اقرأ في هذا المقال
يوفر تضمين التردد (FM) أداءً محسناً على تضمين الاتساع (AM)، ولكن من الصعب إلى حد ما استخراج المعلومات الأصلية من شكل موجة (FM) وهناك عدة طرق مختلفة لإزالة تضمين (FM)، كما يُطلق على إزالة تضمين (FM) أيضاً اكتشاف (FM) وأحياناً يتم استخدام عبارة تمييز (FM)، على الرغم من أنّ هذا المصطلح يميل إلى استخدامه مع الدوائر والتكنولوجيا القديمة.
ما هو إزالة التضمين – FM Demodulators؟
إزالة التضمين (FM): هي عملية رئيسية في استقبال إشارة مشكلة التردد، وبمجرد استلام الإشارة وتصفيتها وتضخيمها، فيصبح من الضروري استعادة التضمين الأصلي من الموجة الحاملة.
أساسيات إزالة التضمين – FM:
- يوجد في أي جهاز راديو مصمم لاستقبال الإشارات ذات التردد المعدل بعض أشكال جهاز إزالة التضمين أو الكاشف (FM)، وتأخذ هذه الدائرة إشارات التردد الراديوي المشكَّلة بالتردد وتأخذ التعديل من الإشارة لإخراج التعديل الذي تم تطبيقه على جهاز الإرسال فقط.
لكي تكون قادراً على إزالة تضمين (FM)، فمن الضروري أن يقوم مستقبل الراديو بتحويل اختلافات التردد إلى اختلافات في الجهد بحيث إنّه تردد لمحول الجهد، وعندما ينحرف تردد الموجة الحاملة إلى الطرف الأدنى من نطاق التردد الذي ينحرف فيه، يمكن إنتاج جهد أقل ثم عندما ينحرف التردد أعلى ينتج جهد أعلى. - أحد المتطلبات الرئيسية لمزيل تضمين (FM) هو أنّه ينبغي أن يكون له استجابة خطية قدر الإمكان عبر النطاق المطلوب، وبمعنى آخر ينتج عن إزاحة تردد معين نفس التغيير في الناتج أينما وجد على المنحنى، وإذا لم تكن الاستجابة خطية فسيتم إدخال التشويه.
- من المتطلبات الأخرى لمزيل تضمين (FM) أنّه لا ينبغي أن يكون حساساً لتغيرات الاتساع، وبما أنّ التضمين يتم بواسطة انحراف التردد فقط فلا حاجة إلى حساسية الاتساع، ومن المحتمل أن تكون أي إشارة اتساع ضوضاء وبجعل المستقبِل غير حساس لتغيرات الاتساع، يمكن تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء.
تُعتبر المرونة في مواجهة الضوضاء عاملاً رئيسياً في توفير استقبال (FM) منخفض الضوضاء لتطبيقات مثل البث الصوتي عالي الدقة، وهذا يعني أنّه بالنسبة للراديو المحمول أو الاتصالات الراديوية المحمولة يتم تقليل تأثيرات تغيرات مستوى الإشارة والتلاشي بسبب الحركة، وإذا كان مزيل تضمين (FM) حساساً لتغيرات الاتساع بالإضافة إلى تغيرات التردد، فيمكن أن يسبق مزيل التضمين مرحلة مضخم محدد كما تصل هذه المرحلة إلى التشبع عند وجود إشارة ذات قوة كافية، ومن خلال التشغيل في التشبع تتم إزالة تغيرات السعة.
تُعرف الاستجابة التي تُرى عادةً لكاشف تضمين (FM) بالمنحنى “S”، كما يوجد جزء خطي في مركز منحنى الاستجابة وفي اتجاه الحافة تصبح الاستجابة مشوهة للغاية، كما لا يمكن لمنحنى استجابة الكاشف أن يظل خطياً على مدى واسع من الترددات، وبدلاً من ذلك يجب أن يكون عريضاً بدرجة كافية لاستيعاب عرض انحراف الإشارة وأن يكون أكثر قليلاً لتوفير هامش إضافي.
