اقرأ في هذا المقال
- ما هو تعديل السعة؟
- كفاءة الطاقة AM
- كفاءة طيف تعديل السعة
- كفاءة النقل في AM
- مضخم طاقة فعال ومنخفض التشويه لوضع التبديل لتعديل السعة
تعديل السعة، كان “AM” هو أول شكل من أشكال التعديل يستخدم للإذاعة الصوتية، وله مزايا البساطة، لكنّه لا يقدم مستويات الكفاءة التي توفرها العديد من أشكال التعديل الأخرى، كما تتخلف مستويات كفاءة الاتساع عن الأنواع الأخرى من التشكيل من حيث استخدام الطيف واستخدام الطاقة.
ما هو تعديل السعة؟
تعديل السعة “AM”: هو اتساع إشارة الناقل يتناسب وفقاً سعة إدخال تحوير الإشارة، حيث توجد إشارة تعديل، وهذا ما يسمى أيضاً بإشارة الإدخال أو إشارة النطاق الأساسي، أي الكلام على سبيل المثال، وهذه إشارة منخفضة التردد، وهناك إشارة أخرى عالية التردد تسمى الناقل.
الغرض من “AM” هو ترجمة إشارة النطاق الأساسي منخفضة التردد إلى إشارة تردد أعلى باستخدام الناقل، كما يمكن نشر الإشارات عالية التردد عبر مسافات أطول من إشارات التردد المنخفض، وكانت بساطتها النسبية هي التي مكنتها من استخدامها في الأيام الأولى للاتصالات اللاسلكية، ولكن في الوقت الحاضر توفر أشكال التعديل الأخرى مستويات أعلى بكثير من الكفاءة والفعالية.
- “AM” هي اختصار لـ “Amplitude Modulation”.
كفاءة الطاقة AM:
كفاءة الطاقة لتعديل السعة منخفضة للغاي، ولمعرفة سبب ذلك من الضروري النظر في تكوين الإشارة الراديوية ومستويات القدرة النسبية لمكوناتها، أي الموجة الحاملة والنطاقين الجانبيين، وعندما يتم تعديل إشارة تردد الراديو بواسطة إشارة صوتية، فإنّ الظرف سوف يتغير، كما يمكن زيادة مستوى التعديل إلى مستوى يرتفع فيه المغلف إلى ضعف المستوى غير المعدل، وبعد ذلك ينخفض إلى الصفر، كما يسمى هذا بالتعديل بنسبة “100%”، حيث أنّه أقصى قدر يمكن تطبيقه.
- إذا زاد مستوى التعديل عن مستوى “100%”، فسيظهر تشوه لأنّ الغلاف لا يمكن أن ينخفض إلى ما دون الصفر.
- حتى مع التعديل بنسبة “100%” أي مؤشر التعديل “1.0”، فإنّ استخدام الطاقة ضعيف للغاية.
عندما يتم تشكيل الموجة الحاملة، تظهر النطاقات الجانبية على جانبي الموجة الحاملة في طيف التردد الخاص بها، كما يحتوي كل نطاق جانبي على معلومات حول تعديل الصوت، وللنظر في كيفية تكوين الإشارة والقوى النسبية تأخذ الحالة المبسطة، حيث تقوم نغمة “1 كيلو هرتز” بتعديل الموجة الحاملة، وفي هذه الحالة سيتم العثور على إشارتين بمقدار “1 كيلو هيرتز” على جانبي الموجة الحاملة الرئيسية.
عندما يتم تشكيل الموجة الحاملة بالكامل، أي بنسبة “100%” يكون اتساع التشكيل مساوياً لنصف اتساع الموجة الحاملة الرئيسية، أي أنّ مجموع قوى النطاقات الجانبية يساوي نصف سعة الموجة الحاملة، وهذا يعني أنّ كل نطاق جانبي لا يمثل سوى ربع الطاقة الإجمالية، وبعبارة أخرى بالنسبة لجهاز إرسال مزود بحامل “100 واط”، سيكون إجمالي طاقة النطاق الجانبي “50 واط” وسيكون كل نطاق جانبي فردي “25 واط”.
أثناء عملية التعديل، تبقى قدرة الموجة الحاملة ثابتة، ومطلوب فقط كمرجع أثناء عملية الاستخلاص، وهذا يعني أنّ قدرة النطاق الجانبي هي القسم المفيد للإشارة، وهذا يتوافق مع “50/150″ × 100%”، أو” 33%” فقط من إجمالي الطاقة المرسلة.
كفاءة طيف تعديل السعة:
الكفاءة الطيفية لتعديل السعة ضعيفة أيضاً، ومع زيادة الضغط على الطيف الراديوي، تُعد الكفاءة الطيفية عاملاً ذا أهمية متزايدة في المناطق التي تتطلب الطيف، ولمعرفة سبب ضعف الكفاءة الطيفية للسعة، خذ المثال حيث يتم تطبيق إشارة صوتية على الموجة الحاملة، وفي ظل هذه الظروف ينتشر الصوت على جانبي الموجة الحاملة، كما ينعكس طيف الصوت على جانبي الموجة الحاملة.
