أنواع مولدات الإشارة

يُعد مولد الإشارة بأنّه قطعة من معدات الاختبار التي تنتج إشارة كهربائية على شكل موجة، حيث يستخدم هذا كحافز للعنصر الذي يتم اختباره، كما تُستخدم مولدات الإشارات بجميع أشكالها على نطاق واسع في أنظمة الاختبار والتطوير، حيث تُستخدم مع أدوات الاختبار الأخرى.

ما هو مولد الإشارة؟

مولد الإشارة: هو أداة اختبار إلكترونية تنشئ أو تولد أشكالاً موجية متكررة أو غير متكررة، كما يمكن أن يكون شكل الموجة ذات أشكال وسعة مختلفة، حيث تستخدم المولدات مع جميع الأنواع وفي تصميم وتصنيع وخدمة وإصلاح الأجهزة الإلكترونية.

عند النظر إلى مكونات مولد الإشارة، سيتبين بأنّه تتكون من أشكال عديدة، حيث هناك العديد من أنواع مولدات الإشارات، وكل منها يستخدم لتوفير شكل مختلف من الإشارات، كما يعطي بعضها إشارات “RF” والبعض الآخر إشارات صوتية، ويمكن أن ينتج البعض أشكالاً مختلفة من أشكال الموجة والبعض الآخر قد يوفر نبضات فقط.

تم استخدام مولدات الإشارة لسنوات عديدة، حيث كانت الأنواع المبكرة أساسية جداً وفقاً لمعايير الأنواع المختلفة لمولد الإشارة اليوم، كما زادت مستويات الأداء بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من المرافق المتاحة وتطورت.

• “RF” هي اختصار لـ “Radio Frequency”.

ما هي أنواع مولدات الإشارة؟

هناك عدة أنواع من مولدات الإشارة، حيث يمكن تصنيفها بناءً على عامل الشكل وقدراتها، كما يمكنك توفير المال عن طريق الحصول على النوع المناسب من مولد الإشارة بالأداء المناسب لتطبيقك.

أولاً: المولد عامل الشكل “Form Factor”:

مولد الإشارة عامل الشكل: هو المولد الأكثر شيوعاً، وهو عامل الشكل الفوقي، وهذه أدوات صندوقية تقليدية نجدها عادة على المقاعد والرفوف، حيث تعد مولدات إشارة “Benchtop” مناسبة تماماً للبحث والتطوير، كما يستفيد التحليل واستكشاف الأخطاء وإصلاحها من التفاعل المباشر مع الأداة عبر اللوحة الأمامية، حيث تتراوح طرز “Benchtop” من “RF” إلى الميكروويف، ومن التماثلية إلى المتجهية.

في الآونة الأخيرة، أصبحت مولدات الإشارة التي تستخدم عامل الشكل المعياري “PXIe” متاحة، كما أنّ  مولدات إشارة “PXIe” المعيارية هي مولدات إشارة مضغوطة تشغل عدة فتحات فقط في هيكل “PXIe” ويعتبر عامل الشكل المضغوط هذا مثالياً للتطبيقات التي تتطلب إمكانات قياس متعددة القنوات وسرعة قياس سريعة ومساحة صغيرة.

كما أنّها توفر قابلية التوسع والمرونة لتكوين الحلول باستخدام معالج مشترك وهيكل وأدوات معيارية أخرى، حيث يستخدم مولد إشارة ناقل “PXIe” نفس تطبيقات البرامج، مثل مولدات إشارة المنضدة ويوفر اتساق القياس والتوافق من تطوير المنتج إلى التصنيع والدعم، كما يتم تصنيف مولدات الإشارة أيضاً بناءً على قدراتها.

ثانياً: مولدات الإشارة التماثلية:

توفر مولدات الإشارة التماثلية إشارات الموجة المستمرة الجيبية “CW” مع إمكانية اختيارية لإضافة تعديل السعةوتعديل التردد وتعديل الطور وتعديل النبض، كما يمتد نطاق التردد الأقصى لمولدات الإشارة التماثلية من الترددات اللاسلكية إلى الميكروويف، حيث تتميز معظم المولدات بأوضاع مسح الخطوة أو القائمة لتوصيف الجهاز السلبي ومعايرته.

