مهدت تكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية الطريق لاختراعات مثيرة للغاية، ويُعرف أيضاً باسم الاتصال “عبر الأثير”، وجعلت هذه التكنولوجيا الاتصالات المتنقلة وبين الكواكب حقيقة واقعة، كما استخدم ضوء الشمس لنقل الصوت من نقطة إلى أخرى، وفي أنظمة الاتصالات يتم استخدام شكل من أشكال الطاقة مثل موجات الراديو أو الطاقة الصوتية لنقل المعلومات من مكان إلى آخر.
ما هو المخفف Attenuator؟
التوهين: هو الفقد التدريجي لشدة الإشارات عبر الوسيط، والذي يتم إرسال الإشارات من مكان إلى آخر عبر وسيط، ويمكن أن تكون هذه الإشارات إشارات بيانات وإشارات جهد وإشارات حالية، وعندما تزيد المسافة التي تقطعها الإشارة تنخفض قوة الإشارة تدريجياً.
المخفف: هو الجهاز المصمم لتقليل قوة الإشارات دون الإخلال بشكلها الموجي، وعلى الرغم من اعتبارها بمثابة تحدٍ لنقل الإشارات لمسافات طويلة، فقد وُجد أن هذه الظاهرة مفيدة في العديد من المهام الأخرى، وهو جهاز إلكتروني ثنائي المنفذ مصمم باستخدام مقاومات لإضعاف أو توهين الإشارة وهي عبارة عن دوائر سلبية تعمل بدون أي مصدر طاقة، وهذه متوفرة كمخفف ثابت بمستوى توهين ثابت وكمخفف متغير باستمرار، وعلى عكس النسبة المئوية لكسب المضخمات يعطي المخفف النسبة المئوية للخسارة، ويتم قياس مقدار التوهين بالديسيبل.
يستخدم المخفف بشكل كبير بعد دوائر مولد الإشارة، ويساعد في تخفيف أو تقليل قوة الإشارات عالية المستوى قبل تطبيقها على دوائر الهوائي، كما لا يتم استخدام أي أسلاك وعادة ما تكون وسيلة التكاثر هي الهواء، وهناك بعض التحديات التي تواجهها هذه التكنولوجيا التي تقلل من كفاءتها وموثوقيتها، وأحد هذه التحديات هو التوهين، والجهاز المستخدم للتوهين هو المخفف.
كيفية تصميم المخفف:
المخففات عبارة عن دوائر إلكترونية ذات منفذين سلبيين، وهذه مصممة بحتة باستخدام المقاومات، كما يتم ترتيب المقاومات كشبكة مقسم للجهد، ويعتمد تصميم المخفف على هندسة الخط لأسلاك التوصيل بين الأجهزة، واعتماداً على ما إذا كان الخط متوازناً أو غير متوازن، يجب أن تكون المخففات المستخدمة مع الخط متوازنة أو غير متوازنة، والمخففات المستخدمة مع الخطوط المحورية هي شكل غير متوازن والمخففات المستخدمة مع زوج مجدول تكون ذات شكل متوازن.
دارة المخفف خطية ومتبادلة بناءً على التطبيق، ويمكن أن يكون المخفف أحادي الاتجاه أو ثنائي الاتجاه وعندما تكون دائرة المخفف متماثلة لن يكون هناك فرق بين منفذ الإدخال ومنفذ الإخراج، وفي هذه الحالة يتم اعتبار المنفذ الأيسر كمدخلات والمنفذ الأيمن كمخرج، كما تم العثور على المخففات أيضاً كدوائر مدمجة في مولدات الإشارة وكذلك الدوائر المستقلة.
توضع المخففات المستقلة في سلسلة بين مصدر إشارة ودائرة تحميل على مسار الإشارة، وفي مثل هذه الحالة بالإضافة إلى توفير التوهين، يجب أن تتطابق مع ممانعة المصدر ومقاومة الحمل، كما تم العثور على المخففات في الاتصالات اللاسلكية وخطوط الإرسال لتقليل قوة الإشارة.
أنواع المخفف:
المخففات متوفرة كمخففات ثابتة ومخففات قابلة للتعديل، وتُعرف شبكات التوهين الثابتة باسم “وسادات المخفف”، وهذه متوفرة لقيم محددة من “0 ديسيبل” إلى “100 ديسيبل”، وتوجد المخففات بشكل شائع في تطبيقات التردد اللاسلكي والبصرية، وتُستخدم مخففات التردد الراديوي في الدوائر الإلكترونية بينما تجد المخففات الضوئية تطبيقات في الألياف البصرية.
عدد قليل من التخطيطات الشائعة للمخفف هي تكوين “T” وتكوين “pI” وتكوين “L”، وهذه التكوينات من نوع غير متوازن، ويُشار إلى النوع المتوازن لتكوين “T” وتكوينات “pI” على أنّها تكوين “H” وتكوين “O” على التوالي، والنوع المتوازن عبارة عن دائرة متماثلة بينما الأنواع غير المتوازنة هي دوائر غير متماثلة.
