الدرس الأول في مدرسة هندسة الاتصالات

AM vs. FM

>> مقدمة خفيفة في أساسيات الاتصالات

يعني مصطلح الاتصالات الاليكترونية هي تلك المنظومة التي تعمل على إرسال واستقبال ومعالجة الإشارات بين محطتين أو أكثر باستعمال الدوائر الإليكترونية.

والإشارات المعالجة هي إشارات المعلومات وتتخذ صيغة من الصيغتين التاليتين:

1.  إشارة تماثلية (مستمرة).
2.  إشارة رقمية (متقطعة).

>> لمحة بسيطة عن تاريخ الاتصالات:

• عام 1837: استطاع مورس أن يطوّر أول نظام للاتصالات الإليكترونية.

• عام 1876: قام جراهام بيل وتوماس لأوّل مرة بنقل صوت الإنسان عبر الأسلاك الكهربائية.

• عام 1894: بدء استخدام أمواج الراديو.

• عام 1920: بدء البث الإذاعي باستخدام موجات AM.

• عام 1933: تمّ التوصل إلى موجات البث FM.

• عام 1936: بدء البث الإذاعي باستخدام موجات FM.

يعزى الفضل في تطور الاتصالات الاليكترونية إلى التقدم الهائل في مجال أشباه الموصلات والتي سمحت بصناعة شرائح إليكترونية دقيقة متناهية في الصغر والتي سمحت لأنظمة الاتصالات أن تتطوّر، فمن الأنظمة الحديثة الأنظمة الرقمية وأنظمة المايكروويف والأقمار الصناعية والنظام العالمي للاتصالات المتنقلة وأنظمة الاتصالات الضوئية.

>> ويمكننا أن نصنف أنظمة الاتصالات الاليكترونية إلى نوعين رئيسيين:

• نظام الاتصالات التماثلية Analog Communications System : وهو نظام إليكتروني يرسل ويستقبل الطاقة والأمواج بشكل مستمر.

• نظام الاتصالات الرقمية Digital Communications System : وهي عبارة عن نظم ترسل الأمواج والطاقة بشكل متقطع كـ (1,0).

>> أجزاء نظم الاتصالات:

• المرسل Transmitter : يتكوّن من مولد للاشارات ومعدّل يرسل البيانات استنادا إلى تقنيات معالجة الإشارات المختلفة.

• وسط نقل Chanel : يمثل سلك، هواء، ليف ضوئي .. الخ

• المستقبل Receiver : يتكوّن من معدّل عكسي يفك عملية التعديل الرئيسية، ويسترجع الموجة الأساسية.

• التشويش Noise : والذي لا يعتبر عنصرا إنّما هي نتيجة تنبثق عن هذه المنظومة، وبالتالي يكلف مهندس الاتصالات بإيجاد الحلول المناسبة للتقليل من التشويش وزيادة جودة الاتصال.

>> مفهوم التعديل والتعديل العكسي:

Wireless Telecommunications

الإشارات التي تولدها الأجسام العادية كالصوت البشري والبيانات داخل الحاسوب وغيرها لا تكون قادرة على الانتقال عبر أوساط النقل المختلفة كالهواء والأسلاك، وذلك لضعف قدرة الإشارة نفسها ووجود غالبيتها تحت نطاق ترددي محدد يسمح بالمزيد من تداخل الإشارات ببعضها البعض.

ولهذا يتم تعديل شكل وطبيعة هذه الإشارات لتناسب الأوساط الناقلة، وهذا أمر أساسي في كل عملية اتصال بكافة أشكالها، فيعطى لك إشارة معلومة تردد كبير يحملها ويوصلها عبر وسط النقل إلى المستقبل، ويكون التعديل داخل المرسل.

ويمكن تشبيه عملية التعديل كأن تضع رجلا في سيارة ليسافر قاطعا الدول والحدود، يستطيع فعل ذلك إن كان يملك السيارة، ولكن لا يستطيع فعل ذلك إن كان ماشيا على قدميه فقط، فقدرته أقلّ من أن تحقق له هذا الهدف. أو كأن تمسك ورقة وترميها في الهواء .. ستقطع مسافة بسيطة، ولكن لو وضعت داخل هذه الورقة حجرا، ولففت الورقة عليه فستنطلق الورقة لمسافة أعلى عند رميها.

