اقرأ في هذا المقال
- ما هو جهاز توزيع الترددات اللاسلكية؟
- طريقة عمل جهاز توزيع الترددات اللاسلكية
- أنواع دائرة التردد اللاسلكي
- رمز دائرة RF
- تطبيقات تعميم الترددات اللاسلكية
- مواصفات المعزل وجهاز توزيع الترددات اللاسلكية
عادةً ما تكون أجهزة توزيع الترددات اللاسلكية أو الموجات الدقيقة عبارة عن ثلاثة أجهزة منافذ تعتمد على المواد المغناطيسية وتوجه طاقة التردد اللاسلكي من منفذ إلى آخر وتكون معزولة عن المنافذ الأخرى، كما تستقبل دعامات التردد الراديوي لأنّها تنقل الطاقة من منفذ إلى آخر، وتدخل في المنفذ الأول إلى ناتج في المنفذ الثاني، وتدخل في المنفذ الثاني للخروج من المنفذ الثالث.
ما هو جهاز توزيع الترددات اللاسلكية؟
جهاز توزيع الترددات اللاسلكية: هي الدارات أو العوازل (RF) أو الميكروويف وهي أجهزة تحتوي عادةً على ثلاثة منافذ أو أربعة منافذ ويتم استخدامها في تصميمات نظام الترددات اللاسلكية التي تتطلب طاقة من منفذ واحد ليتم نقلها إلى آخر أثناء عزل الطاقة عن الآخر.
تُستخدم أجهزة توزيع الترددات الراديوية في العديد من تطبيقات الترددات الراديوية التي تعمل كوحدة إرسال مزدوجة، ممّا يسمح بحدوث وظائف الإرسال والاستقبال في وقت واحد وهي تستخدم على نطاق واسع في تطبيقات تصميم الترددات الراديوية بما في ذلك أنظمة الرادار ومجموعة متنوعة من أنظمة الاتصالات اللاسلكية الاحترافية.
طريقة عمل جهاز توزيع الترددات اللاسلكية:
عادةً ما تسمى التوصيلات بوصلات توزيع الترددات الراديوية بالمنافذ، وبالإضافة إلى ذلك يتم ترقيمها عادةً كـ (1، 2، 3) حيث يكتسب مدور التردد اللاسلكي اسمه لأنّه يقوم بتدوير الطاقة التي تدخل منفذاً واحداً فقط إلى المنفذ التالي، كما يتم تمرير الإشارة المطبقة على المنفذ 1 إلى المنفذ 2 ثم سينتقل الإشارة الداخلة إلى المنفذ 2 ثم إلى المنفذ 3، ولكن لن يعود إلى المنفذ 1 وسينتقل الإدخال من المنفذ 3 إلى المنفذ 1، ولكن ليس العكس إلى المنفذ 2.
ينقل المدور المثالي كل الطاقة من منفذ واحد إلى المنفذ المطلوب ولا شيء إلى أي منفذ آخر، ويوجد دائماً بعض التوهين في مسار النقل وتتسرب بعض الإشارات دائماً إلى المنافذ التي يجب عزلها، كما يتمثل التحدي الرئيسي لتصميم دائرة التردد اللاسلكي لهذه الأجهزة في ضمان حدوث النقل والعزل الأمثل.
قد تستخدم أجهزة التوزيع تقنية لوحة الدوائر المطبوعة ذات الخطوط الشريطية ولكن عادةً ما تستخدم مواد عازلة أو مواد (PCB) منخفضة الخسارة ويتم احتواؤها داخل صناديق معدنية مع موصلات أو وصلات أخرى بالعالم الخارجي حتى أنّ بعضها يستخدم تقنية تثبيت السطح، كما تكون الدعامات الأخرى موجودة داخل أدلة الموجات ويمكن استخدامها في تطبيقات تصميم نظام الترددات اللاسلكية التي تتضمن تقنية الدليل الموجي.