يتكون تصميم المخفف القائم على الترددات الراديوية من:
أولاً: النوع الثابت:
في مخففات النوع الثابت، يتم تأمين شبكة المقاوم بقيمة توهين محددة مسبقاً، ويتم وضعها في مسار الإشارة لتخفيف قوة الإشارة المرسلة، ويمكن أن تكون هذه أحادية الاتجاه أو ثنائية الاتجاه بناءً على متطلبات التطبيق الخاصة بهم، ويمكن أن تكون متاحة إمّا على شكل سطحي أو دليل موجي أو أنواع متحدة المحور، وفي التصميم المعتمد على الرقاقة تطور الأنواع المختلفة من المواد المودعة على الركيزة الموصلة حرارياً المقاومة، وتعتمد قيمة المقاومة هذه على أبعاد الرقاقة والمواد المستخدمة لإنتاج الرقائق.
ثانياً: نوع الخطوة:
هذه المخففات تشبه المخففات الثابتة، ولكن في هذا النوع يتم توفير زر ضغط لضبط قيم التوهين، وتوفر هذه قيم التوهين فقط من الخطوات التي تمت معايرتها مسبقاً، واعتماداً على التطبيق يمكن استخدام المخفف في تنسيقات الرقاقة أو الدليل الموجي أو المحوري.
ثالثاً: النوع المتغير باستمرار:
في النوع المتغير باستمرار، يمكن تغيير قيمة التوهين يدوياً إلى أي قيمة توهين من النطاق المحدد المحدد، كما تتم استعادة المقاومات الموجودة في شبكة المخفف بعناصر الحالة الصلبة، مثل “MOSFET” أو الصمام الثنائي “PIN”، بالمقارنة مع شبكة المقاومة السلبية من خلال تغيير الجهد في أجهزة “FET” يمكن أن يتنوع التوهين بدقة أكبر.
رابعاً: النوع القابل للبرمجة:
يُطلق على هذا النوع أيضاً اسم “مخفف الخطوة الرقمي”، ويتم التحكم في هذا المكون بواسطة إشارة تحكم خارجية يحركها الكمبيوتر، ويتم التحكم في هذه بواسطة الدوائر المنطقية “TTL” بنطاق حجم خطوة مثل 2،4،6 ، …… ، 32″، وإذا تم العثور على الجهد المطبق عبر هذا المخفف أقل من “1 فولت” يتم الوصول إلى المستوى المنطقي “0”.
بالنسبة للجهود “3V” وأعلى، يتم إعطاء المستوى المنطقي “1”، وتُستخدم المستويات المنطقية للتحكم في المفاتيح أحادية القطب ومزدوجة الرمي التي تربط عدداً من المخففات على مسار الإشارة ويتوفر هذا النوع أيضاً في تصميمات “USB” مع البرنامج المثبت.
- “USB” هي اختصار لـ “Universal Serial Bus”.
خامساً: النوع المتحيز للتيار المستمر:
يحتوي هذا النوع من المخفف على سعة في كل من منفذ الإدخال ومنفذ الإخراج للجهاز الذي يحجب جهد التيار المستمر، وبصرف النظر عن تخفيف إشارات التردد الراديوي، فإنّ هذا النوع يمرر إشارات التيار المستمر.
سادساً: نوع حظر التيار المباشر:
هذا النوع مشابه لنوع “DC Bias”، والاختلاف الوحيد بين هذين هو الطريقة التي يتم بها حظر إشارة التيار المستمر تماماً دون أي مسار بديل يسير باتجاه منفذ الإخراج.
سابعاً: المخففات البصرية:
وهي تشبه مخفف الترددات الراديوية “RF”، ولكن بدلاً من الإشارات الكهربائية فإنّها تخفف من موجات الضوء، هذا المخفف يمتص الضوء أو يبدده وفقاً لقيم التوهين دون تغيير شكل الموجة، وعلى غرار موهنات التردد الراديوي تم تصميم الموهنات الضوئية أيضاً على أنّها ثابتة ومتغيرة وقابلة للبرمجة.
وهي مصممة بناءً على متطلبات التطبيق، وتستخدم المخففات الضوئية الثابتة أليافاً مخدرة لتفريق الضوء المعطى كمدخل، كما ترتبط الموهنات البصرية المتغيرة والقابلة للبرمجة ارتباطاً وثيقاً بمتغير التردد الراديوي وموهنات التردد الراديوي القابلة للبرمجة.
تطبيقات المخففات:
- تستخدم المخففات كمعدات للتحكم في مستوى الصوت في محطات البث.
- لأغراض الاختبار في المختبرات، وللحصول على إشارات جهد أصغر يتم استخدام المخففات.
- تستعمل المخففات الثابتة لتحسين مطابقة الممانعة في الدوائر.
- تستخدم هذه لحماية الدوائر من التلف الناتج عن قيم الجهد العالي.
- تستخدم المخففات التردد الراديوي للضياع الوقائي للطاقة في قياس إشارات التردد الراديوي.
- يتم استعمال المخففات البصرية في اتصالات الألياف البصرية لتماثل مستويات جهاز الإرسال والاستقبال بشكل صحيح.
