ما هو انتقال الموجات الراديوية في الاتصالات

تنشأ موجة الراديو التي تترك هوائي الإرسال كصوت معلوم في ميكروفون، والميكروفون هو جهاز لتحويل الطاقة الصوتية إلى طاقة كهربائية، كما يحقق الميكروفون هذا التحول من خلال أي آلية من عدد من الآليات، وفي ميكروفون الكربون على سبيل المثال تتسبب الموجات الصوتية التي تدخل الجهاز في اهتزاز صندوق يحتوي على حبيبات الكربون، كما تتسبب حبيبات الكربون المهتزة بدورها في تغير المقاومة الكهربائية داخل صندوق الكربون ممّا يؤدي إلى إنتاج تيار كهربائي متفاوت القوة.

أساسيات انتقال الموجات الراديوية

يستفيد الميكروفون البلوري من التأثير الكهروإجهادي وهو إنتاج تيار كهربائي ضئيل ناجم عن تشوه الكريستال في الميكروفون، كما يتوافق حجم التيار الناتج مع حجم الموجة الصوتية التي تدخل الميكروفون وينتقل التيار الكهربائي الناتج داخل الميكروفون إلى المضخم التشغيلي، حيث تزداد قوة التيار بشكل كبير وينتقل التيار بعد ذلك إلى هوائي وحيث يبدأ المجال الكهربائي المتغير المرتبط بالتيار موجة كهرومغناطيسية في الهواء حول الهوائي وهذه هي الموجة الراديوية التي تنتشر عبر الفضاء بإحدى الآليات المتنوعة.

يمكن الكشف عن الموجة الراديوية بواسطة آلية، كما يتم اعتراض الموجة بواسطة الهوائي ممّا يحول الموجة إلى إشارة كهربائية تنتقل إلى جهاز راديو أو تلفاز، وداخل جهاز الراديو أو التلفاز يتم تحويل الإشارة الكهربائية إلى موجة صوتية يمكن بثها عبر المضخمات التشغيلية، ومن أجل انتشار واعتراض الموجات الراديوية يتم استخدام مرسل ومستقبل.

تعمل الموجة الراديوية كناقل للإشارات الحاملة للمعلومات ويمكن تشفير المعلومات مباشرة على الموجة عن طريق مقاطعة الإرسال بشكل دوري، وكما هو الحال في تلغراف النقطة والشرطة أو التغيير بها من خلال عملية تسمى التعديل، والمعلومات الفعلية في الإشارة المعدلة موجودة في نطاقاتها الجانبية أو الترددات المضافة إلى الموجة الحاملة بدلاً من الموجة الحاملة نفسها.

والنوعان الأكثر شيوعاً من التعديل المستخدم في الراديو همُا تعديل السعة “AM” وتعديل التردد “FM” حيث يقلل تعديل التردد من الضوضاء ويوفر دقة أكبر من تعديل السعة وهي الطريقة الأقدم للبث، كما يعد كل من “AM” و”FM” أنظمة إرسال تمثيلية أي أنّهما يعالجان الأصوات في أنماط متغيرة باستمرار من الإشارات الكهربائية التي تشبه الموجات الصوتية، كما يستخدم الراديو الرقمي نظام إرسال تنتشر فيه الإشارات كنبضات جهد منفصلة أي كنماذج من الأرقام.

وقبل الإرسال يتم تحويل إشارة الصوت التماثلية إلى إشارة رقمية والتي يمكن إرسالها في نطاق تردد “AM” أو “FM”، حيث يوفر البث الإذاعي الرقمي استقبالًا بجودة الأقراص المضغوطة وإعادة إنتاج على نطاق “FM” واستقبال واستنساخ بجودة “FM” على نطاق “AM”.

كيفية عمل انتقال الموجات الراديوية

يستخدم الراديو في أكثر أشكاله شيوعاً لنقل الأصوات أي الصوت والموسيقى والصور أي التلفاز، كما يتم تحويل الأصوات والصور إلى إشارات كهربائية بواسطة ميكروفون أي أصوات أو كاميرا فيديو أي صور، ويتم تضخيمها واستخدامها لتعديل الموجة الحاملة التي تم إنشاؤها بواسطة دائرة مذبذب في جهاز إرسال.

كما يتم تضخيم الموجة الحاملة المعدلة ثم تطبيقها على هوائي يحول الإشارات الكهربائية إلى موجات كهرومغناطيسية للإشعاع في الفضاء، حيث تشع هذه الموجات بسرعة الضوء ولا تنتقل فقط عن طريق خط البصر ولكن أيضاً عن طريق الانحراف عن طبقة الأيونوسفير.

تعترض هوائيات الاستقبال جزءاً من هذا الإشعاع وتعيده إلى شكل إشارات كهربائية وتغذيه إلى جهاز استقبال، والدائرة الأكثر كفاءة والأكثر شيوعاً لاختيار وتضخيم الترددات الراديوية المستخدمة في مستقبلات الراديو هي المتغاير الفائق، وفي هذا النظام يتم خلط الإشارات الواردة بإشارة من مذبذب محلي لإنتاج ترددات وسيطة “IF” تساوي المجموع الحسابي والاختلاف بين الترددات الواردة والمحلية.