أنواع دائرة التردد اللاسلكي:
يعتمد نوع الواجهة والتكنولوجيا اللازمة لأي حالة معينة على تصميم دائرة التردد اللاسلكي للتطبيق، أمّا من حيث تشغيلها تعتمد معظم أجهزة توزيع التردد اللاسلكي على استخدام المواد المغناطيسية.
1. دعامات ذات ثلاثة منافذ:
دعامات ثلاثية المنافذ (Y-junction) تعتمد على إلغاء الموجات المنتشرة على مسارين مختلفين بالقرب من مادة ممغنطة، كما قد تكون دوائر توزيع الدليل الموجي من أي نوع في حين أنّ الأجهزة الأكثر إحكاماً القائمة على خط الشريط تكون من النوع ذي الثلاثة منافذ.
2. أربع دوائر توزيع للمنافذ:
تُعد 4 منافذ للدليل الموجي على أساس دوران فاراداي للموجات المنتشرة في مادة ممغنطة، وباستخدام هذه التقنية يمكن توجيه إشارات التردد اللاسلكي إلى أربعة منافذ.
رمز دائرة RF:
من خلال المكونات الإلكترونية يكون للدارة (RF) رمز دارة خاص بها يتم استخدامه لتمثيلها على مخططات الدوائر الإلكترونية حيث يتكون الرمز الأساسي من دائرة وسهم يوضحان الاتجاه الذي يتم فيه تداول الطاقة، وعادةً ما يتم عرض المنافذ بالترتيب في اتجاه عقارب الساعة حول الدائرة المنفذ 1 والمنفذ 2 والمنفذ 3، حيث أنّ كل منفذ سواء كان وحدة تغذية متحدة المحور أو دليل موجي، يظهر كخط واحد بدلاً من زوج من الموصلات.
تقنية الخطية لمنافذ 3 دعامات:
يتكون أحد أكثر الأشكال شيوعاً من مدور الترددات الراديوية من مقطع على شكل حرف (Y) من خط نقل الشريط الصغير أو خط الشريط الموجود على لوحة دائرة مطبوعة أو عازل آخر حيث يتم وضع المنافذ على مسافة (120 درجة) بحيث تكون متساوية المسافات حول دائرة.
يتم بعد ذلك وضع مجموعة لوحات الدارات المطبوعة بين جزئين من الفريت ثم خارجها، كما يتم تثبيت مغناطيسين قويين في مكانهما، حيث ينشئ التجميع مجالاً مغناطيسياً قوياً محورياً من خلال أقراص الفريت وهذا يركز على المجال المغناطيسي المسمى التحيز حول التقاطع (Y).
عندما يتم تطبيق إشارة على أحد المنافذ، يتم إنشاء مجال كهرومغناطيسي في خط الشريط والذي يتفاعل مع المجال المغناطيسي من المغناطيسات ويوجد تفاعل معقد بينهما، كما ينتج عن هذا أنّ الإشارة تكون قادرة فقط على الانتقال إلى المنفذ التالي حول المدور، حيث يتألف التجمع الدائري من الوصلة (Y) والأقراص الفريتية من تردد طنين مميز، ويشكل التجمع في الواقع مرناناً حيث لا يتم تشغيل جهاز الدوران عند هذا التردد، ولكن إمّا فوقه أو تحته لأنّ خسارة الإدخال أي أن التوهين أقل بكثير.
تطبيقات تعميم الترددات اللاسلكية:
1. مزدوج – Duplexer:
أحد أكثر التطبيقات وشيوعاً لمدور الترددات الراديوية هو داخل أنظمة الرادار أو أنظمة الاتصالات اللاسلكية حيث يستخدم المرسل والمستقبل هوائياً مشتركاً حيث يتم توصيل ناتج المرسل على سبيل المثال بالمنفذ 1 والهوائي إلى المنفذ 2 والمستقبل إلى المنفذ 3.
كما تنتقل طاقة المرسل إلى الهوائي، ولكن ليس إلى جهاز الاستقبال وسيتم تعميم إشارات الهوائي المستقبلة إلى جهاز الاستقبال، وبهذه الطريقة يتم عزل جهاز الاستقبال عن جهاز الإرسال ولكن الهوائي لديه طاقة من جهاز الإرسال ويمرر الإشارة المستقبلة إلى جهاز الاستقبال دون أي تبديل ميكانيكي.
