نقطة اعتراض جهاز الاستقبال وتقاطع التضمين في مستقبلات الراديو

إنّ توهين الاستجابة الهامشية للتضمين البيني للمستقبل هو مقياس لقدرة المستقبل على استقبال تردد الإشارة الداخلة للمشكل على تردد القناة المخصصة له في وجود نغمتين متداخلتين من نغمات (CW)، حيث يتم فصل هذه النغمات عن تردد إشارة الإدخال المخصص بحيث يمكن أن يحدث خلط الترتيب (n) للإشارتين غير المرغوب فيهما في العناصر غير الخطية للمستقبل، ممّا ينتج عنه إشارة ثالثة في نطاق الإشارة المطلوبة.

ما هي نقطة اعتراض جهاز الاستقبال – Receiver Intercept Point؟

نقاط اعتراض المستقبل (Receiver Intercept Point): هي مقياس لخطية المستقبل، كما هي معلمة تُستخدم في تحديد قدرة معالجة الإشارة القوية لجهاز الاستقبال، وعادةً ما تُستخدم نقاط اعتراض الرتبة الثانية والثالثة على نطاق واسع في تحديد النطاق الديناميكي العام لمستقبل الراديو إلى جانب الإشارة إلى جوانب أخرى من الأداء.

حماية المستقبل من تداخل الاستجابة الزائفة هي مقياس لقدرة المستقبل على التمييز بين الإشارة الداخلة عند التردد المخصص وإشارة غير مرغوبة عند أي تردد آخر يستجيب له.

أساسيات نقطة اعتراض الراديو:

نقطة الاعتراض هي مفهوم نظري مفيد للنظر في الارتفاع في مستويات منتجات التضمين البيني مع زيادة مستويات الإشارة، حيث وجد أنّ مستوى نواتج التضمين البيني يرتفع بشكل أسرع من مستوى الإشارة المطلوبة عند النواتج، ونتيجةً لذلك توجد نقطة يصل فيها مستوى ناتج معين للتضمين البيني إلى مستوى الإشارة المطلوبة فهو يعترض خط المستوى للإشارة المطلوبة.

وتجدر الإشارة إلى أنّ نقطة التقاطع هي نقطة نظرية حيث أنّ مكبر الصوت أو الدوائر الأخرى ستشبع قبل ذلك ولن تتمكن من التعامل مع مستويات الطاقة، كما وجد أنّ منتجات التضمين البيني ترتفع بسرعة كبيرة وكلما ارتفع الترتيب زادت سرعة ارتفاعها على الرغم من أنّ مستوياتها تبدأ أقل بكثير، ولزيادة مستويات الإشارة المطلوبة بمقدار (1 ديسيبل) سترتفع ناتج الرتبة الثالثة بمقدار (3 ديسيبل) وناتج الترتيب الخامس بمقدار (5 ديسيبل) يمكن عمل قطع مختلفة لمنتجات الطلبات المختلفة ويمكن استنتاج نقاط اعتراض الطلبات الثانية والثالثة وكلما ارتفع مستوى نقطة التقاطع كان الأداء أفضل.

يُعد أحد الأمثلة على أنواع الأرقام التي يمكن الحصول عليها، قد يعرض جهاز استقبال لاسلكي عالي الجودة للاتصالات نقطة اعتراض من الدرجة الثالثة ربما تبلغ (25 ديسيبل ميلي واط)، وقد يكون للمستقبلات الراديوية الأخرى نقاط اعتراض أقل بكثير لتقليل التكاليف، كما أنّ متطلباتها قد لا تتطلب مثل هذا الأداء القوي للإشارة.

مشاكل مواصفات نقطة الاعتراض:

هناك عدد من المشكلات المتعلقة بمواصفات نقطة الاعتراض على جهاز استقبال لاسلكي حيث يجب فهم هذه الأمور عند فحص أداء الراديو.

1. نقاط الاعتراض غير قابلة للقياس بشكل مباشر:

يتم أخذ نقاط اعتراض المستقبل من البيانات التي تم الحصول عليها عند مستويات إشارة منخفضة وهذا يعني أنّ دقتها تعتمد على افتراض أنّ منحنيات التشويه من الدرجة الثانية والثالثة موصوفة بخطوط مستقيمة بقيم ميل من اثنين وثلاثة على التوالي، ولكي يكون هذا صحيحاً يجب أن تكون العلاقة جيدة على النطاق الديناميكي القابل للاستخدام للمستقبل.

