التضمين الترددي - Frequency Modulation

نادراً ما يُمكن إرسال إشارة المعلومات كما هي حيث يجب معالجتها، ومن أجل استخدام الإرسال الكهرومغناطيسي، يجب أولاً تحويله من الصوت إلى إشارة كهربائية والتحويل يتم بواسطة محول طاقة وبعد التحويل يتم استخدامه لتعديل إشارة الناقل.

ما هو التضمين الترددي – FM؟

التضمين الترددي (Frequency Modulation): هو تقنية أو عملية لتشفير المعلومات على إشارة معينة سواء كانت تماثلية أو رقمية عن طريق تغيير تردد موجة الموجة الحاملة وفقاً لتردد إشارة التضمين، وإنّ الإشارة المعدلة ليست سوى معلومات أو رسالة يجب إرسالها بعد تحويلها إلى إشارة إلكترونية.

إنّ تضمين التردد له نهج يتبعه حيث يتم تعديل إشارة الموجة الحاملة بواسطة الإشارة الداخلة، ومع ذلك يتم الاحتفاظ بسعة الإشارة المضمنة أو تبقى ثابتة.

مزايا وعيوب – Frequency Modulation:

مجال التردد – Frequency Domain:

تبدو أشكال موجة المجال الترددي (FM) لنفس النطاق الأساسي وإشارات الموجة الحاملة مختلفة تماماً، من المثير للاهتمام هو العثور على (FM) ضيق النطاق ينتج تغييرات مماثلة في مجال التردد، حيث يتضمن النطاق الترددي الضيق النطاق الترددي المحدود ويسمح بتحليل أسهل، في كلتا الحالتين يُترجم طيف التردد المنخفض بما في ذلك الترددات السالبة إلى نطاق يمتد فوق وتحت تردد الموجة الحاملة، وإنّ طيف النطاق الأساسي نفسه ينزاح لأعلى أي أنّ (FM) هو طيف تكامل إشارة النطاق الأساسي الذي يظهر في النطاق المحيط بتردد الموجة الحاملة.

نظرية – FM:

المبدأ الأساسي وراء (FM) هو أنّ اتساع إشارة النطاق الأساسي التماثلية يمكن تمثيلها بتردد مختلف قليلاً للحامل، حيث ترتبط السعات المختلفة لإشارة النطاق الأساسي بترددات محددة لإشارة الموجة الحاملة، ويتم تمثيلها رياضياّ من خلال المعادلة التالية:

(xc (t) = Ac cos (2πfct.

تتطلب العملية الرياضية الفعلية لتعديل إشارة النطاق الأساسي (m(t على الموجة الحاملة من خطوتين؛ أولاً: يجب دمج إشارة الرسالة فيما يتعلق بالوقت للحصول على معادلة للطور فيما يتعلق بالوقت (t(θ، يمكّن هذا التكامل عملية التعديل، لأنّ تعديل الطور بسيط إلى حد ما مع دارة معدل (I/Q) النموذجية.

يؤثر مؤشر التضمين على الجيب المعدل (modulated sinusoid) حيث أنّه كلما زاد مؤشر التعديل، كلما زاد التردد اللحظي من الموجة الحاملة.

نبذة تاريخية عن Frequency Domain:

بث (FM) هو تقنية بث اخترعها (Edwin Howard Armstrong) لتوفير نقل صوتي عالي الدقة عبر راديو البث، يعود تاريخ (FM) إلى عام 1936م عندما وصف إدوين هوارد أرمسترونج تردد (FM) بأنّه طريقة لتقليل الاضطرابات في الإرسال اللاسلكي في مؤتمر لمهندسي الراديو في نيويورك في (6 نوفمبر 1936م).

يستخدم تردد (FM) على نطاق واسع في أجهزة الاتصالات لنقل الصوت دون اضطرابات، وفي التطبيقات التماثلية يتناسب التردد اللحظي للناقل بشكل مباشر مع القيمة الآنية لإشارة الداخلة، ويمكن إرسال البيانات الرقمية عن طريق تحويل تردد الموجة الحاملة بين مجموعة من القيم المنفصلة، وهي تقنية تُعرف باسم مفتاح إزاحة التردد.

انتقال التردد – FM Transmission:

يستخدم (FM) بشكل شائع في ترددات الراديو (VHF) للبث عالي الدقة للموسيقى والكلام ويتم أيضاً بث صوت التلفزيون العادي باستخدام (FM)، حيث يُطلق على نطاق التردد المستخدم في البث عموماً في نطاق (FM أو W-FM)، أمّا في الراديو ثنائي الاتجاه يتم استخدام (Narrowband-FM) للحفاظ على عرض النطاق الترددي، بالإضافة إلى ذلك يتم استخدامه لإرسال إشارات إلى الفضاء.

يتطلب النطاق العريض (W-FM) عرض نطاق إشارة أوسع من تعديل السعة بواسطة إشارة تعديل مكافئة ولكن هذا أيضاً يجعل الإشارة أكثر قوة ضد الضوضاء والتداخل، ويُعد تعديل التردد أيضاً أكثر قوة ضد ظاهرة تلاشي اتساع الإشارة البسيطة، حيث تستخدم مستقبلات (FM) كاشفاً خاصاً لإشارات (FM) وتعرض ظاهرة تسمّى تأثير الالتقاط حيث يكون جهاز الراديو قادراً على استقبال أقوى محطتين يتم بثهما على نفس التردد بوضوح، يمكن أيضاً استخدام إشارة (FM) لحمل إشارة استريو، ويتم ذلك عن طريق استخدام تعدد الإرسال وإزالة تعدد الإرسال قبل وبعد عملية (FM) وهو ليس جزءاً من (FM).

يقع نطاق البث في جميع أنحاء العالم ضمن جزء (VHF) من الطيف الراديوي، وعادةً ما يتم استخدام (88-108 ميجا هرتز) ويرتبط نطاق الإرسال الأحادي (FM) بقدرة التردد اللاسلكي للمرسل وكسب الهوائي وارتفاع الهوائي، أمّا بالنسبة لاستريو (FM) يتم تقليل المسافة القصوى المقطوعة بشكل كبير ويرجع ذلك إلى وجود تشكيل الموجة الحاملة الفرعية (38 كيلو هيرتز) وتعمل المعالجة الصوتية القوية على تحسين منطقة التغطية لمحطة استريو (FM).