2. عازل الترددات الراديوية:
يمكن استخدام مدور الترددات الراديوية كعزل (RF)، وهذه مفيدة لحماية مضخم ناتج جهاز الإرسال حيث يجب أن يعمل بمستوى عالٍ من (VSWR)، ولأنّ الفولتية العالية أو المستويات الحالية يمكن أن يتعرض لها مضخم الطاقة إذا تم توصيله مباشرة بالهوائي في ظل هذه الظروف، فمن الممكن أن يتضرر مكبر الصوت بسببها، وغالباً ما تحتاج أجهزة الإرسال إلى العمل عبر نطاق ترددي عريض وفي ظل هذه الظروف من غير المحتمل الحفاظ على تطابق جيد للمقاومة على النطاق الترددي الكامل ويمكن رؤية المستويات الضارة لـ (VSWR).
يتم توصيل جهاز الإرسال بالمنفذ 1 والهوائي بالمنفذ 2، كما يتم توصيل المنفذ 3 عادةً بحمل (50 درجة) وهذا مطلوب لأنّ مستويات العزل تعتمد على وجود مطابقة مقاومة جيدة مقدمة في المنافذ المختلفة حيث إذا تم تقديم تطابق ضعيف أو دائرة مفتوحة، فسيتم إضعاف أداء العزل.
يتم تمرير الطاقة المرسلة من المنفذ 1 إلى المنفذ 2 وتنتقل إلى الهوائي، كما ستعود أي قوة منعكسة على طول وحدة التغذية وتمر من المنفذ 2 إلى المنفذ 3 حيث يمكن تبديدها في الحمل، وبهذه الطريقة يكون مضخم الطاقة (RF) قادراً على العمل مع وحدة تغذية عالية (VSWR) ولكن محمياً بواسطة دائري يعمل كعزل (RF).
3. الحمل على المنفذ 3 مطلوب لتوفير مقاومة متطابقة:
تحتاج العوازل إلى ممانعات متطابقة على المنافذ الإلكترونية للحفاظ على مستوى العزل عن هذا المنفذ حيث يتم توصيل المعزل بين مولد إشارة وبعض الأجهزة قيد الاختبار (DUT)، وإذا تمت مطابقة جميع الممانعات فإنّ الإشارة تمر بحرية إلى (DUT)، أمّا إذا كان هناك عدم تطابق في (DUT) أو إذا تم فصل (DUT) فإنّه يخلق نسبة موجة ثابتة عالية الجهد (VSWR)، ممّا يتسبب في انعكاس إشارة كبيرة حيث أنّ المدور يمتص هذه الإشارة ويحمي مولد الإشارة باهظ الثمن عادة.
مواصفات المعزل وجهاز توزيع الترددات اللاسلكية:
1. التردد:
أجهزة توزيع الترددات الراديوية (RF) لها نطاق تردد محدود تعمل خلاله بشكل مرضٍ، ونطاق التردد محدود بالعزلة المقدمة بين المنافذ والاتجاهات التي لا ينبغي اقترانها وفقدان الإدخال الذي يمكن تحقيقه، كما يمكن أن تعمل أجهزة توزيع الترددات الراديوية بين ترددات تبلغ حوالي (750 ميجاهرتز) حتى (20 جيجاهرتز)، وعلى الرغم من إمكانية عمل تصميمات متخصصة ومكلفة للعمل على نطاقات تتراوح بين (100 ميجاهرتز).
سيكون كل مدور (RF) قادراً على العمل عبر نطاق صغير، وأحد الأمثلة التي يمكن أن يعمل على (3-6 جيجاهرتز) و7.9 جيجاهرتز إلى 8.4 جيجاهرتز، كما يوجد بطبيعة الحال العديد من الأمثلة الأخرى وغالباً ما تكون مصممة لتطبيقات تصميم دوائر (RF) للأقمار الصناعية والرادار وما إلى ذلك.