أنواع مزيل التضمين – FM:
هناك عدة أنواع من مزيل التضمين التي يمكن استخدامها، وكانت بعض الأنواع أكثر شيوعاً في الأيام التي صُنعت فيها أجهزة الراديو من أجهزة منفصلة، ولكن في الوقت الحاضر يُعد الكاشف القائم على (PLL) وكاشفات التربيع أو المصادفة هي الأكثر استخداماً لأنّها قابلة للدمج في الدوائر المتكاملة بسهولة شديدة ولا تتطلب الكثير في حالة وجود أي تعديلات.
ولتحسين أداء ضوضاء مُستقبل (FM) قد تعمل المرحلة (IF) عادةً بحيث يتم دفع مكبر (IF) إلى الحد، وهذا يزيل اختلافات السعة التي ستؤدي إلى ضوضاء ويسمح فقط من خلال اختلافات التردد، وهناك أنواع رئيسية من مزيل تشكيل (FM) الموجود في أجهزة استقبال البث وأنظمة الاتصالات الراديوية وأجهزة الراديو ثنائية الاتجاه أو أجهزة الاتصال اللاسلكي أو أجهزة الراديو المحمولة؛ ومنها:
1. كشف المنحدر – Slope detection:
هذا شكل بسيط للغاية من أشكال إزالة التضمين (FM) ويعتمد على انتقائية جهاز الاستقبال نفسه لتوفير إزالة التضمين وهي ليست فعالة بشكل خاص ولا تُستخدم إلّا عندما لا يكون لدى جهاز الاستقبال قدرة (FM)، ويوجد لهذا الشكل من الكشف عن (FM) العديد من القيود، مثل: لن يكون منحنى انتقائية الراديو خطياً على الإطلاق وسيظهر تشوه وسيكون المستقبل حساساً لتغيرات الاتساع.
2. كاشف النسبة – Ratio detector:
كان هذا النوع من الكاشفات مستخدماً على نطاق واسع عند استخدام المكونات المنفصلة في أجهزة الراديو الترانزستور، ويتطلب كاشف النسبة استخدام محول يحتوي على ملف ثالث لإنتاج إشارة إضافية والتي تم تغيير طورها لعملية إزالة التضمين، كما يستخدم كاشف النسبة اثنين من الثنائيات مع بعض المقاومات والمكثفات.
على الرغم من أدائه الجيد، إلّا أنّ كاشف النسبة (FM) كان شكلاً مكلفاً من الكاشف نظراً للمحول الذي يستخدمه، ولأنّ جميع مكونات القطع أغلى من المقاومات والمكثفات، فإنّ مزيلات التضمين (FM) هذه كانت باهظة الثمن وبعد إدخال تقنية الدوائر المتكاملة حيث يمكن استخدام دوائر مختلفة، ونادراً ما يتم استخدام كاشف النسبة ومع ذلك كان أداؤها جيداً في يومها.
3. Foster Seeley FM:
في الأيام التي كان يستخدم فيها الراديو مكونات منفصلة، كان هذا هو المنافس الرئيسي الآخر لمزيل تضمين (FM) في أجهزة الراديو حيث كان مزيل التضمين (Foster Seeley FM) مشابهاً جداً في العديد من النواحي لكاشف النسبة، ومع ذلك بدلاً من استخدام ملف ثالث على المحول استخدم خنق منفصل، ومثل كاشف النسبة لم يعد كاشف (Foster Seeley) منتشراً على نطاق واسع عندما تم تقديم الدوائر المتكاملة لأنّ أشكال أخرى من مزيل تضميم (FM) كانت أسهل بكثير في التنفيذ مع الدوائر المتكاملة وأدائها المتفوق.
4. مزيل تشكيل الحلقة المغلق الطوري – Phase locked loop demodulator:
من الممكن استخدام حلقة مقفلة بالطور لإزالة تضمين (FM): كما يوفر كاشف (PLL FM) أداءً ممتازاً ولا يتطلب الكثير من التعديلات، والميزة الأخرى لمزيل التضمين (FM) هي أنّه يتم دمجه بسهولة في دائرة متكاملة وبالتالي يمكن إضافته بتكلفة إضافية قليلة جدًا إلى شريحة جهاز استقبال شاملة وبالتالي مستقبل الراديو.
