دسته تقسیم می شوند :
1- نوسانسازی با شبکه فیدبک ترانسفورماتوری { اسیلاتور آرمسترانگ ( Armstrong ) }
2- نوسانسازی در اثر تقسیم ولتاژ سلفی { اسیلاتور هارتلی ( Hartly ) }
3- نوسانسازی در اثر تقسیم ولتاژ خازنی { اسیلاتور کول پیتس ( Colpitts ) }
مدولاتورها :
مدولاتورها مدارهایی هستند که در آنها سیگنال پیام روی سیگنال حامل سوار می شود .متناسب با نوع مدولاسیون ، مدار مدولاتور نیز تغییر می کند . با توجه به کار مدولاتور ، سیگنال پیام و حامل وارد مدار مدولاتور شده و در خروجی سیگنال مدوله شده ظاهر می شود .
انواع مدولاتور :
1- مدولاتور دیودی : در این نوع مدولاتور ابتدا سیگنال پیام و حامل را با استفاده از یک مدار جمع کننده ، جمع کرده و سیگنال خروجی را که حاصل جمع مقادیر لحظه ای سیگنال پیام و حامل است را بوسیله یک دیود یکسوساز یکسو کرده و سپس خروجی دیود را به یک مدار رزونانس اعمال کرده و بعلت بوجود آمدن هارمونیک ، در خروجی سیگنال مدوله شده AM حاصل می شود .
2- مدولاتور ترانزیستوری : مدولاتورهای ترانزیستوری را بر اساس نحوه اعمال سیگنال مدوله کننده ( پیام ) به ترانزیستور به سه دسته تقسیم می کنند :الف ) مدولاسیون کلکتور : در این مدار سیگنال مدوله کننده ( پیام ) به کلکتور اعمال می شود و سیگنال حامل به بیس ترانزیستور تزریق می شود . در مدولاسیون کلکتور تقویت کننده باید در کلاس C بایاس شود . این نوع مدار از راندمان بالایی برخوردار است ولی برای رسیدن به مدولاسیون 100% ، نیاز به اعمال سیگنال پیام با دامنه قوی است .
ب ) مدولاسیون امیتر : در این مدار سیگنال مدوله کننده ( پیام ) به امیتر اعمال می شود و سیگنال حامل به بیس ترانزیستور اعمال می شود . در مدولاسیون امیتر تقویت کننده باید در کلاس A بایاس شود . این نوع مدار از راندمان کمتری برخوردار است ولی برای رسیدن پیام به مدولاسیون صددرصد ، نیاز به ولتاژ پیام کمتری است .
ج ) مدولاسیون بیس : در صورتیکه سیگنال پیام به بیس اعمال شود ، مدولاسیون بیس است .
در مدارهای فرستنده ، بعلت بالا بودن راندمان مدولاتور کلکتور ، از این مدار بیشتر استفاده می شود .
انواع مدولاتورهای دیگری از قبیل مدولاتور سری ، مدولاتور با آی سی و … نیز وجود دارد .
مدارات میکسر ( Mixer ) :
میکسرها یا مخلوط کننده ها مدارهایی هستند که دو فرکانس را در یکدیگر ضرب می کنند . از بسط حاصل ضرب دو سیگنال سینوسی سیگنالهای حاصل جمع و حاصل تفاضل به دست خواهد آمد .یعنی درخروجی مدار( 1+ 2 ) و ( 1- 2 ) را خواهیم داشت .ضرب دو سیگنال در گیرنده های رادیویی به منظور کاهش فرکانس سیگنال حامل استفاده می شود . این عمل را هترودین
( Hetrodyne ) می نامند .
دو نوع مدار میکسر وجود دارد :
1 ) – میکسر دیودی 2 )- میکسر ترانزیستوری
آنتن :
آنتن وسیله ای است برای انتشار و دریافت امواج الکترومغناطیس . خواص آنتن در فرستنده و گیرنده یکی است . از ترکیب میدانهای الکتریکی و مغناطیسی در آنتن ، میدان الکترومغناطیس بوجود می آید .
انواع آنتن :
1) آنتن دیپل ( Dipole ) یا دو قطبی : اگر طول موج فرکانس ایستگاه رادیویی باشد و طول هریک از میله های آنتن را مساوی 4/ در نظر بگیریم ، طول آنتن مساوی 4/ می شود .
2) آنتن مارکنی (Marconi Antenna ) : آنتن مارکنی یک آنتن قطبی با طول 4/ است که بطور عمودی بر روی زمین نصب می شود . زمین ، انرژی تابیده شده برخود را بازتاب می کند . در اثر این بازتاب امواج تصویر آنتن 4/ در زمین ظاهر می شود که می توان آنرا بعنوان یک آنتن فرضی در نظر گرفت که قرینه آنتن اصلی نسبت به سطح زمین است . این آنتن فرضی را سایه آنتن می نامند .
