تعديل التردد ومؤشر تعديل FM ونسبة الانحراف

معلمتان مهمتان لأي إشارة مشكّلة بالتردد هما مؤشر التعديل ونسبة الانحراف، حيث يتم استخدامها على نطاق واسع عند النظر إلى الإشارات ذات التردد المعدل وخصائصها، كما تدل هاتان المعلمتان على الخصائص الأساسية لإشارة “FM” معينة، حيث يعطي مؤشر التعديل مقياساً لما هو فعال في مستوى التشكيل ونسبة الانحراف، كمقياس للانحراف بالنسبة لتردد التشكيل، ويعتبر هذان المعلمان أساسيان عند تخطيط وتصميم أنظمة الاتصالات الراديوية وأجهزة إرسال البث.

ما هو تعديل التردد Frequency modulation؟

تعديل التردد: هو تردد إشارة الموجة الحاملة مع سعة إشارة تعديل الدخل، والإدخال عبارة عن موجة جيبية ذات نغمة واحدة.

يزداد تردد الموجة الحاملة “fc” مع زيادة اتساع إشارة التشكيل، حيث سيكون تردد الموجة الحاملة أقصى “fc max” عندما تكون الإشارة الداخلة في ذروتها، كما ينحرف الناقل الأقصى عن قيمته العادية، حيث سينخفض ​​تواتر الموجة الحاملة مع تناقص اتساع الإشارة الداخلة المعدلة، كما سيكون تردد الموجة الحاملة أدنى “fc min” عندما تكون الإشارة الداخلة في أدنى مستوياتها، وينحرف الناقل الأدنى عن قيمته العادية.

سيكون تردد الموجة الحاملة بقيمته العادية التشغيل الحر “fc” عندما تكون قيمة إشارة الإدخال “0V” كما لا يوجد انحراف في الناقل، كما تحتوي إشارة الرسالة على البيانات المحددة بينما لا تحتوي الإشارة التالية على بيانات تُعرف باسم إشارة الناقل، وسينتج عن تعديل هذه الإشارات إشارة مشكلة “FM” وهذه الإشارة أكثر أهمية؛ لأنّ تردد هذه الإشارة سوف يتدفق لأعلى ولأسفل حسب سعة الإشارة لذلك يمكن تمثيل هذا التغيير في التردد بالكيلو هرتز، وبمجرد أن يكون تباين التردد هو “3 كيلو هرتز” لأعلى ولأسفل، فسيتم الإشارة إليه على أنّه “± 3 كيلو هرتز”.

• “FM” هي اختصار لـ “Frequency Modulation”.

انحراف التردد Frequency Deviation:

يحدد مؤشر تعديل “FM” ونسبة الانحراف بعض المعلمات الأساسية للإشارة المشكلة بالتردد، ممّا يؤثر على مستويات النطاق الجانبي وعرض النطاق المطلوب للإشارة، وهو مهم لكل من أجهزة إرسال البث “FM” الكبيرة وإلى أجهزة الراديو الصغيرة ثنائية الاتجاه أو أجهزة الاتصال اللاسلكي.

• يسمى مقدار التبديل في تردد الموجة الحاملة الناتج، من خلال اتساع إشارة تعديل الدخل بانحراف التردد.

• يتأرجح تردد الموجة الحاملة بين “fmax” و”fmin”، حيث يختلف الإدخال في اتساعه.

• يُعرف الفرق بين “fmax” و”fc” بانحراف التردد أي “fd = fmax – fc”.

• وبالمثل، يُعرف الفرق بين “fc” و”fmin” أيضاً باسم انحراف التردد أي “fd = fc –fmin”.

• يتم الإشارة إليه بواسطة “Δf”، لذلك “Δf = fmax – fc = fc – fmin”.

نسبة الانحراف FM:

نسبة الانحراف “FM”: هي نسبة الانحراف الأقصى لتردد الموجة الحاملة إلى أعلى تردد تعديل صوتي.

تتمثل إحدى المشكلات المتعلقة بمؤشر التعديل في أنّه سيتغير وفقاً للقيم اللحظية للانحراف وتغيير التردد، حيث في عمليات إرسال الصوت النموذجية سيتفاوت كل من انحراف التردد وتردد التعديل، كما سيختلف انحراف التردد اعتماداً على مستوى الصوت في تلك اللحظة، كما سيتغير تردد التعديل لأنّ الصوت العادي يحتوي على مجموعة متنوعة من الترددات، والتي تختلف لإعطاء الكلام أو الموسيقى، أمّا بالنسبة للعديد من التطبيقات، من المهم أن يكون متوفر رقم للقيم القصوى المصرح بها.

مؤشر تعديل التردد:

مؤشر تشكيل التردد: هو ما يعادل دليل التشكيل لـ “AM“، ولكنّه مرتبط بشكل واضح بـ “FM”، وفي ضوء الاختلافات بين شكلي التشكيل يقاس مؤشر التشكيل “FM” بطريقة مختلفة، ومؤشر التشكيل “FM” يساوي نسبة انحراف التردد إلى تردد التشكيل.

كما أنّه لا يوجد تعبير يحتوي على تردد الموجة الحاملة وهذا يعني أنّه مستقل تماماً عن تردد الموجة الحاملة، ولإعطاء مثال لمؤشر تعديل “FM” خذ مثالًا حيث يكون للإشارة انحراف قدره “± 5 كيلو هرتز” ويكون تردد التعديل “1 كيلو هرتز”، وبعد ذلك يكون مؤشر التشكيل لهذه الحالة بالذات “5/1 = 5″، وبالمثل إذا كان الانحراف “10 كيلو هيرتز” وكان تردد التعديل “s kHz”، فإنّ هذا أيضاً له نسبة انحراف تبلغ 5.