2. المعاوقة:
مثل كل المغذيات والمكونات الإلكترونية الأخرى المضمنة في نقل طاقة التردد اللاسلكي، يجب تحديد الممانعة المميزة ومستوى المعاوقة الأكثر شيوعاً لأجهزة توزيع الترددات اللاسلكية هو (50 درجة).
3. خسارة الإدراج:
هذا هو التوهين المقاس بالديسيبل لإشارة الحادث من منفذ إلى آخر أي في الاتجاه الأمامي، وقد تتراوح الأرقام النموذجية من (0.1 إلى 0.75 ديسيبل)، كما يعتمد الشكل على المدور الفعلي ونطاقه الترددي وعوامل أخرى، كما يزداد فقدان الإدخال لفقدان المدور أو المعزل مع التردد حيث سيكون اختيار دائري ذو أقل خسارة أمراً مهماً بشكل خاص حيث يتم تضمين القوى العالية للحفاظ على الطاقة المرسلة وفي حالة القوى الأعلى، سيكون هناك المزيد من الخسارة في المدور ومن الضروري أن يتعامل مع الطاقة المطلوبة.
4. العزل:
هذا الرقم هو التوهين في اتجاه التدفق العكسي المقاس (n dB) وعادةً ما يكون بين حوالي (17 و35 ديسيبل) حيث إذا كانت هناك حاجة إلى مستويات أعلى من العزل فمن الممكن وضع دائرتين من الترددات الراديوية في سلسلة.
5. التعامل مع الطاقة:
تعتبر مواصفات معالجة الطاقة لأجهزة توزيع التردد اللاسلكي مهمة بشكل خاص عند استخدام مستويات طاقة عالية، ونظراً لأنّ الأسلاك والمواد المغناطيسية ستكون قادرة فقط على التعامل مع مستويات طاقة معينة، فمن المهم عدم تجاوز هذه المستويات وإلّا فقد يتم التضحية بالأداء أو قد يتلف المكون بشكل لا يمكن إصلاحه حيث تُقاس مستويات الطاقة عادةً بوحدات (dBm أو dBw أو Watts).
6. نوع العبوة:
أجهزة التوزيع متوفرة في مجموعة متنوعة من الحزم، وعادةً ما تأتي في حزم قياسية من الشركة المصنعة مع موصلات، وعلى الرغم من توفر التنسيقات الأخرى بما في ذلك (Drop-In) وتقنية (Surface mount).
7. الموصلات:
بالنسبة لوصلات الترددات اللاسلكية التي يتم توصيلها فإنّ نوع الموصل مهم، والنوعان من أكثر أنواع الموصلات شيوعاً هما (SMA وN.SMA مثالي) لمستويات الطاقة المنخفضة وحيث تكون المساحة مرتفعة والنوع N لمستويات طاقة أعلى، كما أنّ موصلات (SMA) نفسها يمكنها التعامل مع مستويات طاقة عالية بشكل مدهش.
8. نسبة VSWR:
تشير نسبة الموجة الدائمة (VSWR) أو الجهد المستمر إلى مدى جودة المطابقة مع مستوى المعاوقة المطلوب، وعادةً ما يتم تحقيق مستويات (VSWR) بين (1:1.2) و(1:1.5).
تُستخدم عوازل الترددات الراديوية على نطاق واسع في العديد من تطبيقات تصميم دوائر الترددات الراديوية والموجات الدقيقة الأخرى، وكل شيء من معدات الاتصالات اللاسلكية إلى الرادار والعديد من التطبيقات الأخرى حيث إنّ حقيقة أنّها تنقل الطاقة من منفذ إلى منفذ محدد آخر تتيح لها فقط استخدامها كجهاز إرسال مزدوج يسمح لجهاز الإرسال والاستقبال بالعمل في نفس الوقت على الترددات القريبة، فضلاً عن تمكين مضخمات طاقة التردد اللاسلكي من العمل في الأحمال التي تقدم مقاومة ضعيفة.