2. منحدرات التشويه غير الصحيحة:

بينما يبدو أن معظم المكونات توفر منتجات التضمين البيني بمنحدر عادي، وبعض المكونات مثل الفريت و(GaAsFETs) لا تلتزم بشكل كامل بهذه المنحنيات، وفقاً لذلك يمكن قياس نقاط التقاطع بمستويات مختلفة تماماً ومقارنة النتائج للتحقق من صلاحية المواصفات.

3. اعتماد القيم على التردد:

ينتج عن التشويه من الدرجة الثانية مكونات تشويه بضعف تردد إشارة دخل واحدة أي تشويه توافقي ثانٍ وعلى ترددات المجموع والفرق لإشارتي إدخال، ومع مثل هذا الاختيار الواسع للترددات المتضمنة قد تتأثر منتجات الدرجة الثانية بتغيرات استجابة التردد، كما يمكن أن تكون المنتجات الثالثة والخامسة وما شابهها أقرب بكثير من حيث التردد وبالتالي فهي لا تخضع لنفس قيود استجابة التردد.

4. منحنيات التشويه غير صالحة مع اقتراب المستقبل من الحمل الزائد:

يمكن التغلب على هذا التأثير عن طريق قياس نواتج التشويه عند مستويات إدخال منخفضة، ولقد وجد أنّ قياسات التقاطع هي الأفضل عند المستويات التي تكون فيها منتجات التشويه أقل بحوالي (60 ديسيبل) من إشارات الإدخال، وهذا يمكن أن يتطلب معدات اختبار عالية الأداء.

أجهزة استقبال ذات أداء اعتراض ضعيف:

تُعد إحدى المشكلات الرئيسية للمستقبلات ذات الأداء الضعيف للاعتراض في أنّه عندما يتم إنشاء المنتجات من الرتبة الثالثة والخامسة والسابعة والعالية، حيث يمكن أن تقع ضمن نطاق تمرير المستقبل، كما يمكن استقبال هذه الإشارات الجديدة الناتجة عن عملية التضمين البيني، ولذلك قد يبدو أنّ جهاز الاستقبال حساس للغاية بسبب عدد الإشارات التي تظهر، وبدلاً من ذلك ستكون الإشارات إشارات وهمية ولن يتم استقبالها على جهاز استقبال أفضل.

تحدث المشكلة الرئيسية عندما يكون منتج التضمين البيني أقوى من الإشارة الحقيقية، ويقع على نفس التردد، وفي ظل هذه الظروف سيتم إخفاء الإشارة الحقيقية عن طريق الإشارة المولدة من التضمين البيني، كما تعطي نقطة الاعتراض إشارة إلى هذا النوع من المشكلات بالإضافة إلى العديد من المشكلات الأخرى.

تعطي نقطة الاعتراض وبشكل أكثر تحديداً نقطة اعتراض الدرجة الثالثة لجهاز استقبال لاسلكي مؤشراً جيداً على أداء معالجة الإشارة القوي، ومع ذلك فإنّ أحد جوانب مجال الأداء هذا وأيضاً أحد المواصفات في مجموعة متنوعة من المعلمات التي ستحدد الأداء العام للراديو، لذلك يجب أن تؤخذ مع المعلمات الأخرى في ورقة البيانات وتفسيرها في ضوء صعوبات القياس.

ما هو التضمين المتقاطع – Cross Modulation in Radio Receivers؟

التضمين المتقاطع (Cross Modulation): هو تأثير يُلاحظ في مستقبلات الراديو عندما تظهر عناصر الاتساع المشكلة لإشارة قوية على الإشارات المستقبلة الأخرى حيث أنّ التضمين المتقاطع هو معلمة تُستخدم في المستقبلات الراديوية حيث تُستخدم إشارات قوية ذات مكون مُشَكِّل اتساعاً، كما يُعد تضمين السعة التربيعية والسعة مثاليين.

لقد وجد أنّ الإشارة القوية قد تتسبب في أن تصبح أقسام المستقبل غير خطية وبهذه الطريقة ينتقل الاتساع المتغير إلى إشارات أخرى، وبشكل فعال التضمين المتقاطع هو نقل التضمين من إشارة واحدة وعادة أقوى بكثير إلى إشارة أخرى، وعادة تكون أضعف أي تموت إلى غير خطية في سلسلة المستقبل.

أساسيات التضمين المتقاطع:

ينشأ التضمين المتقاطع عادةً من أداء الخلاط غير الكامل في الراديو، وعلى الرغم من أنّه يمكن أن يحدث بسهولة في أحد مكبرات الصوت (RF)، ونظراً لأنّه تأثير من الدرجة الثالثة فيجب أن يُظهر جهاز الاستقبال الذي يحتوي على نقطة اعتراض جيدة من الدرجة الثالثة أداء تعديل متقاطع جيداً.