وفقاً لذلك، تتفرع النطاقات الجانبية على جانبي الموجة الحاملة، ويساوي إجمالي عرض النطاق المستخدم ازدياد التردد الأعلى للإشارة الصوتية، أو أي إشارة أخرى يتم تشكيلها على الإشارة المرسلة، ومع الضغط على الطيف الراديوي وأشكال التشكيل الأخرى القادرة على تحقيق مستويات أعلى بكثير من كفاءة الطيف، كما يُعد تعديل الاتساع من أدنى المستويات في هذا الهدف.
نتيجة لضعف مستويات الكفاءة، يتضاءل استخدام تعديل السعة، واستخداماته الرئيسية الحالية هي للبث على نطاقات الموجات الطويلة والمتوسطة والقصيرة بالإضافة إلى بعض الاستخدامات قصيرة المدى لاتصالات الطائرات، كما يتراجع استخدام البث “AM” مع إعادة إتاحة أشكال أفضل من البث، سواء مع تعديل التردد أو بالتنسيقات الرقمية، حيث توفر “AM” مستويات منخفضة من الكفاءة بالإضافة إلى تحمل منخفض للتداخل، وتبعاً لذلك سوف يستمر استخدامه في الانخفاض.
كفاءة النقل في AM:
في “AM” هناك ثلاثة مكونات للطاقة “Pc” و”PLSB” و”PUSB”، كما يحمل النطاقان الجانبيان جميع المعلومات المفيدة، وبالتالي يتم إنفاق الطاقة المفيدة فقط في النطاقات الجانبية.
الكفاءة “η”:
نسبة القدرة المرسلة التي تحتوي على المعلومات المفيدة (PLSB + PUSB) إلى إجمالي القدرة المرسلة .
كفاءة النقل = (PLSB + PUSB) / (PTotal)
η = Pc [m2/4 + m2/4] / Pc [1 = m2/2] = m2/2+m2
η % = (m2/2+m2) X 100
ونظراً لأنّه يتم الاهتمام في النهاية بالمعلومات فقط وليس الناقل، لذلك لا يتم إهدار الكثير من الطاقة في إشارة الناقل، كما يمكن تحديد مقياس للكفاءة على النحو التالي:
الكفاءة = P SB / P TOT
حيث أنّ “PSB” هي القوة في كل النطاقات الجانبية، و”P TOT” هي إجمالي القدرة المرسلة، بما في ذلك الموجات الحاملة والنطاقات الجانبية.
كلما زادت قوة التعديل زادت القوة في العصابات الجانبية، كما أنّ مؤشر التعديل “m” هو مقياس قوة التعديل، ويمكن تفسيره في جزء سعة الموجة الحاملة التي تعدلها، حيث إذا كانت “m = 0.5″ يمكنك تغيير الناقل بنسبة تصل إلى ك50%” من قيمتها الأصلية، كما إنّه في حالة زيادة مؤشر التعديل ستزداد الكفاءة أيضاً، وبعد ذلك من المنطقي أيضاً أنّه يجب عليك استخدام أكبر قيمة لمؤشر التعديل” m” قدر الإمكان.
بكل المظاهر، هذا ناجح للغاية، حيث يبدو أنّ الكفاءة تبلغ حوالي “67%” في الواقع، كما لا توجد مشكلة على الإطلاق عند إرسال هذه الإشارة، ولكن ستكون هناك مشكلة في جهاز الاستقبال الخاص، وعادةً ما تتضمن عملية إزالة التشكيل الكشف عن غلاف إشارة “AM”، ويمكن تحقيق ذلك بسهولة باستخدام مرشح منخفض التردد، مثل مكثف والذي سيزيل إشارة الموجة الحاملة المتذبذبة بسرعة تاركاً فقط السعة المتغيرة ببطء، ولكن في هذه الحالة لم يعد الظرف يطابق ما تم إدخاله.
مضخم طاقة فعال ومنخفض التشويه لوضع التبديل لتعديل السعة:
تُستخدم أنظمة تعديل السعة في العديد من مجالات الهندسة، وخاصة التخصصات القائمة على الاتصالات، كما تحتوي الأنظمة النموذجية على إشارات منخفضة المستوى تقوم بتشفير المعلومات المرغوبة لإرسالها، وعادةً ما لا تكون هذه الإشارات منخفضة المستوى ذات قدرة كافية لإرسال المعلومات المرغوبة عبر وسيط مستهدف، ممّا يتطلب تعديلاً وتضخيماً للقدرة، وهناك هدفان لتصميم مضخم الطاقة وهما انخفاض التشوه والكفاءة العالية.
لتحقيق هذه الأهداف، تم تصميم ومحاكاة وبناء مضخم طاقة فريد في وضع التبديل مخصص؛ لتعديل السعة يستخدم المحتوى الطيفي عند تردد الموجة الحاملة، كما يتم عمل تنبؤات نظرية للتشويه التوافقي الكلي “THD” والكفاءة، ويتم قياس نتائج النموذج الأولى، ومن المتوقع أن يكون “THD” لنغمة تعديل “1 كيلو هرتز” أي “0. 9%”، وتم قياسه ليكون” 4.15%” أسوأ حالة، ومن المتوقع أن تكون كفاءة مرحلة ناتج مكبر الصوت “95.8%” وقياسها لتكون “95.4%” أسوأ حالة.
- “THD” هي اختصار لـ “Total Harmonic Distortion”.