كما يتم تطبيق أحد هذه الترددات على مكبر للصوت ونظراً لأنّ مضخم “IF” يعمل على تردد واحد أي التردد المتوسط  فيمكن بناؤه لتحقيق انتقائية وكسب أمثل، وضبط التحكم في جهاز استقبال الراديو يضبط تردد المذبذب المحلي وإذا كانت الإشارات الواردة أعلى من عتبة حساسية المستقبل وإذا تم ضبط المستقبل على تردد الإشارة، فسيضخم الإشارة ويغذيها إلى الدوائر التي تزيل تشكيلها أي تفصل موجة الإشارة نفسها عن الموجة الحاملة موجة.

وهناك اختلافات معينة بين مستقبلات “AM” و”FM”، حيث في إرسال “AM” تكون الموجة الحاملة ثابتة في التردد وتختلف في السعة وفقاً للأصوات الموجودة في الميكروفون، وفي “FM” يكون الحامل ثابتاً في الاتساع ويختلف في التردد، ونظراً لأنّ الضوضاء التي تؤثر على الإشارات اللاسلكية تتجلى جزئياً ولكن ليس تماماً، وفي تغيرات السعة فإنّ مستقبلات “FM” عريضة النطاق بطبيعتها أقل حساسية للضوضاء.

وفي مستقبل “FM” تكون مراحل المحدد والمميز عبارة عن دوائر تستجيب فقط للتغيرات في التردد، كما تتشابه المراحل الأخرى من مستقبل “FM” مع تلك الموجودة في مستقبل “AM”، ولكنّها تتطلب مزيداً من العناية في التصميم والتجميع للاستفادة الكاملة من مزايا “FM”، ويستخدم “FM” في أنظمة صوت التلفاز وفي كل من مستقبلات الراديو والتلفاز وبمجرد فصل الإشارات الأساسية عن الموجة الحاملة، يتم تغذيتها إلى المضخم التشغيلي أو جهاز عرض، حيث يتم تحويلها إلى صور صوتية ومرئية على التوالي.

تشع الطاقة الكهرومغناطيسية للخارج من المصدر وعادةً هوائي بسرعة الضوء تقريباً وتضعف وتتأثر بالوسيط الذي تنتقل عبره، كما تتطلب الاتصالات اللاسلكية إطلاق “rf” والطاقة في وسط الانتشار واكتشاف وجودها في نقطة ما بعيدة واستعادة المعلومات الموجودة بداخلها، مع التخلص من الضوضاء والعوامل المعاكسة الأخرى التي يتم إدخالها عبر مسار الإرسال، لذلك فإنّ فهم انتشار الموجات الراديوية ضروري في تخطيط وتشغيل أنظمة الاتصالات الراديوية لضمان إمكانية إنشاء الاتصالات، وأنّ هناك حلاً مثالياً بين التكاليف وتوافر الوصلة.

أوضاع انتقال الموجات الراديوية

يمكن نشر موجات الراديو في واحد أو أكثر من خمسة أوضاع، واعتماداً على الوسيط الذي يتم إطلاقها فيه والتي تمر من خلالها، وهذه الأوضاع هي:

• انتشار الفضاء الحر، حيث لا تتأثر موجات الراديو بالأرض أو الغلاف الجوي.

• انتشار الموجة الأرضية، حيث تتبع موجات الراديو سطح الأرض.

• انتشار الأيونوسفير، حيث تنكسر الموجات الراديوية بواسطة الطبقات المتأينة في الغلاف الجوي.

• انتشار التروبوسفير، حيث يكون الإرسال “خط البصر” مع حدوث بعض الانكسار في الغلاف الجوي.

• انتشار الانتثار، حيث تُستخدم الظواهر الطبيعية مثل اضطراب التروبوسفير أو مسارات النيازك المتأينة لتشتيت الموجات الراديوية.

طرق تشتت موجات الراديو

1- الحجب

لا تصل الإشارة المرسلة إلى جهاز الاستقبال بسبب تشتت هيكل في المسار بين مصدر الإشارة والمستقبل.

2- الانتثار بمسارات متعددة Multipath

قد يوفر الانتثار مسارات متعددة يمكن من خلالها لموجة راديوية أن تصل إلى جهاز استقبال، ممّا يؤدي إلى عدة نسخ من الإشارة التي يتم استقبالها مع إزاحة طفيفة في الوقت المناسب، وتداخل بعضها مع بعض.

3- تشوه مخطط الهوائي

قد يؤدي الانتثار بالقرب من هوائي إرسال أو صفيف هوائي إلى تغيير اتجاه مخطط إشعاع الهوائي، ممّا يؤدي إلى شدة إشارة أقوى أو أضعف ممّا هو مقصود في اتجاهات معينة.