لتحديد أداء التضمين المتقاطع، يلُاحظ تأثير الموجة الحاملة القوية (AM) على إشارة مطلوبة أصغر حيث يكون مستوى الموجة الحاملة القوية بتضمين بنسبة (30%) اللازم لإنتاج ناتج أقل بمقدار (20 ديسيبل) من ذلك الناتج عن الإشارة المطلوبة حيث يجب أيضاً تحديد مستوى الإشارة المطلوبة وغالباً ما يتم أخذ (1 ملي فولت أو -47 ملي (dB) أي إشارة 47 dB أقل من 1 ملي واط) كمعيار إلى جانب تردد إزاحة قدره (20 كيلو هيرتز).

مواصفات التضمين المتقاطع:

في الحالات التي يكون فيها التضمين المتقاطع مشكلة يجب تحديدها، وللتأكد من أنّه من الممكن مقارنة أداء أجهزة الراديو المختلفة وأيضاً لتمكين وضع المعايير، فمن الضروري أن يكون لديك طريقة قياسية لتحديدها حيث أنّ التضمين المتقاطع هو مقدار تضمين الاتساع الذي يتم نقله من إشارة خارج القناة وغير مطلوبة إلى الإشارة المطلوبة التي يتم استقبالها.

ولتحديد المعلمات والشروط بشكل صحيح، يجب أن تتضمن مواصفة التضمين المتقاطع النسبة المئوية لتضمين إشارة التداخل وقدرة الإشارة الخاصة بها وتخالف التردد من التردد المضبوط، حيث من الممكن حساب مستوى التضمين المتقاطع من معرفة أداء التقاطع من الدرجة الثالثة، والنسبة المئوية للتضمين الناتج عن تأثيرات التضمين المتقاطع على الإشارة المطلوبة تساوي النسبة المئوية لتضمين الإشارة غير المرغوب فيها مضروبة بأربعة أضعاف قوتها ومقسمة على مجموع قدرة اعتراض الدرجة الثالثة ومرتين القدرة غير المرغوب فيها:

1. التضمين المتقاطع:

التعديل المتقاطع ينطبق فقط على الحالات التي يتم فيها استخدام تعديل الاتساع، وفي الأيام الأولى للراديو لوحظ ذلك على إشارات السعة المعدلة مثل إرسال البث، ولكن اليوم هناك إشارات أخرى تحتوي على مكونات تعديل السعة.

2. مستقبلات البث AM:

هذا هو تقليدياً المنطقة التي لوحظت فيها تأثيرات التضمين المتقاطع، وعند الإدراج في إشارات البث (AM) الأضعف في وجود إشارات قوية جداً خارج القناة، حيث تم تحويل تعديل الإشارة أو الإشارات الأقوى إلى الإشارة المطلوبة الأضعف، وعندما توجد أجهزة استقبال البث بالقرب من جهاز إرسال البث فقد تصبح مشكلة مزعجة.

3. أجهزة استقبال التلفاز التماثلي:

على الرغم من أنّ التلفاز الرقمي قد تجاوزه فعلياً الآن، إلّا أنّه لا يزال يستخدم من حين لآخر وقد وجد أنّ التضمين المتقاطع حدث، والشكل الأكثر استخداماً للتضمين المستخدم مع أنظمة التلفاز التماثلية هو النطاق الجانبي الجزئي (VSB)، حيث إنّه شكل فعال من أشكال (AM) كما يكون لأحد النطاقات الجانبية عرض نطاق ترددي علوي منخفض.

في أجهزة التلفاز يتجلى التضمين المتقاطع من خلال إنشاء صورة شبح تحت المحطة المرغوبة على القناة التي يتم استقبالها، كما قد يكون الأمر مزعجاً إذا لم تكن جميع محطات التلفاز في نفس الموقع الجغرافي، ويتم استقبال إشارة أبعد في وجود إشارة خارج القناة أكثر محلية وأقوى بكثير.

في حين أنّ التضمين المتقاطع للمستقبل الراديوي قد لا يتمتع بالرؤية من حيث مواصفات المستقبل التي كان يتمتع بها سابقاً، فإنّه لا يزال مهمًا للغاية ولا سيما في السيناريوهات التي تشتمل فيها مخططات التضمين المستخدمة على مكون اتساع.