مولد الإشارة Signal Generator

إنّ مولدات الإشارة هي أدوات متعددة الاستخدامات قادرة على توفير إشارات معقدة ودقيقة لاحتياجات اختبار الترددات اللاسلكية، حيث سيساعدك بناء أساس متين في معرفة كيفية إنشاء الإشارات على تصميم استراتيجيات اختبار أكثر فعالية وكفاءة.

ما هو مولد الإشارة Signal Generator؟

مولد الإشارة “Signal Generator”: هو جهاز يستخدم لإنتاج إشارات ذات اتساع وتردد متفاوتين حيث عادة ما يكون مصدراً لتوليد إشارات جيبية، ومع ذلك يمكن أن ينتج أيضاً إشارة على شكل موجة مربعة أو موجة مثلثة أو موجة سن المنشار وما إلى ذلك.

يقع نطاق التردد القابل للتعديل للإشارة المولدة بين بضعة هرتز وميجاهيرتز، بينما يمكن تعديل السعة من بعض الميليفولت إلى الفولت، ومذبذب أيضاً يولد الموجات الجيبية وغير الجيبية، لكن مولد الإشارة لديه القدرة على تعديل إشارة الناتج بإشارة أخرى، أمّا الاستخدام الرئيسي لمولد الإشارة هو توفير إشارات مناسبة لغرض اختبار الدوائر الإلكترونية أو معايرتها أو استكشاف الأخطاء وإصلاحها.

عادة، يمكن أن تكون الإشارة الناتجة عن الاتساع أو التردد، ومع ذلك ليس من الضروري في كل مرة يتم إنتاج الإشارة المعدلة فقط، حيث إذا كانت مولدات الإشارة تنتج إشارة غير معدلة عند الناتج، فإنّ هذه الإشارات تُعرف باسم إشارة موجة الارتفاع المستمرة، ولكن إذا قامت بتوليد إشارة معدلة عند ناتجها فيمكن أن تكون إشارة التعديل إمّا موجة مطبقة خارجياً أو موجة متولدة داخلياً.

مخطط كتلة وعمل مولد الإشارة:

يوضح الشكل التالي تمثيل مخطط الكتلة لمولد إشارة “AM”:

في الشكل أعلاه، إنّ مذبذب “RF” يتم وضعه في بداية الترتيب، حيث يولد هذا المذبذب إشارة حاملة ذات نطاق تردد “100 كيلو هرتز” إلى “30 ميجاهرتز”، كما يمكن تغيير تردد إشارة الموجة الحاملة هذه من خلال استخدام مفتاح الاختيار، وكذلك يتم وضع مذبذب تعديل ينتج إشارة تعديل، كما أنّه يتم توفير سطري إدخال في مذبذب التعديل هذا، أحدهما لتعديل التردد أو السعة والآخر لاختيار شكل الموجة.

محدد شكل الموجة هذا يستخدم بشكل أساسي للحصول على أشكال موجية جيبية أو غير جيبية عند النواتج، وكذلك يتم تغذية إشارة الموجة الحاملة للترددات الراديوية من خلال مكبر للصوت إلى مضخم الناتج مع إشارة التردد المعدلة، ومضخم الإنتاج هذا هو مكبر للصوت واسع النطاق، لذلك يتم تضخيم الإشارة المتولدة في مضخم الإنتاج.

مولدات الإشارة من خمسة أنواع رئيسية، هي المذبذبات والتي تولد موجات جيبية مفيدة في قياس استجابة مكبرات الصوت ومكبرات الصوت والميكروفونات ومحولات الطاقة والأنظمة الصوتية، وكذلك مولدات الإشارة القياسية التي تولد موجات جيبية على مدى واسع من طاقة الناتج والتشكيل، وتستخدم على سبيل المثال لاختبار أجهزة الاستقبال الراديوية وقياس الكسب وعرض النطاقونسبة الإشارة إلى الضوضاء.

أمّا أجهزة توليف التردد والتي تولد ترددات ناتج عالية الدقة عبر نطاقات واسعة، ومولدات النبض والتي تنتج إشارات نبضية بمدة محددة بترددات دقيقة، ومولدات الضوضاء العشوائية والتي تنتج ضوضاء واسعة النطاق لأنواع مختلفة من الاختبارات الإلكترونية والميكانيكية والنفسية.

الحاجة إلى مكبر للصوت العازل للضوضاء:

يعمل مكبر الصوت المؤقت كعزل من أجل توفير عزل جيد بين المذبذب ومضخم الإنتاج، وهذا يقلل من آثار التشويه في الإشارة المتولدة، بعد ذلك يتم إعطاء هذا الناتج المضخم إلى المخفف، وسبب توفير الجهد الإنتاج إلى المخفف هو لضبط الجهد للإشارة ولدت في الإنتاج في حدود “1 مايكرو فولت” إلى “0.1 فولت وفي حالة الإشارات ذات التردد المنخفض، يتم استخدام موهنات مقاومة أو مخففات الدليل الموجي.

ومع ذلك، في حالة الترددات العالية يتم استخدام مخففات الدليل الموجي للإشارة، كما أنّه من أجل التباين المستمر في جهد الناتج، يجب أن يكون دخله متغيراً، كما يجب أن يُظهر مولد الإشارة ثباتاً عالي السعة، كما هو الحال عندما يكون تردد الراديو متنوعاً يجب ألّا يُظهر السعة أي اختلاف كبير.

