أشكال الموجات في الاتصالات

احتاجت طريقة الاتصال لمسافات طويلة إلى رمز، وكان أحد الرموز المستعملة هو شفرة مورس وهي سلسلة من ومضات الضوء الطويلة والقصيرة لأحرف أبجدية مختلفة، ولا يمكن رؤية هذه الإشارات إلّا عندما تكون الرؤية جيدة وللمسافات القصيرة.

ما هو شكل الموجة؟

شكل الموجة: هو تمثيل لكيفية تغير التيار المتردد “AC” مع مرور الوقت، وشكل موجة التيار المتردد الأكثر شيوعاً هو الموجة الجيبية والتي اشتق اسمها من حقيقة أنّ التيار أو الجهد يختلف باختلاف جيب الوقت المنقضي، وأشكال موجة التيار المتردد الشائعة الأخرى هي الموجة المربعة والمنحدر وموجة سن المنشار والموجة المثلثية.

• “AC” هي اختصار لـ “Alternative current”.

ما هي أشكال الموجات في الاتصالات؟

أولاً: الأشكال الموجية المستطيلة:

تتشابه الأشكال الموجية المستطيلة مع شكل الموجة المربعة والفرق هو أنّ عرضي النبضة لشكل الموجة لهما فترة زمنية غير متكافئة، لذلك تصنف الأشكال الموجية المستطيلة على أنّها أشكال موجية “غير متناظرة” كما هو موضح تالياً:

يمكن استعمال أشكال الموجة المستطيلة لتهيأت كمية الطاقة التي يتم استخدامها على حمل مثل المصباح أو المحرك عن طريق تعديل دورة العمل لشكل الموجة، حيث كلما زادت دورة التشغيل زاد متوسط ​​كمية الطاقة التي يتم تطبيقها على الحمل وانخفضت دورة التشغيل، وكلما قل متوسط ​​مقدار الطاقة التي يتم تطبيقها على الحمل، ومن الأمثلة الممتازة على ذلك في استخدام “النبض” عرض أجهزة التحكم في السرعة.

ثانياً: أشكال موجية مثلثة:

الأشكال الموجية المثلثية: هي بشكل عام أشكال موجية غير جيبية ثنائية الاتجاه تتأرجح بين قيمة ذروة موجبة وسالبة، وعلى الرغم من تسميتها بالشكل الموجي المثلث إلّا أنّ الموجة المثلثية هي في الواقع أكثر من شكل موجة منحدر خطي متماثل؛ لأنّها ببساطة إشارة جهد بطيء في الارتفاع والهبوط بتردد أو معدل ثابت، كما أنّ معدل تغير الجهد بين كل اتجاه منحدر متساوٍ خلال نصفي الموجة.

بشكل عام وبالنسبة للأشكال الموجية المثلثية “Δ”، فإنّ المنحدر الموجب أي الارتفاع له نفس المدة الزمنية لمنحدر الاتجاه السالب أي الاضمحلال، ممّا يتيح الشكل الموجي المثلث دورة عمل بنسبة “50%”، وبعد ذلك تكون لأي سعة جهد معينة، فإنّ تردد شكل الموجة سيعين متوسط ​​مستوى الجهد للموجة.

لذلك بالنسبة للارتفاع البطيء والتأخير البطيء للمنحدر سيُوفر متوسط ​​مستوى الجهد أقل من وقت الارتفاع والانحلال الأسرع، ومع ذلك يمكن إنتاج أشكال موجية مثلثة غير متناظرة عن طريق تغيير قيم المنحدر الصاعد أو المتحلل لإعطاء نوعاً آخر من أشكال الموجة يُعرف عادةً باسم شكل موجة سن المنشار.

ثالثاً: أشكال موجية سن المنشار:

أشكال موجية سن المنشار: هي نوع آخر من أشكال الموجات الدورية، كما يوحي اسمها فإنّ شكل الموجة يشبه أسنان نصل المنشار، ويمكن أن يكون للأشكال الموجية ذات السن المنشار صورة معكوسة عن نفسها، إمّا من خلال وجود انحلال بطيء الارتفاع ولكن شديد الانحدار أو ارتفاع شديد الانحدار شبه عمودي وانحلال بطيء كما هو موضح تالياً:

شكل موجة سن المنشار المنحدر الموجب هو الأكثر استخداماً بين نوعي الموجات، حيث يكون جزء المنحدر من الموجة خطياً تماماً تقريباً، كما يتوفر شكل موجة سن المنشار بشكل شائع من معظم مولدات الوظائف ويتكون من تردد أساسي “ƒ” وجميع نسب التوافقيات الصحيحة، مثل: “1/2″ و”1/4″ و”1/6″ و”1/8” إلى “1 / n”، وما يعنيه هذا من الناحية العملية هو أنّ الشكل الموجي ذو السن المنشار غني بالتوافقيات ولأجهزة توليف الموسيقى والموسيقيين تعطي جودة الصوت أو اللون النغمي لموسيقاهم دون أي تشويه.

