كيفية استخلاص شكل موجة FM

يوفر تعديل التردد أداءً محسناً على تعديل السعة، ولكن من الصعب إلى حد ما استنتاج المعلومات الأصلية من شكل موجة “FM”، حيث هناك عدة طرق مختلفة لإزالة تشكيل “FM”، ولكي يعمل الاتصال يجب أن يتفق كل من المرسل والمتلقي على قناة الاتصال التي يجب استخدامها، وبعد ذلك يقوم المرسل بتشفير البيانات ونقلها إلى جهاز الاستقبال، وبعدها يتلقى المتلقي المعلومات ويفك تشفيرها كما يتم استقبال إشارة “FM” المرسلة ويجب إعادة تشكيلها لأخذ المعلومات، وهذا ما تفعله أجهزة كشف” FM”.

ما هي كاشفات FM؟

كاشفات “FM”: هي عبارة عن دوائر تقوم على الفور بتحويل تغيرات التردد من إشارة الموجة الحاملة إلى نظيرتها في جهد الناتج، تُعرف أيضًا باسم مزيلات تشكيل التردد أو أدوات التمييز، كما أنّ وظيفتها هو نقل كاشف “FM” غير خطية.

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

آلية عمل كاشفات FM:

عند تشغيلها في نطاقها الخطي تكون:

K _d= V _out / F _input

حيث أنّ “V out” هو جهد الناتج أي المعلومات ويقاس في وحدة الفولت “V” و”F input” هو إدخال إشارة “FM” ويقاس بوحدة “Hz” هرتز، أمّا “K d” هي وظيفة التحويل وتقاس بوحدة “V / Hz”، إنّ المدخل إلى الدوائر هو إشارة متغيرة التردد ذات سعة ثابتة، حيث تقوم الدوائر بعد ذلك بتحويل هذه الاختلافات اللحظية في التردد إلى تغيرات في السعة، وبالتالي فإنّ كل مستوى جهد في الناتج يتوافق مع نظيره في تغير التردد اللحظي في الإدخال.

لذلك، فإنّ وحدة وظيفة النقل لمزيل التشكيل “FM” تكون بالفولت لكل هرتز، وتماماً مثل “AM“، يحتوي “FM” أيضاً على مؤشر تعديل، حيث إنّه يساوي نسبة انحراف التردد إلى تردد التعديل، وانحراف التردد هو مقدار التغير أو التأرجح في تردد الموجة الحاملة الناتج عن إشارة التشكيل، كما يتم تعريف مؤشر تعديل “FM” من خلال:

m = (ΔF)/Fm

حيث أنّ “ΔF” هو انحراف التردد و”fm” هو تعديل التردد، ومثل “AM” يكون مؤشر تعديل “m”، هو مقياس لانحراف التردد الذروة، وهذه طريقة للتعبير عن تردد انحراف الذروة كمضاعف لتردد التشكيل الأقصى فمثلاً إذا كان تردد إشارة الموجة الحاملة هو “1 كيلو هرتز”، وتردد التعديل “100 هرتز”، وكذلك مؤشر التعديل “3”، ومع الأخذ في الاعتبار مؤشر التعديل فإنّ هذا يجعل ذروة انحراف التردد “300 هرتز”، حيث سيكون التردد بين “700 هرتز” و”1300 هرتز”، ومن ناحية أخرى تتمثل وظيفة تردد التعديل في معرفة مدى سرعة اكتمال الدورة.

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

أنواع مزيلات التشكيل FM:

• كاشف المنحدر “Slope Detector“.

• تمييز فوستر سيلي “Foster Seeley Discriminator“.

• كاشف النسبة “Ratio Detector“.

• محددات النبض المتوسط “Pulse Averaging Discriminators”.

• كاشفات التربيع “Quadrature Detectors”.

• حلقات المرحلة مغلق “Phase Locked Loops“.

ما هو كاشف محددات النبض المتوسط Pulse Averaging Discriminators؟

كاشف محددات النبض المتوسط “Pulse Averaging Discriminators”: هو جهاز إزالة تشكيل التردد عالي الجودة وكان مقصوراً على تطبيقات القياس عن بعد والتحكم الصناعي باهظة الثمن، ولكن نظراً لتوافر الدوائر المتكاملة منخفضة التكلفة، يمكن تنفيذ مميِّز متوسط ​​النبض بسهولة ويستخدم الآن في العديد من المنتجات الإلكترونية، كما يستخدم مميِّز معدل النبض كاشف عبور صفري، وهزاز متعدد الطلقة الواحدة ومرشح تمرير منخفض لاستعادة إشارة التعديل الأصلية.