آنتن مارکنی را آنتن تصویری نیز می نامند عملکرد این آنتن عینا مشابه آنتن نیم موج است .آنتن رادیویی اتومبیل یک نوع آنتن مارکنی است . بدنه فلزی اتومبیل به عنوان زمین عمل می کند .
3) آنتن دیپل نیم موج خمیده : این آنتن از یک میله به طول تشکیل شده است که پس از خم شدن به اندازه 2/ می شود . در وسط آنتن بریدگی کوچکی وجود دارد . امپدانس آنتن دیپل خمیده در حدود300 است . از این آنتن برای تطبیق خط انتقال دو سیمه 300 اهمی در تلویزیون سیاه و سفید استفاده می شود .
4) آنتن با میله فریت : از این نوع آنتن در تمام گیرنده های رادیویی MW و SW استفاده می شود.
فریت ماده ای با قابلیت نفوذ مغناطیسی زیاد است . آنتن با میله فریت ، آنتن کوچکی است که در داخل گیرنده های رادیویی جای می گیرد . این میله به عنوان یک هسته در بوبین کادر آنتن قرار می گیرد . استفاده از بوبین با هسته فریت ، دریافت امواج الکترومغناطیس را آسان و بهتر می کند .
5) آنتن بشقابی : آنتنهای بشقابی یا سهموی در فرکانسهای میکروویو ( 1000 مگاهرتز به بالا ) به عنوان آنتنهای فرستنده و یا گیرنده به کار می روند . به کمک آنتنهای بشقابی فرستنده می توان قدرت تشعشعی را در یک جهت معین افزایش داد .
مشخصه های مهم آنتن ها :
1) مقاومت تابشی آنتن : آنتن در فرکانس کار خود به صورت یک مقاومت Rr در مدار ظاهر می شود که به آن مقاومت تابشی می گویند .
2) توان تابشی آنتن : اگر جریان عبوری از آنتن I و مقاومت تابشی آن Rr باشد ، توان تابشی از رابطه زیر بدست می آید . I^2 . Rr ) ( P =
3) بهره آنتن : ارسال توان یک آنتن در یک جهت بخصوص را بهره جهتی یا بهره آنتن می گویند .
4) امپدانس آنتن : به مقاومتی که آنتن در نقاط گره ولتاژ و جریان در فرکانس بخصوصی ، از خود نشان می دهد ، امپدانس آنتن گویند . ( امپدانس آنتن نیم موج در وسط آنتن حدود 75 ، و در دو انتها حدود 2500 است )
فرستنده های رادیویی :
هر فرستنده رادیویی از دو قسمت RF و AF تشکیل شده است . صدا ، موسیقی یا هر پیامی که در محدوده فرکانسی 20Hz تا 20KHz قرار دارد سیگنال صوتی یا (AF) نامیده می شود .قلب هر فرستنده رادیویی مدار اسیلاتور آن است . اسیلاتور یک مولد سیگنال با فرکانس بالا است که آنرا سیگنال RF، حامل یا کاریر می گویند .
در فرستنده های رادیویی ایتدا سیگنال RF و AF را تقویت می کنند . این سیگنالها پس از تقویت به مدولاتور اعمال می شوند . سیگنال خروجی مدولاتور مجددا تقویت شده و برای انتشار به مدار آنتن می رود . عمل مدولایسون ممکن است در طبقه انتهایی فرستنده یا طبقه ما قبل آن صورت گیرد . در زیر بلوک دیاگرام کلی یک فرستنده را به تفکیک مشاهده می کنید :
گیرنده های رادیویی :
همه گیرنده های رادیویی دارای مشخصات زیر هستند :
1) حساسیت (Sensitivity ) : توانایی یک گیرنده برای دریافت امواج ضعیف را حساسیت گویند . تقویت کننده RF یک گیرنده باید دارای حساسیت خوبی باشد . ( برای افزایش حساسیت معمولا نسبت سیگنال به نویز را افزایش میدهند )
2) قابلیت انتخاب ( Selectivity ) : توانایی یک گیرنده رادیویی جهت انتخاب سیگنال مورد نظر از میان سایر سیگنالهای ناخواسته را سلکتیویته گویند. در گیرنده ها از مدارات هماهنگ LC موازی برای این کار استفاده می شود . معمولا برای انتخاب ایستگاه مورد نظر از یک خازن با ظرفیت متغیر( واریابل Variable ) استفاده میشود .