ولأنّ الصوت التقليدي يتضمن مجموعة متعددة من الترددات المتنوعة الموجودة في الصوت الصوتي يتم حساب نسبة الانحراف عادةً باستعمال الحد الأقصى لتردد الصوت، وكذلك الحد الأقصى للانحراف وبعد ذلك يستخدم هذا الرقم لتحديد عرض النطاق الترددي والخصائص الأخرى للإشارة.

• “AM” هي اختصار لـ “Amplitude modulation”.

عرض النطاق الترددي FM ومؤشر التعديل:

يستعمل تعديل التردد في مجموعة متعددة من التطبيقات، حيث يتم استعمال مستويات مختلفة من الانحراف في تطبيقات مختلفة، أمّا بالنسبة لعمليات بث “FM”، فإنّ الهدف هو القدرة على نقل صوت عالي الجودة وتحقيق هذه المستويات العالية من الانحراف المستخدمة وعرض النطاق الترددي واسع ولاستعمال الاتصالات تكون الجودة ليست هي المشكلة، ولكن النطاق الترددي أكثر قيمة، وفقاً لذلك تُعد معيار الانحراف أقل وعرض النطاق الترددي أصغر بكثير.

يُعد عرض النطاق الترددي لإشارة “FM” مهماً بشكل خاص؛ لأنّه يجب أن يكون عريضاً بما يكفي لنقل المعلومات بشكل صحيح، بينما لا يشغل أيضاً الكثير من الطيف، حيث إذا كان عرض النطاق عريضاً جداً فيمكن أن ينتشر خارج القناة المطلوبة ويسبب تداخلاً مع مستخدمين آخرين على قنوات أخرى، ومع زيادة استخدام الطيف مع زيادة المزيد من تطبيقات الراديو اللاسلكية والعامة أي الاتصالات اللاسلكية قصيرة المدى إلى الاتصالات اللاسلكية الصوتية التقليدية ثنائية الاتجاه وروابط البيانات، فإنّ الحاجة إلى إدارة طيف التردد والتأكد من أنّ عمليات الإرسال تبقى ضمن عرض النطاق الترددي المخصص لها يصبح أكثر أهمية.

أصناف الإشارات المشكّلة بالتردد:

أولاً: النطاق العريض FM:

النطاق العريض “FM”: هو النطاق الذي يُستخدم بشكل نموذجي للإشارات التي يكون فيها مؤشر تشكيل “FM” أعلى من “0.5” تقريباً، أمّابالنسبة لهذه الإشارات فإنّ النطاقات الجانبية التي تتجاوز المصطلحين الأولين ليست ضئيلة الأهمية، وتستخدم محطات البث “FM” هذا النطاق والتي تمكنها من نقل صوت عالي الجودة، بالإضافة إلى المرافق الأخرى مثل الاستريو و”RDS”.

يوفر النطاق الترددي العريض للنطاق العريض “FM” إرسال بث عالي الجودة، كما يضم كل من استجابة ترددية واسعة ومستويات ضوضاء منخفضة، وبمجرد أن تكون الإشارة قوية تكون إشارة الصوت إلى نسبة الضوضاء جيدة جداً “S/N“، كما قد تستعمل موالفات “FM” عالية الدقة مرشحاً واسع النطاق للإشارات القوية؛ لتأمين الدقة والأداء الأمثل.

سيسمح تأثير الهدوء للإشارة القوية باستقبال النطاق العريض وعرض النطاق الترددي الصوتي الكامل وبالنسبة للإشارات ذات القوة المنخفضة يمكنهم التبديل إلى مرشح أضيق لتقليل مستوى الضوضاء على الرغم من أنّ هذا سيؤدي إلى تقليل عرض النطاق الترددي الصوتي، ومع ذلك فإنّ النطاق الترددي الضيق سيعطي صوتاً أكثر عندما تكون الإشارة المستقبلة منخفضة.

• “RDS” هي اختصار لـ “Radio Data System”.

ثانياً: النطاق الضيق “FM”:

النطاق الضيق “FM”: هو النطاق الذي يستخدم للإشارات، حيث يكون الانحراف صغيراً بدرجة كافية بحيث تكون المصطلحات في وظيفة “Bessel” صغيرة والنطاقات الجانبية الرئيسية هي تلك التي تظهر عند تردد التعديل، أمّا النطاقات الجانبية الخارجية لا تكاد تذكر.

بالنسبة إلى النطاق الضيق “FM” يجب أن يُعتبر مؤشر تضمين “FM” أقل من “0.5”، على الرغم من استعمال الرقم “0.2”، وكذلك يكون عرض النطاق الترددي للصوت أو البيانات صغيراً، ولكن هذا مناسب لهذا النوع من الاتصال، ويستعمل “FM” ضيق النطاق بشكل كبير للاتصالات اللاسلكية ثنائية الاتجاه “For two-way wireless communication”، وعلى الرغم من سيطرة التقنيات الرقمية إلّا أنّ “NBFM” لا يزال يستعمل على نطاق واسع للغاية وتستعمل العديد من أجهزة الراديو ثنائية الاتجاه أو أجهزة الاتصال اللاسلكي “NBFM”، خاصةً تلك التي تتزامن مع المعايير الخالية من الترخيص مثل أنظمة الاتصالات اللاسلكية “PMR446” و”FRS“.

• “NBFM” هي اختصار لـ “Narrowband FM”.

• “PMR446” هي اختصار لـ “Personal Mobile Radio 446”.

• “FRS” هي اختصار لـ “Family Radio Service”.