رابعاً: المشغلات والنبضات:

على الرغم من أنّ المشغلات والنبضات هما شكلا موجات منفصلان من الناحية الفنية يمكن دمجهما معاً هنا، حيث أنّ “المشغل” هو في الأساس مجرد “نبضة” ضيقة جداً الفرق هو أنّ الزناد يمكن أن يكون موجباً أو سالباً في الاتجاه بينما النبضة موجبة فقط في الاتجاه.

شكل الموجة النبضية أو “قطار النبض” كما يطلق عليها أكثر شيوعاً هو نوع من أشكال الموجة غير الجيبية التي تشبه الشكل الموجي المستطيل، كما يتمثل الاختلاف في أنّ الشكل الدقيق للنبضة يتم تحديده من خلال نسبة “علامة إلى مسافة” للفترة، وبالنسبة لشكل موجة نبضة أو تحفيز يكون جزء مارك من الموجة قصيراً جداً مع ارتفاع سريع وشكل اضمحلال.

النبضة: هي شكل موجة أو إشارة بحد ذاتها، حيث لها نسبة علامة إلى فضاء مختلفة تماماً مقارنةً بإشارة ساعة موجة مربعة عالية التردد أو حتى شكل موجة مستطيل.

الغرض من “النبضات” والغرض من المشغل هو إنتاج إشارة قصيرة جداً للتحكم في الوقت الذي يحدث فيه شيء ما، فعلى سبيل المثال لبدء مؤقت أو عداد أو ثبات أحادي أو فليب فلوب وما إلى ذلك أو كمحفز للتبديل “ON” الثايرستور والترياكات وأجهزة أشباه موصلات الطاقة الأخرى.

وظيفة المولد في موجات الاتصالات:

مولد الوظيفة: أو يُسمى أحياناً مولد الموجي، هو عبارة عن جهاز أو دائرة تنتج مجموعة متنوعة من أشكال الموجة المختلفة بالتردد المطلوب، كما يمكن أن تولد موجات جيبية وموجات مربعة وأشكال موجية مثلثة وسن المنشار بالإضافة إلى أنواع أخرى من أشكال موجات الإنتاج.

هناك العديد من المولدات الموجية “الجاهزة” من “IC” ويمكن دمجها جميعاً في دائرة لإنتاج الأشكال الموجية الدورية المختلفة المطلوبة، وأحد هذه الأجهزة هو “8038”، وهو مولد موجي دقيق “IC” قادر على إنتاج أشكال موجة جيبية ومربعة ومثلثة مع الحد الأدنى من المكونات أو التعديلات الخارجية، كما يمكن تحديد مدى تردد التشغيل الخاص به على مدى ثمانية عقود من التردد من “0.001 هرتز” إلى “300 كيلو هرتز”، عن طريق الاختيار الصحيح لمكونات “R-C” الخارجية.

سواء كان شكل الموجة أحادي الاتجاه “Unidirectional” أو ثنائي الاتجاه “bidirectional” أو دوري أو غير دوري أو متماثل أو غير متماثل أو بسيط أو معقد، فإنّ جميع أشكال الموجة الكهربائية تشتمل على الخصائص المشتركة الثلاثة التالية:

• الفترة: هي المدة الزمنية بالثواني التي يستغرقها شكل الموجة لتكرار نفسه من البداية إلى النهاية، كما يمكن أيضاً تسمية هذه القيمة بالوقت الدوري “T” للشكل الموجي لموجات جيبية أو عرض النبض للموجات المربعة.

• التردد: هو عدد المرات التي يكرر فيها شكل الموجة نفسه خلال فترة زمنية ثانية واحدة والتردد هو مقلوب الفترة الزمنية “ƒ = 1 / T” مع الوحدة القياسية للتردد هي “Hz”.

• السعة: هو حجم أو شدة شكل موجة الإشارة المقاسة بالفولت أو الأمبير.

ملاحظة:“IC” هي اختصار لـ “Integrated circuit”.