كاشف المنحدر وكاشف النسبة - Ratio Detector وFM Slope Detector

كاشف انحدار (FM): هو مفهوم يمكن استخدامه لاستعادة التعديل من إشارة (FM) حيث إنّه بسيط لأنّه يمكن استخدامه مع أي راديو تقريباً حتى لو لم يكن مزوداً بقدرة (FM)، كما أنّه يستخدم ببساطة انتقائية الراديو أو منحدر الدائرة المضبوطة.

ما هو كاشف المنحدر FM؟

كاشف المنحدر (FM Slope Detector): يطلق عليه أيضاً كاشف المنحدر أحادي الطرف، وهو أبسط أشكال مزيل تضمين (FM) حيث إنّه نوع من مزيل تضمين تردد الدائرة المضبوطة حيث يقوم بتحويل إشارات (FM إلى AM) باستخدام دوائر (LC) المضبوطة واستخراج المعلومات من مغلف (AM) باستخدام سلسلة توصيل من الصمام الثنائي ومكثف أي كاشف ذروة تقليدي.

يعتمد كاشف الانحدار على انتقائية جهاز الاستقبال، كما أنّ تشغيل دائرته أمر أساسي لجميع أدوات تمييز الدوائر المضبوطة، وهي تتألف من دائرة مضبوطة وكاشف ذروة الصمام الثنائي أي المكونات الأساسية لمميزات تردد الدائرة المضبوطة النموذجية، في حين أن اكتشاف منحدرات (FM) بسيط للغاية، إلّا أنّه ليس فعالاً بشكل خاص وبالتالي لا يتم استخدامه بشكل طبيعي.

أساسيات كاشف منحدر FM:

كشف المنحدر هو أبسط أشكال تعديل التردد وإزالة تضمين (FM)، ويتكون كاشف منحدر (FM) من دائرة مضبوطة حيث يتم ضبط التردد المركزي على تردد مزاح قليلاً عن الموجة الحاملة للإشارة، وبهذه الطريقة تقع الإشارة ذات التردد المعدل على منحدر منحنى الاستجابة، ممّا يؤدي إلى ظهور اسم كاشف ميل المنحدر (FM).

ونظراً لأنّ تردد الإشارات يتغير لأعلى ولأسفل في التردد وفقاً لتعديلها، فإنّ الإشارة تتحرك لأعلى ولأسفل منحدر منحنى استجابة الدائرة المضبوطة، ممّا يؤدي هذا إلى اختلاف اتساع الإشارة وفقاً لتغيرات التردد، وفي الواقع عند هذه النقطة، تحتوي الإشارة على تغيرات في التردد والسعة.

إنّ التغييرات في منحدر المرشح تنعكس في خطية عملية إزالة التضمين حيث تعتمد الخطية بشكل كبير ليس فقط على منحدر المرشح عند سقوطه بعيداً ولكن أيضاً على ضبط المستقبل ومن الضروري ضبط المستقبل بعيداً عن التردد وإلى نصف الميل حيث تكون خاصية المرشح خطية نسبياً.

المرحلة الأخيرة من العملية هي إزالة تضمين تعديل السعة (AM) ويمكن تحقيق ذلك باستخدام دارة ديود (Diode) بسيطة، وأحد أكثر عيوب هذا النهج البسيط هو حقيقة أنّ تغيرات الاتساع والتردد في الإشارة الواردة تظهر عند النواتج، ومع ذلك يمكن إزالة الاختلافات في السعة عن طريق وضع المحدد قبل الكاشف.

يمكن استخدام مجموعة متنوعة من دارات كاشف الانحدار (FM) حيث تكون الإشارة الإداخلة عبارة عن إشارة معدلة التردد، كما يتم تطبيقه على المحول المضبوط (توليفة T1 ،C1 ،C2) الذي يتم إزاحته عن تردد الموجة الحاملة المركزية، وهذا يحول الإشارة الواردة من (FM) فقط إلى إشارة يتم فرض تعديل اتساعها على الإشارة.

مزايا كاشف المنحدر FM:

• بسيط حيث يمكن استخدامه لتوفير إزالة تضمين (FM) عند وجود كاشف (AM) فقط.
  
• تمكن من اكتشاف (FM) بدون أي دوائر إضافية.
  

عيوب كاشف المنحدر FM:

• ليس خطياً لأنّ النواتج تعتمد على منحنى المرشح.
  