• “CW” هي اختصار لـ “Continues Wave”.

3- مولدات إشارة المتجهات:

تحتوي مولدات إشارة المتجه الأحدث أو مولدات الإشارات الرقمية على تربيع مدمج، يُطلق عليه أيضاً مُعدِّل الذكاء؛ لإنشاء تنسيقات تعديل معقدة، مثل تربيع الطور-التحول “QPSK” و”1024 رباعي السعة” وتعديل “QAM“، وعند دمجه مع مولد النطاق الأساسي “IQ”، يمكن فعلياً محاكاة أي إشارة وإرسالها ضمن النطاق الترددي للمعلومات الذي يدعمه النظام.

• “QPSK” هي اختصار لـ “Quadrature Phase Shift Keying”.

• “IQ” هي اختصار لـ “in-phase quadrature”.

• “QAM” هي اختصار لـ “Quadrature amplitude modulation”.

4- مولدات الإشارة الخفيفة:

تم تحسين مولدات الإشارة الخفيفة للسرعة لتغيير التردد والسعة والمرحلة للإشارة بسرعة، كما لديهم أيضاً القدرة الفريدة على أن تكون متماسكة الطور في جميع الترددات وفي كل وقت، وهذه السمة إلى جانب إمكانية تعديل النبضات الواسعة وقدرات غرد النطاق العريض، مثالية للحرب الإلكترونية “EW” وتطبيقات الرادار.

• “EW” هي اختصار لـ “Electronic Warfare”.

ما الفرق بين مولد الإشارة ومولد الموجي التعسفي AWG؟

يتم استخدام “AWG” لإنتاج أي شكل موجة محدد بشكل تعسفي، حيث تتضمن هذه الأشكال الموجية التعسفية إشارات القلب والنبض وسن المنشار وإشارات الحياة الواقعية الأخرى، كما يمكن أن يولد “AWG” أيضاً موجات جيبية، حيث عادةً ما يتم تعريف أشكال الموجة في “AWG” على أنّها سلسلة من الإحداثيات عبر الزمن، لذلك لا يوجد حد لنوع أشكال الموجة التي يمكن أن يولدها “AWG”.

يتم استخدام مولد الإشارة عندما تحتاج إلى ضوضاء منخفضة المرحلة أو مستوى طاقة دقيق في إشارتك، كما تُعد ضوضاء المرحلة المنخفضة أمراً بالغ الأهمية خاصةً عندما يكون لديك مجموعات نجمية كثيفة في مخطط التعديل الخاص بك أو إذا كنت بحاجة إلى العمل بإشارات منخفضة المستوى، حيث تُعد الطاقة الدقيقة أمراً بالغ الأهمية عند اختبار مضخمات طاقة التردد اللاسلكي وجهاز الاستقبال.

مع تحسن التقنيات الرقمية، يقترب النطاق الديناميكي الخالي من الهامش “SFDR” وضوضاء الطور في “AWGs” الحديثة من تلك الخاصة بمولدات الإشارة، وقد سمح ذلك لفرق العمل “AWG” باستبدال مولدات الإشارة في بعض تطبيقات الترددات الراديوية، وميزة رئيسية أخرى يتمتع بها مولد الإشارة على “AWG” هي سهولة تغيير تردد ناقل التعديل مع دوران المقبض، حيث يتطلب “AWG” إعادة حساب شكل الموجة إذا كانت هناك تغييرات في تردد الموجة الحاملة.

• “AWG” هي اختصار لـ “Arbitrary Waveform Generator”.

• “SFDR” هي اختصار لـ “Spurious Free Dynamic Range”.

المواصفات الرئيسية لمولد الإشارة:

يعد فهم مواصفات مولد الإشارة أمراً بالغ الأهمية عند تحديد نوع المصدر المناسب للتطبيق، كما تنقسم المواصفات عموماً إلى ثلاث فئات عريضة، وهي التردد والسعة والنقاء الطيفي.

أولاً: مواصفات التردد:

النطاق والقرار والدقة وسرعة التبديل هي مواصفات التردد الرئيسية، حيث يحدد النطاق نطاق ترددات الناتجة التي يمكن أن ينتجها المصدر، والدقة هي أصغر زيادة تردد للمصدر، كما تمثل الدقة مدى قرب تردد ناتج المصدر من التردد المحدد، وسرعة التبديل هي السرعة التي يستقر بها الإنتاج على التردد الجديد، وسرعة التحويل هي مواصفات مهمة للتصنيع لأنّ الوقت هو التكلفة.