أنواع مولدات الإشارة:

أولاً: مولد الوظيفة:

مولد الوظيفة: هو عبارة عن جهاز يولد أنواعاً مختلفة من أشكال الموجة عند ناتجه، مثل الموجة الجيبية وموجة سن المنشار والموجة المثلثية والموجة المربعة، كما إنّه يوفر تردداً متغيراً في نطاق قليل من هرتز إلى عدة كيلو هرتز.

يثبت إنشاء مجموعة متنوعة من أشكال الموجة تنوعها، حيث يتم استخدام أشكال موجة مختلفة في تطبيقات مختلفة، وفي بعض الأحيان يمكن أيضاً إنشاء أشكال موجة مختلفة في نفس الوقت بواسطة مولد وظيفة.

ثانياً: مولد تردد المسح:

مولد تردد المسح: هو نوع من مولدات الإشارة لديه القدرة على توليد شكل موجة جيبية متغيرة التردد.

بشكل أساسي في مولد تردد المسح، يختلف تردد الناتج تلقائياً بين قيمتين محددتين، ولكن في هذه الحالة يبقى اتساع الإشارة ثابتاً مع تغير التردد، كما يحتوي نطاق التردد الخاص به على “3 نطاقات”، أي “0.001 هرتز” إلى “100 كيلو هرتز”، و”100 كيلو هرتز” إلى “1500 ميجاهرتز” و”1200 جيجاهرتز”.

ثالثاً: مولد النبض:

تنتج مولدات النبض شكل موجة نبضي عند ناتجها، وبشكل أكثر تحديداً ينتج هذا النوع من المولدات نبضات مستطيلة عند ناتجها، كما يمكن استخدام إمّا التماثلية أو الرقمية أو مزيج من الطريقتين بواسطة مولد النبض، ومن خلال تغيير عرض النبضات يمكن تحقيق أشكال مختلفة من الإشارات النبضية.

متطلبات مولد الإشارة:

• يجب أن تنتج إشارة اتساع ثابت.

• يجب أن يكون تردد شكل الموجة قابلاً للتحكم.

• يجب أن تكون الإشارة المولدة خالية من التوافقيات والتشويه.

تطبيقات على استخدام مولد الإشارة:

غالباً ما يستخدم مولد الإشارة لتوفير موجة جيبية مستقرة، وهذه الموجة الجيبية المستقرة لها استخدامات عديدة في الاتصالات، وأحد الأمثلة على ذلك هو بمثابة مذبذب في اختبار مستقبل الترددات اللاسلكية، حيث يتم حقن الموجة الجيبية الأكثر نقاءً وضوضاء الطور الأقل والتشويه في اختبار مستقبل الترددات الراديوية بواسطة المذبذب، كما يتيح ذلك للمصممين رؤية الأداء الفعلي لجهاز استقبال الترددات اللاسلكية.

تطبيق آخر حيث يتم استخدام مولدات الإشارة هو اختبار مضخم الطاقة “RF”، وفي هذا الاختبار يُنتج مولد الإشارة طاقة “RF” ثابتة عبر نطاق من الترددات إلى مكبر الصوت، كما يتم قياس ناتج مضخم طاقة التردد اللاسلكي لتحديد استواء النواتج.

تُستخدم مولدات الإشارة أيضاً في أنظمة الاتصال الحديثة عالية السرعة مثل “5G” و”802.11ax”، كما يتم استخدام برنامج قوي مع مولد الإشارة لتوليد إشارات معقدة لتقسيم التردد المتعامد “OFDM” لاختبار جهاز الإرسال والاستقبال.

• “RF” هي اختصار لـ “Radio Frequency”.

• “OFDM” هي اختصار لـ “Orthogonal Frequency Division Multiplexing”.

لماذا تعتبر مولدات الإشارة مهمة؟

عند اختبار التصميمات، يجب أن يكون لديك يقين في قياساتك، حيث عندما يخرج مولد إشارة موجة جيبية فأنت تريد موجة جيبية قريبة من المثالية قدر الإمكان، كما سوف تحمل الموجة الجيبية غير المثالية مستويات عالية من ضوضاء الطور والتوافقيات والتوتنهام، حيث تحجب ضوضاء المرحلة العالية الإشارات منخفضة المستوى، حيث يمنح مولد الإشارة عالي الأداء موجة جيبية مثالية تقريباً مع ضوضاء منخفضة الطور.

يسمح مولد الإشارة أيضاً بتوليد الإشارات المعقدة من أداة واحدة متكاملة بدون مكونات إضافية معقدة للأجهزة، وعند استخدامها مع برامج قوية يمكن إنشاء إشارات معقدة، مثل مضاعفة تقسيم التردد المتعامد بواسطة مولد إشارة واحد عالي الأداء بدقة عالية، حيث يتمتع مولد الإشارة أيضاً بالقدرة على إنتاج مستويات طاقة دقيقة، وغالباً ما تُستخدم هذه الإمكانية في اختبار مضخم الطاقة والمرشحات والمخفف.