• ليست فعّالة بشكل خاص لأنّها تتطلب تركيز الإشارة على الاستجابة السقوطية للمرشح، وهذا يعني أنّه لا يمكن استقبال الإشارة بأقصى قوة للإشارة.
  
• يتم إزالة تضمين كل من تغيرات التردد والاتساع وهذا يعني حدوث مستويات أعلى بكثير من الضوضاء والتداخل.
  

يعتمد كاشف منحدر (FM) على الإشارة التي تدخل أطراف الإدخال لتكون متداولة بطبيعتها حيث يمكن تحقيق ذلك عن طريق وضعه في جامع مرحلة الباعث المشترك ولكن يمكن أن يعمل أيضاً عند تغذيته من مصدر جهد عبر مقاوم عالي القيمة، وإذا كان المحول يحتوي على اقتران منخفض نسبياُ بين الابتدائي والثانوي فيمكن أن يعمل هذا أيضاً مع محرك الجهد عند الإدخال.

من أجل تقليل عيوب الشبكة الناتجة عن استخدام شبكة مضاد التشتت في الحصول على صور رقمية بأشعة (x-ray)، نقوم بتحليل تأثير تطبيق مرشحات رفض النطاق (BRFs) في مجال التردد حيث تختلف خصائص القطع للشبكة تماماً اعتماداً على شكل الكائن المراد استرداده في المجال المكاني، وعلاوة على ذلك إذا كان مكون التردد للشبكة قريباً نسبياً من الكائن، فإنّ تطبيق (BRF) ببساطة قد يشوّه الكائن بشكل خطير.

كاشف المنحدر المتوازن – Balanced slope detector:

يُعرف كاشف الانحدار المتوازن أيضاً باسم كاشف (Travis) والمميز المضبوط الثلاثي، تستخدم الدائرة كاشفين للانحدار حيث يتم توصيلها من الخلف إلى الخلف إلى الأطراف المقابلة لمحول مركزي، وبالتالي يتم تغذيتها بـ (180 درجة) خارج الطور، كما يتم ضبط الدائرة الثانوية العليا فوق (IF) بمقدار يبلغ (100 كيلو هرتز) في مستقبلات (FM) بانحراف (75 كيلو هرتز)، ويتم ضبط الدائرة السفلية بالمثل أسفل (IF) بنفس المقدار حيث يتم توصيل كل دائرة مضبوطة بكاشف الصمام الثنائي بحمل (RC).

يتم أخذ المخرجات من مجموعة متسلسلة من الحملين بحيث يكون مجموع المخرجات الفردية لتكن (fc) هو (IF) الذي تم ضبط الدائرة الأولية عليه، وأنّ (fc + δf وfc – f) يكونان رنين ترددات الدارات الثانوية العليا والدوائر الثانوية الدنيا (T) على التوالي، وعندما يكون تردد الإدخال مساوياً لحظياً لـ (fc) فإنّ الجهد عبر (T’) أي الإدخال إلى الصمام الثنائي (D1)، كما سيكون له قيمة أقل إلى حد ما من الحد الأقصى المتاح، ونظراً لأنّ (f_c) أقل إلى حد ما من تردد الطنين لـ (T’).

ونظراً لأنّ (fc) بعيدة تماماً عن ( fc + f) كما هي عن (fc – δf)، فإنّ الفولتية المطبقة على الثنائيات ستكون متطابقة، كما ستكون الفولتية الناتجة عن التيار المستمر متطابقة أيضاً وبالتالي سيكون ناتج الكاشف صفراً ونظراً لأنّ ناتج (Diode 1) موجب وناتج (Diode 2) سالب.

وإذا كان التردد اللحظي يساوي (fc + δf) ونظراً لأنّ (T’) مضبوط على هذا التردد، فإنّ ناتج (Diode 1) سيكون كبيراً جداً، أمّا من ناحية أخرى، سيكون ناتج (Diode 2) صغيراً جداً ونظراً لأنّ التردد (fc + δf) بعيد جداً عن (fc – δf)، وبالمثل عندما يكون تردد الإدخال مساوياً لحظياً لـ (fc – δf) فإنّ ناتج (Diode 2) سيكون جهداً سلبياً كبيراً، كما يكون جهد (Diode 1) موجباً صغيراً.