تتأثر دقة تردد المصدر بعاملين، حيث إنّها معدل التقادم للمذبذب المرجعي الأساسي الزمني ومقدار الوقت منذ آخر معايرة للمصدر، كما يُشير معدل التقادم إلى مدى سرعة انحراف المرجع عن قيمته المحددة، فعلى سبيل المثال إنّ المذبذب المرجعي “1 جيجاهرتز” لمولد الإشارة له معدل تقادم يبلغ “0.152 جزء في المليون في السنة”، حيث إذا لم تتم معايرة هذا المذبذب لمدة عام واحد، فسيكون تردد ناتج مولد الإشارة في حدود “152 هرتز” من التردد المحدد له.

دقة التردد (هرتز) = تردد الإنتاج (هرتز) × معدل التقادم (جزء في المليون / سنة) × الوقت منذ آخر معايرة

= 10 جيجاهرتز × 0.152 جزء في المليون / السنة × 1 (سنوياً)

= 152 هرتز

ثانياً: مواصفات السعة:

النطاق الديناميكي والدقة والقرار وسرعة التحويل هي مواصفات السعة الرئيسية، والنطاق الديناميكي لمولد الإشارة هو الفرق بين القدرة القصوى لطاقة النواتج والحد الأدنى من قدرة النواتج، كما يُشير دقة المصدر إلى أصغر زيادة ممكنة في السعة، وسرعة التحويل هي مقياس لمدى السرعة التي يمكن أن يتغير بها المصدر من مستوى سعة إلى آخر.

ثالثاً: نقاء طيفي:

غالباً ما تكون المواصفات المرتبطة بالنقاء الطيفي هي الأكثر صعوبة في الفهم، حيث تتضمن هذه المواصفات ضوضاء المرحلة والتوافقيات والخطأ، كما تحدث التوافقيات عند مضاعفات عدد صحيح لتردد النواتج، حيث يمكن أن تحدث الإشارات الزائفة والمعروفة أيضاً باسم التوافقيات غير التوافقية، عند أي تردد، أمّا الناتج المثالي هو موجة جيبية بتردد واحد، لكن لا توجد مصادر مثالية.

جميع مولدات الإشارة مصنوعة من مكونات غير مثالية تؤدي إلى ضوضاء المرحلة والتشوهات غير المرغوب فيها، وضوضاء الطور هي عرض مجال التردد لطيف الضوضاء حول إشارة المذبذب، كما يصف ثبات تردد مذبذب، حيث يتم التعبير عن ضوضاء الطور بوحدة “dBc / Hz” عند تخالف تردد معين، كما تمثل الوحدة “dBc / Hz” قدرة الضوضاء المحتوية على عرض نطاق قدره “1 هرتز” بالنسبة إلى القدرة الموجودة في التردد الأساسي.

النتوءات التوافقية هامشية مع الترددات التي تعد مضاعفات صحيحة للتردد الأساسي “f o” ناتجة، وهذه التوافقيات ناتجة عن الخصائص غير الخطية للمكونات المستخدمة في مولد الإشارة، وهذه المكونات غير الخطية ضرورية لتوفير نطاق واسع من ترددات النواتج والطاقة، كما يتم التعبير عن التوافقيات بوحدة “dBc” فعلى سبيل المثال عندما يتم تحديد التوافقي الثاني عند أقل من “-30 ديسيبل”، فهذا يعني أنّ التوافقي الثاني أقل بمقدار “30 ديسيبل” عن مستوى الإنتاج للتردد الأساسي.

تأتي النتوءات غير التوافقية من مجموعة متنوعة من المصادر، مثل مصدر الطاقة وتكون عادةً أقل من “-65 ديسيبل”، حيث غالباً ما تستخدم المضاعفات في المصادر لتوسيع تردد الإنتاج، كما يمكن أن يؤدي هذا إلى وجود التوافقيات الفرعية، والتي تظهر على شكل توتنهام ذات ترددات أقل من التردد الأساسي.