أنواع الموجات في الاتصالات

يستخدم الإشعاع الكهرومغناطيسي للاتصالات ونقل المعلومات، والموجات المستخدمة بهذه الطريقة هي موجات الراديووالميكروويف والأشعة تحت الحمراء “Infrared” والضوء، كما تم استخدام فكرة استعمال مصباح إشارة للتواصل في القرن التاسع عشر.

أساسيات الموجات في الاتصالات:

اليوم ما زال يتم استخدام الرموز لإرسال إشارات باستخدام الإشعاع الكهرومغناطيسي، وهناك نوعان من الإشارات وهي التماثلية والرقمية، حيث تتغير الإشارة التماثلية في التردد والسعة طوال الوقت بطريقة تتوافق مع التغييرات في الصوت أو الموسيقى التي يتم إرسالها، كما تحتوي الإشارة الرقمية على قيمتين فقط ويمكن تمثيلهما بالرقم “0” و”1″.

تختلف الإشارة التماثلية في التردد والسعة، كما تتضمن الإشارة الرقمية على قيمتين “0 “و”1” أو “تشغيل” و”إيقاف”، كما يتم تحويل الإشارة صوت أو موسيقى أو بيانات إلى رمز باستخدام القيمتين “0” و”1″، حيث تصبح الإشارة دفقاً من قيم “0” و”1″، كما تضاف هذه النبضات إلى الموجة الكهرومغناطيسية وتنتقل، وكما يتم استقبال الإشارة ثم فك تشفيرها لاستعادة الإشارة الأصلية.

يمكن لكل من الإشارات التماثلية والرقمية التقاط الإشارات غير المرغوب فيها التي تشوه الإشارة الأصلية، حيث تُسمى هذه الإشارات غير المرغوب فيها ضوضاء، كما يمكن تنظيف الإشارات الرقمية في عملية تُعرف باسم التجديد؛ لأنّ كل نبضة يجب أن تكون “0” أو “1”، لذلك يمكن إزالة القيم الأخرى، كما يمكن تضخيم الإشارات التماثلية ولكن يتم تضخيم الضوضاء أيضاً، وهذا هو السبب في أنّ الإشارات الرقمية تعطي استقبالاً أفضل جودة.

وحيث تعطي الإشارات الرقمية استقبالاً أفضل جودة؛ لأنّ الضوضاء على الإشارات الرقمية يمكن إزالتها بسهولة أكبر، كما يمكن بعد ذلك استخدام هذه الأنواع من أشكال موجة الإشارة إمّا لإشارات التوقيت أو إشارات الساعة أو كنبضات إطلاق.

الخصائص الأساسية التي تشكل أشكال الموجات الكهربائية:

من الناحية الفنية، فإنّ الأشكال الموجية الكهربائية هي في الأساس تمثيلات بصرية لتغير الجهد أو التيار بمرور الوقت، وهذا يعني أنّه إذا تم رسم هذه التغيرات في الجهد أو التيار على قطعة من ورق الرسم البياني مقابل قاعدة المحور السيني للوقت، فإنّ الرسم الناتج أو الرسم سيمثل شكل الموجة، حيث هناك العديد من الأنواع المختلفة من أشكال الموجات الكهربائية المتاحة، ولكن بشكل عام يمكن تقسيمها جميعاً إلى مجموعتين مميزتين.

الأشكال الموجية أحادية الاتجاه:

هي الموجات التي تكون فيها الأشكال الموجية الكهربائية دائماً موجبة أو سلبية بطبيعتها، كما تتدفق في اتجاه أمامي واحد فقط لأنّها لا تعبر نقطة محور الصفر، حيث تتضمن الأشكال الموجية الشائعة أحادية الاتجاه إشارات توقيت الموجة المربعة ونبضات الساعة ونبضات الزناد.

الأشكال الموجية ثنائية الاتجاه:

هي الموجات التي تسمى بالأشكال الموجية الكهربائية أيضاً أشكال الموجة المتناوبة؛ لأنّها تتناوب من اتجاه موجب إلى اتجاه سلبي يعبر باستمرار نقطة المحور الصفري، كما تمر الأشكال الموجية ثنائية الاتجاه بتغيرات دورية في السعة وأكثرها شيوعاً هي الموجة الجيبية.

أنواع الموجات المستخدمة في الاتصالات:

أولاً: الأشكال الموجية الدورية:

الأشكال الموجية الدورية: هي الموجات الأكثر شيوعاً من بين جميع أشكال الموجات الكهربائية؛ لأنّها تتضمن موجات جيبية، وشكل موجة التيار المتردد في منزلك هو موجة جيبية وواحدة تتناوب باستمرار بين القيمة القصوى والقيمة الدنيا بمرور الوقت.

يُعرف مقدار الوقت المستغرق بين كل تكرار فردي أو دورة لشكل موجة جيبية باسم “وقتها الدوري” أو ببساطة فترة شكل الموجة، كما أنّ الوقت الذي يستغرقه شكل الموجة لتكرار نفسه، وبعد ذلك يمكن أن تختلف هذه الفترة مع كل شكل موجة من أجزاء من الثانية إلى آلاف الثواني؛ لأنّها تعتمد على تردد شكل الموجة.