ويكون ذلك بالاستعانة بتردد يسمى (التردد الحامل) وهو تردد عالي جدا يولد من خلال (مذبذب محلي) موجود داخل المرسل، والمذبذب هو دارة إليكترونية تنتج ترددات بقيمة عالية.

وأمّا عن عملية التعديل العكسي فهي عملية عكسية تستخرج لنا الإشارة الأصلية من الإشارة المعدلة، وتكون كإنزال الرجل من السيارة، أو كإزالة الفلم من جوف الورقة.

>> أنواع التعديل:

• تعديل السعة AM : وهي تعديل إتساع الموجة الحاملة بواسطة إشارة التعديل بما يتناسب مع إشارة التعديل، والموجة الناتجة تسمى تعديل السعة أو الموجة المعدّلة (بفتح الدال).

• تعديل التردد FM : وهي تعديل تردد الموجة الحاملة بواسطة إشارة التعديل بما يتناسب مع التغيير الذي يطرأ على موجة إشارة التعديل، والموجة الناتجة تسمى تعديل التردد أو الموجة المعدّلة (بفتح الدال).

• تعديل الطور PM : وهي تعديل طور الموجة الحاملة بواسطة إشارة التعديل بما يتناسب مع التغيير الحاصل في إشارة التعديل، والموجة الناتجة تسمى تعديل الطور أو الموجة المعدّلة (بفتح الدال).

* علما بأنّ السعة هي عبارة عن فولتية الإشارة، والتردد هو تردد تلك الموجة، والطور هو زاوية الموجة مع المحور السيني.

AM Modulation

FM Modulation

PM Modulation

>> لماذا نحتاج إلى تعديل الموجة؟

نحتاج للتعديل للأسباب التالية:

• سهولة الإشعاع : حتى نرسل موجة كهرومغناطيسية بكفاءة فإننا نحتاج لهوائي إرسال طوله يكون في حدود 50% من طول موجة الإشارة المرسلة.
  وحتى نرسل موجة صوتية بشرية والتي ترددها يتراوح بين (100 - 3000 هيرتز) أي بطول موجي يتراوح بين (100 - 3000 كيلومتر) فنحن نحتاج لهوائي يتراوح طوله ما بين (50 - 1500 كيلومتر) وهذه بالتأكيد أطوال غير منطقية وغير عملية للهوائيات.
  ولهذا نقوم بتعديل الموجات حتى يكون ترددها عالي، وبالتالي يكون طولها الموجي صغير، فتصبح عملية الإرسال منطقية عملية.
  مثال عملي: لبث موجة ترددها الحامل يساوي 100 جيجاهيرتز (طولها الموجي 300 سم) فإننا سنحتاج لهوائي طوله 150 سم وهو طول عملي وواقعي.

• النقل المتزامن لعدة إشارات : على إفتراض أننا تخلصنا من المشكلة الأولى وصنعنا هوائيات بأطوال خيالية، فلو أرسلت جميع المحطات موجاتها على تردداتها الأصلية فسوف تتداخل نظرا لوجود جميع الترددات الصوتية العادية تحت نطاق ترددي صغير ومحدد.
  ولهذا لن تستطيع جميع المحطات البث في الوقت نفسه.
  ولحل هذه المشكلة نلجأ إلى التعديل والذي يعطي لكل محطة ترددا محددا خاصة بها فنتخلص في هذه الحالة من تداخل الموجات.

لقد أنهيت الموضوع .. الله يعطيك العافية

كتب الموضوع بقلم : إياد أبو عرقوب

مدير الموقع ومؤسسه

www.eyad-arqoub.com

eyad-arqoub@live.com

حاصل على البكالوريوس في هندسة تكنولوجيا الاتصالات من كلية الهندسة التكنولوجية (البوليتكنيك) - جامعة البلقاء التطبيقية، وكذلك الدبلوم في هندسة الاتصالات من الكلية العربية في عمّان، كاتب ومحرر وكاتب قصص قصيرة، ومدوّن في مجال هندسة الاتصالات والإليكترونيات، نشرت عدة مقالات في صحيفة الدستور الأردنية، ولي كتابان منشوران ورقيا.