جهاز إزالة التشكيل بمتوسط ​​نبض “FM” مهم بشكل خاص في مسجلات الفيديو التلفزيونية عالية الجودة وأجهزة إعادة الإنتاج التي تعتمد ترددات حاملة عالية، حيث يتم إنشاء نبضات منطقة ثابتة للغاية استجابة لإشارة “FM” محدودة بشكل مناسب من خلال توليد منحدرات استجابة لموجة “FM” المتتالية، أي صفر تقاطعات.

كما يتم اعتماد المنحدرات لأزواج المقارنة التفاضلية التي تعين مستوى عتبتها كسب مزيل التشكيل، وكما يتم استخدام نبضات المنطقة الثابتة الصادرة عند كل تقاطع صفري على مرشح تمرير منخفض “Low Pass Filter”، بحيث يعطي إشارة خالية من التعديل ذات خطية عالية وخصائص كسب تفاضلي ممتازة.

تستخدم طرق وأجهزة إزالة تشكيل الموجات الحاملة المعدلة زمنياً أربعة ترانزستورات متطابقة مجمعة في أزواج مقارنة، كما يتم توفير مصدر تيار ثابت واحد لجميع الترانزستورات الأربعة، حيث ترتبط بواعث الترانزستورات الأربعة ببعضها البعض من الناحية المعدنية ومع ناتج من مصدر التيار الثابت الفردي، حيث يقوم أحد الترانزستورات بإيقاف تشغيل الترانزستورات الأخرى دون استخدام عنصر سعوي بين أزواج الترانزستورات.

يتم تطبيق جهد مرجعي عتبة مشترك على ترانزستور واحد في زوج مقارنة واحد وعلى ترانزستور واحد في زوج المقارنة الآخر، كما يتم إنشاء النبضات المتكررة الأولى والثانية، ويفضل أن تكون على شكل منحدرات سالبة استجابةً للتقاطعات الصفرية المتتالية البديلة للحامل المشكل بالزمن.

كما يتم التحكم في الترانزستور الآخر في زوج المقارنة مع النبضات الأولى والترانزستور الآخر في زوج المقارنة الآخر مع النبضات الثانية؛ لتوليد قطار من نبضات المنطقة الثابتة التي تقابل صفر تقاطعات للحامل المشكل بالوقت يتم استنساخ المعلومات في الموجة الحاملة المشكّلة عن طريق حساب متوسط ​​نبضات المنطقة الثابتة في تلك السلسلة.

ما هو كاشف التربيع Quadrature Detectors؟

كاشف التربيع: هو مزيل التشكيل “FM” الوحيد الأكثر استخداماً، حيث يستخدم دائرة إزاحة الطور لإنتاج انزياح طور بمقدار “90 درجة” عند تردد الموجة الحاملة غير المشكل، كما يستخدم هذا الكاشف بشكل أساسي في إزالة تشكيل التلفاز ويستخدم في بعض محطات راديو “FM”.

إنّ دارة مزيل التشكيل التربيعي واضحة تماماً، حيث تتكون من خلاط ومقاومومكثفينومحث، كما يوجد أيضاً مرشح تمرير منخفض لمتابعة الخلاط، ولكن هذا أيضاً يمكن أن يكون واضحاً تماماً، ويتم تقسيم الإشارة الواردة إلى مكونين، الأول يدخل الخلاط مباشرة لكن الثاني يتم إزاحته، ويكون تعديل الطور “90 درجة” للناقل، لكن الانحراف على الحامل سيعمل على تغيير طفيف في تحول الطور، كما يعتمد على مقدار الانحراف.

في مستقبل “FM”، يتم تشغيل المضاعف من محدد “IF”، كما يقوم المحدد أيضاً بتشغيل دائرة مضبوطة واحدة تنتج إشارة تربيعية تكون منفذاً ثانياً في المضاعف، حيث عندما يتم ضرب إشارة التربيع في إشارة “IF”، ينتج عن كاشف “FM”، كما يتم تحديد التردد المركزي من خلال تردد العلاقة التربيعية، ويتم تحديد مدى منحنى الناتج بواسطة “Q” للدائرة المضبوطة، حيث تكون استجابة الناتج خطية عن طريق تغيير التيار في المضاعف كدالة لانحراف إشارة “IF”.

• “IF” هي اختصار لـ “Intermediate Frequency”.

أولاً: مزايا FM quadrature demodulator:

• يقدم مستوى جيد من الأداء بما في ذلك الخطية.

• يمكن دمجه في دائرة متكاملة.

• دائرة بسيطة للغاية، كما من السهل التأكد من أنّها تعمل بشكل صحيح.

ثانياً: عيوب FM quadrature demodulator:

• تحتاج إلى استعمال ملف وهذا ليس له ضرر كبير، حيث يتم اعتماد ملف بسيط وليس هناك ضرورة لمحول “RF” كما هو موجود في كاشف النسبة ودوائر “Foster Seeley”.

• قد تتطلب بعض التصاميم الإعداد أثناء التصنيع.

ملاحظة:“RF” هي اختصار لـ “Radio frequency”.