فعلى سبيل المثال الشكل الموجي الجيبي الذي يستغرق ثانية واحدة لإكمال دورته سيكون له وقت دوري يبلغ ثانية واحدة، وبالمثل فإنّ الموجة الجيبية التي تستغرق خمس ثوان لتكتمل سيكون لها وقت دوري يبلغ خمس ثوانٍ وهكذا.

لذلك إذا كان طول الوقت الذي يستغرقه شكل الموجة لإكمال نمط أو دورة كاملة واحدة قبل أن يكرر نفسه يُعرف باسم “فترة الموجة” ويتم قياسه بالثواني، فيمكن بعد ذلك التعبير عن شكل الموجة كرقم دورة لكل يُشار إلى الثانية بالحرف “T” كما هو موضح تالياً:

وحدات الوقت الدوري “T” تشمل الثواني “s” وميلي ثانية “ms” والميكروثانية “μs”، أمّا بالنسبة لأشكال الموجة الجيبية فقط، فيمكن أيضاً التعبير عن الوقت الدوري لشكل الموجة إمّا بالدرجات أو بالراديان، حيث أنّ دورة كاملة واحدة تساوي “T = 360o” أو بالراديان مثل “2pi” أو “T = 2π”.

كما أنّ الوقت الذي تستغرقه الأشكال الموجية لتكرار نفسها يُعرف بالوقت أو الفترة الدورية التي تمثل مقداراً ثابتاً من الوقت، وإذا تم أخذ مقلوب الفترة “1 / T” فإنّه تنتج بقيمة تشير إلى عدد المرات التي تكرر فيها الدورة أو الدورة نفسها في ثانية واحدة أو دورات في الثانية.

وهذا يُعرف عموماً باسم التردد بوحدات من هيرتز، وبعد ذلك يمكن أيضاً تعريف “Hertz” على أنّه “دورات في الثانية” “cps” و”1Hz” تساوي تماماً دورة واحدة في الثانية، كما أنّ واحد هيرتز يساوي تماماً دورة واحدة في الثانية لكنّ هيرتز واحد هو وحدة صغيرة جداً، لذا يتم استخدام البادئات التي تُشير إلى ترتيب حجم الموجة مثل كيلو هيرتز”kHz” وميجاهيرتز “MHz” وحتى جيجاهيرتز “GHz”.

ثانياً: الموجات الكهربائية ذات الموجة المربعة:

الأشكال الموجية ذات الموجة المربعة: هي الموجات التي تُستعمل على نطاق واسع في الدوائر الإلكترونية والميكروية لإشارات التحكم في الساعة والتوقيت؛ لأنّها أشكال موجية متناظرة ذات مدة متساوية ومربعة تمثل كل نصف دورة وتستخدم جميع الدوائر المنطقية الرقمية تقريباً أشكال موجة موجية مربعة على مدخلاتها ومخرجاتها بوابات.

على عكس الموجات الجيبية التي لها شكل موجة صعود وهبوط سلس مع زوايا دائرية عند قمتيها الموجبة والسالبة، فإنّ الموجات المربعة من ناحية أخرى لها أطراف شديدة الانحدار عمودياً تقريباً صعوداً وهبوطاً مع قمة مسطحة وقاع يصدر منه شكل موجة يتوافق مع وصفها.

إنّ الأشكال الموجية الكهربائية ذات الشكل المربع متناظرة في الشكل، حيث أنّ كل نصف من الدورة متماثل، وبالتالي فإنّ الوقت الذي يكون فيه عرض النبضة موجباً يشترط أن يكون مساوياً للوقت الذي يكون فيه عرض النبضة سالباً أو صفراً، أمّا عند استعمال أشكال الموجة المربعة كإشارات “على مدار الساعة” في الدوائر الرقمية يُعد وقت عرض النبضة الموجب باسم “دورة العمل” لهذه الفترة.

كما أنّه بالنسبة لشكل الموجة المربعة يُعد الوقت الموجب أو الوقت “ON” مساوياً للوقت السالب أو الوقت “OFF”، لذا يجب أن تكون دورة العمل “50%” أي نصف فترتها، حيث أنّ التردد يساوي مقلوب الفترة فمثلاً إذا كان شكل الموجة المربعة متماثل في الشكل، وله عرض نبضة موجب يساوي عرض النبضة السالب فإنّه ينتج عنه دورة عمل بنسبة “50%”.

كما تُستخدم أشكال الموجة المربعة في الأنظمة الرقمية لتمثيل المستوى المنطقي “1” في السعة العالية والمستوى المنطقي “0” في السعة المنخفضة، وإذا كانت دورة العمل لشكل الموجة هي أي قيمة أخرى غير “50%” أي نصف تشغيل ونصف إيقاف، فإنّ شكل الموجة الناتج سيُطلق عليه شكل موجة مستطيلة أو إذا كان وقت “التشغيل” صغيراً حقاً نبضة.