تم تشغيل الحلقة المغلقة للطور أو مزيل التضمين (PLL FM) لأنّه تم ضبط الحلقة لتتبع التردد الآني لإشارة (FM) الواردة؛ وللحفاظ على الحلقة في القفل يلزم وجود مذبذب يتم التحكم فيه بالجهد داخل الحلقة لتتبع تردد الإشارة الواردة، كما تباين جهد التوليف لـ(VCO) بما يتماشى مع التردد الفوري للإشارة وبالتالي قدم إخراج الصوت أو إشارة التعديل الأخرى.
5. كاشف التربيع – Quadrature detector:
يُستخدم كاشف (FM) التربيعي الآن على نطاق واسع في الدوائر المتكاملة لراديو (FM) حيث إنّه سهل التنفيذ ويوفر مستويات ممتازة من الأداء، ويتم دمج شكل مصادفة لمزيل التضمين (FM) بسهولة في دائرة متكاملة ويمكن إضافته بدون تكلفة إضافية تقريباً، وهذا يجعله خياراً جذاباً للغاية لتصميمات أجهزة الاستقبال الحديثة حيث تشتمل العديد من الدوائر المتكاملة المصممة لتوفير وظائف جهاز استقبال منافس أو شريط (IF) على كاشف تربيعي أو كاشف صدفة، وبالتالي يمكن إضافة إزالة تضمين (FM) بدون تكلفة تقريباً إلى جهاز الاستقبال النهائي.
تُستخدم مزيلات التضمين (FM) هذه في تطبيقات مختلفة، وتوفر الأنواع المختلفة لمزيل تضمين (FM) للمصممين مجموعة من الأساليب التي تعتمد على التطبيق: البث والاتصالات اللاسلكية ثنائية الاتجاه بما في ذلك أجهزة الاتصال اللاسلكي وأجهزة الراديو المحمولة وأجهزة استقبال الاتصالات عالية المواصفات وما شابه ذلك.
على الرغم من استخدام كاشف (PLL FM) وكاشفات التربيع على نطاق واسع جنباً إلى جنب مع الدوائر القائمة على حلقة مغلقة الطور، ولا تزال كاشفات (Foster Seeley) وكاشفات النسبة (FM) مستخدمة في بعض المناسبات ولكنّها عادةً ما توجد فقط في أجهزة الراديو القديمة التي تستخدم مكونات منفصلة.
يتم توفير دائرة إزالة تضمين التردد التي لها حساسية كشف محسنة من خلال تضمين معادل تمرير كامل في مزيل التضمين من نوع التربيع قادر على السماح لنطاق يغطي على الأقل انحراف تردد الموجة الحاملة بالمرور من خلاله، ويشتمل المعادل على مرشح تمرير النطاق لاكتشاف انحراف التردد لإشارة الموجة الحاملة (FM) المدخلة، ومضخم مضاعفة الكسب ومحرك ثانوي لأداء الطرح بين الإشارة المدخلة إلى مرشح تمرير النطاق وناتج مكبر الصوت.
كما يتم تشغيل الدائرة بحيث يتم توفير إشارة الموجة الحاملة (FM) لمرشح تمرير النطاق من خلال محول الطور ومقارنة الطور وإخراج المحول الفرعي وإشارة ناقل (FM) مع بعضهما البعض بواسطة مقارنة الطور وبالتالي للحصول على إشارة إزالة تضمين (FM).
يعتبر إزالة التضمين (FM) عملية رئيسية في استقبال إشارة مشكلة التردد وبمجرد استلام الإشارة وتصفيتها وتضخيمها، فمن الضروري استعادة التشكيل الأصلي من الموجة الحاملة وهذه هي العملية التي تسمى الاستخلاص أو الكشف، كما توجد دارات مزيل تضمين (FM) في أي جهاز استقبال يستخدم (FM)، مثل: مستقبلات البث وأجهزة الراديو ثنائية الاتجاه مثل أجهزة الاتصال اللاسلكي وأجهزة الراديو المحمولة التي تستخدم (FM) وأي جهاز استقبال يستخدم فيه تضمين التردد.