3) وفاداری ( Fidility ) : به میزان تطابق سیگنال خروجی با سیگنال ورودی ، تقویت کننده درگیرنده ، گویند .
4) پایداری ( Stability ) : میزان ثبات فرکانس رزونانس مدار انتخاب ایستگاه گیرنده رادیویی را استابیلیته گویند .
وقتی گیرنده روی ایستگاهی تنظیم شود و فرکانس دریافتی خودبخود تغییر نکند از پایداری بالایی برخوردار است .
گیرنده رادیویی سوپر هترودین Superhetrodyne Reciver :
امروزه گیرنده های رادیویی را به صورت ترکیبی که سوپرهترودین نامیده می شود می سازند . کلمه هترودین به معنی مخلوط کردن یا ترکیب کردن دو فرکانس است . کلمه سوپر نیز به معنی فوق العاده است و بیشتر برای کالاهایی که اولین بار به بازار عرضه می شود مورد استفاده قرار می گیرد .
درگیرنده های سوپر هترودین ابتدا ایستگاه مورد نظر توسط مدار هماهنگی انتخاب می شود . فرکانس دریافتی پس از تقویت وارد مدار کنورتور شده و تبدیل به فرکانس میانی می شود . فرکانس میانی را فرکانس متوسط یا IF نیز می نامند . مقدار فرکانس IF در گیرنده های AM تجارتی معمولا مساوی 455kHZ است . حدود فرکانس IF برای گیرنده های مختلف فرق می کند و معمولا مقدار آنرا روی پلاک دستگاه می نویسند .
هر گیرنده سوپر هترودین دارای طبقاتی به شرح زیر است :
1) تقویت کننده RF : تقویت کننده RF به منظور تقویت سیگنال رادیویی دریافتی و حذف نویز به کار می رود . که معمولا از تقویت کننده های ترانزیستوری چند طبقه استفاده می شود .
2) اسیلاتور محلی یا Local Oscillator : در داخل گیرنده های سوپر هترودین یک نوسانساز وجود دارد که اسیلاتور محلی نام دارد . فرکانس اسیلاتور محلی ،با فرکانس رزونانس مدار انتخاب کننده ایستگاه ، بطور همزمان تغییر می کند تغییر توسط دو خازن هم محور به نام واریکاپ ( Varicap ) صورت می گیرد .
3) مخلوط کننده یا Mixer : سیگنال دریافتی همراه با سیگنال اسیلاتور محلی وارد طبقه ای به نام میکسر می شود . در خروجی میکسر علاوه بر دو فرکانس اصلی ، فرکانسهای مجموع و تفاضل آنها نیز بدست می آید .
4) تقویت کننده IF : فرکانس تفاضل IF مساوی 455kHz است . این فرکانس توسط یک یا چند طبقه تقویت کننده ، تقویت می شود . سیگنال خروجی این طبقه برای آشکرسازی به طبقه بعدی می رود .
مجموعه مدارات اسیلاتور محلی و میکسر را کنورتور می نامند .
5) آشکارساز یا Detector : وظیفه این طبقه پیاده کردن پیام از روی سیگنال IF است . سیگنال رادیویی IF وارد این طبقه شده و در خروجی سیگنال صوتی ظاهر می گردد .برای آشکار سازی از دیود یا ترانزیستور استفاده میشود .
6) تقویت کننده AF : در این طبقه دامنه ولتاژ و جریان سیگنال صوتی تقویت می گردد تا جریان لازم برای بلندگو تامین شود . مدار تقویت کننده ممکن است ترانزیستوری یا مدارات مجتمع ( IC ) باشد . 7) کنترل اتوماتیک بهره Contro Automatic Gain : در یک گیرنده رادیویی ، ضعیف یا قوی شدن سیگنال دریافتی موجب کم و زیاد شدن صدا در بلندگو می شود . برای بر طرف کردن این مساله از مدار AGC استفاده میشود
مدار AGC ضریب بهره طبقات IF یا RF را بطور اتوماتیک کنترل می کند ، بدین ترتیب که با استفاده از یک نوع فیدبک منفی از خروجی نمونه برداری کرده و به مدارات تقویت کننده اعمال می کند .
8) بلندگو Speaker : در آخرین مرحله سیگنال الکتریکی تقویت شده به بلندگو رفته و به ارتعاشات مکانیکی تبدیل میشود و در نهایت صدای ایستگاه رادیویی به گوش می رسد . بلندگو با توجه به امپدانس خروجی طبقه آخر انتخاب می شود تا حداکثر توان تقویت کننده به بلندگو برسد .
36