وبالتالي في الحالة الأولى سيكون الناتج الإجمالي موجباً وأقصى حداً وفي الحالة الثانية سيكون سالباً وأقصى، أمّا عندما يكون التردد اللحظي بين هذين النقيضين سيكون للناتج قيمة وسيطة، كما سيكون بعد ذلك موجباً أو سالباً وذلك اعتماداً على أي جانب من (f_c) يحدث أن يكمن تردد الإدخال، أمّا إذا نتج تردد الإدخال خارج النطاق الموصوف فسوف ينخفض ​​الناتج بسبب سلوك استجابة الدائرة المضبوطة حيث يتم الحصول على خاصية تعديل التردد المطلوبة على شكل حرف (S).

على الرغم من أنّ هذا الكاشف أكثر كفاءة بكثير إلّا أنّه من الأصعب المحاذاة، لأنّه يوجد الآن ثلاثة ترددات مختلفة يجب تعديل الدوائر المختلفة للمحول وفقاً لها ولا يزال تحديد السعة غير متوفر والخطية، وعلى الرغم من أنّها أفضل من تلك الخاصة باستخلاص (FM) لكاشف المنحدر الفردي حيث أنّها لا تزال غير كافية.

كاشف النسبة الترددي – FM Ratio Detector:

يُستخدم (Ratio Detector) محولاً مزدوج الضبط لتحويل تغيرات التردد اللحظية لإشارة إدخال (f_m) إلى تغيرات اتساع لحظية حيث يتم بعد ذلك تصحيح هذه الاختلافات في السعة لتوفير جهد ناتج للتيار المستمر يختلف في السعة والقطبية مع تردد الإشارة الداخلة حيث يقوم هذا الكاشف بإزالة تضمين إشارات (f_m) ويمنع ضوضاء السعة دون الحاجة إلى مراحل المحدد.

تم استخدام كاشف نسبة (FM) أو أداة التمييز أو مزيل التضمين على نطاق واسع لإزالة تضمين (FM) لأجهزة الاستقبال الراديوية التي تستخدم عادةً مكونات منفصلة، ويستخدم الآن مع أجهزة الراديو التي تستخدم الدوائر المتكاملة حيث أصبحت الأشكال الأخرى لمزيل تضمين (FM) أكثر قابلية للتطبيق.

عند استخدامه كان كاشف نسبة (FM) قادراً على توفير مستويات جيدة من الأداء مع عدد محدود من المكونات،
والنوعان الرئيسيان من كاشف (FM) أو مزيل التضمين اللذان تم استخدامهما في الدوائر باستخدام مكونات منفصلة هما كاشف النسبة وكاشف (Foster-Seeley FM).

تم استخدام كلا النوعين على نطاق واسع، ولكن كاشف نسبة (FM) كان الأكثر شيوعاً لأنّه قدم مستوى أفضل من رفض تعديل السعة لتعديل السعة، كما مكنت هذه الدائرة من توفير مستوى أعلى من مناعة الضوضاء لأنّ معظم الضوضاء هي ضوضاء السعة، كما أنّها مكّنت كاشف (FM) من العمل بشكل أكثر فاعلية حتى مع مستويات أقل من التحديد في مراحل (IF) لجهاز الاستقبال.

مزايا FM Ratio Detector:

• بسيطة في البناء باستخدام مكونات منفصلة.
  
• يقدم مستوى جيد من الأداء وخطية معقولة.
  
• يوفر مستوى جيد من المناعة ضد ضوضاء السعة.
  
• كاشف النسبة لديه عرض نطاق أوسع من مميّز (Foster Seeley).
  

عيوب FM Ratio Detector:

• ارتفاع تكلفة المحولات.
  
• عادةً ما يفسح المجال للاستخدام في الدوائر فقط باستخدام المكونات المنفصلة ولا يتم دمجها داخل (IC).
  
• فقط 50% من مخرجات مميّز (Foster-Seeley) ومستوى تشويه أعلى من مميّز (Foster-Seeley).
  نتيجة لمزايا وعيوب كاشف نسبة (FM) لا يتم استخدامه على نطاق واسع هذه الأيام لأنّ معظم أجهزة الراديو حتى تلك منخفضة التكلفة تستخدم دوائر متكاملة حيث يعمل كاشف النسبة جيداً، ولكن التكلفة العالية للمحول بالإضافة إلى حقيقة أن هناك دوائر ومناهج أخرى يمكن استخدامها بشكل أفضل في الدوائر المتكاملة، ممّا يعني أنّ هذه الدائرة لا تُستخدم على نطاق واسع اليوم.