مفاهيم پايه در مخابرات

[BEN HOR]

میتوان گفت که پدر علم مغناطیس و مبحث امواج الکترو مغناطیس ماکسول (Maxwell) میباشد که با 4 معادله خود این علم را پایه گذاری نمود.این معادلات پایه و اساس تمامی معادلات و دستگاه های الکترو مغناطیس را تشکیل میدهند . جیمز کلارک ماکسول (1879-1831) در سال 1864 در حضور انجمن سلطنتی انگلستان نطریه خود را مبنی بر اینکه نور و امواج الکترو مغتاطیس پدیده های یکسانی هستند ارائه کرد.همچنین پیش بینی کرد نور و اختلالات الکترو مغناطیس را میتوان به صورت امواج رونده دارای سرعت برابر توجیه کرد.


معادلات ماکسول:

مشخصات امواچ :

دامنه (AMPLITUDE) :
حداکثر اندازه موج (ولتاژ) را گویند

فرکانس (FREQUENCE) :
اندازه نوسان موج در ا ثانیه

طول موج(WAVE LENGH) :
اندازه مسافت طی شده در یک نوسان

پریود (PERIOD) :
مقدار زمان لازم برای یک نوسان کامل

امواج الکترو مغتاطیس (ELECTROMAGNETIC WAVE) :
از دو موج الکتریکی و مغناطیسی عمود بر هم تشکیل شده است که با سرعت نور بدون احتیاج به ماده منتشر میشود.

مد انتشار:

Transverse electromagnetic wave) TEM) :
میدانهای الکتریکی و مغناطیسی بر راستای موج عمودند.

TM :
فقط میدانهای مغناطیسی

TE :
فقط میدانهای الکتریکی
نقشه یک لینک رادیویی:

فرستنده(TRANSMITTER) :
برای ارسال امواج به کار میرود.

گیرنده (RECEIVER) :
برای دریافت امواج به کار میرود.

نویز (NOISE) :
به هر سیگنال نا خواسته که میتواند بر روی سیگنال پیام اثر نا مطلوب بگذارد.

تقویت کننده(AMPLIFIRE):
برای تقویت موج قبل از ارسال برای کاهش اثرات نویز در فضا به کار میرود.


اجزاء فرستنده:
1-تقویت کننده(AMPLIFIRE)
2-مدولاتور (MEDULATOR)
3-انتن(ANTENNA)

برای فرستادن امواج مایکروویو بعد از تمام مراحل از لامپهای کلایسترون استفاده میشود.

خطوط انتقال: (TARNSMITTER LINE)

1- خلا:
موج به راحتی در این محیط منتفل میشود اما نویز در این محیط بسیار زیاد است.

2- سیم مسی معمولی(CABLE)
برای انتقال با پهنای بااند کم استفاده میشود.

3- کابلهای هم محور(COAXIAL CABLE)
تا 600 مگا بیت و بیشتر میتواند با نویز کم اطلاعات را منتقل کند

4- موج بر(WAVE GUIDE)
لوله های تو خالی برای انتقال امواح به شکل مستطیل یا دایره ذر فرکانس بیار بالایی کار میکند

5- فیبر نوری:(FIBER OPTIC)
موجبر عایقی است که لا استفاده از پدیده انعکاس موج در داخل عایق انشار پیدا میکند.دارای پهنای باند بسیار بالای است و حتی امواج مغناطیسی بیرونی هم بر ان اثر نمیکند..

6- استریپ لاین:(STRIP LINE)
خطوط مسطح برای فرکانسهای بالا که به مدارات مچتمع به خوبی کار میکند.
انواع انتن:
آنتن های ساده:

1- دو قطبی کوچک (SMALL ELECTRICALLY) :
آنتن دارای ابعادی کوچکتر از یک طول موج

2- دو قطبی نیم موج
دارای ابعاد کمی کوچکتر از نیم طول موج

3- تک قطبیها (MONOPOLES) :
یک دو قطبی که نقطه تغذیه مرکزیش به دو نبم تقسیم شده و تغذیه اش نسبت به صفحه زمین تشکیل میشود.

4- آنتن حلقوی کوچک (SMALL LOOP ANTENNA) :
یک حلقه حامل جریان که حداکثز ابعادش کوچکتر از یک دهم طول موج باشد.

5- بازتابنده گوشه ای (CORNER REFLECTOR) :
به صورت 2 صفحه است که به صورت عمودی متصل شده اند. که زاویه این گوشه برای کاربرد های خانگی (تلویزیون) 90 درجه و برای کاربرد های نظامی کمتر است (برای جلوگیری از تشخیص توسط دشمن)

6- آنتن های ارایه ای (ARRAYY ANTENNA):
تشکیل شده از چند انتن در جهتی خاص بری ایجاد یک پرتو تشعشعی

7- آنتن های سیمی :
از قدیمی ترین و در عین حال از متداولترین انواع انتن ها هستند.تقریبا هر شکل یا ارایه ای از سیم ها یک کاربرد مفید تشعشعی دارد.


7-1- دو قطبی ها (DIPOLE) :
در این قسمت آنتن های دو قطبی هر طولی میتوانند داشته باشند.

- دو قطبی سیمی مستقیم
- دو قطبی دو شاخ (THE VEE DIPOLE)
- دو قطبی تا شده (FOLDED DIPOLE)

7-2- آنتن های یاگی- یودا (YAGI-UDA)
یک آرایه خطی شامل دو قطبی های موازی که به علت سادگی ساخت و ارزان بودن بسیار متداولند (آنتن های مورد استفاده در ایران برای تلویزیون)

8- آنتن های پهن باند (BROADBAND ANTENNAS) :
در این نوع آنتن ها پهنای باند بسیار بیشتر از آنتنهای مطرح شده در قبل میباشد.

8-1- آنتنهای مارپیچی (HELICAL ANTENNA) :
اگر یک هادی به صورت مارپیچ پیچیده شود و دارای تغذیه مناسب باشد (HELIX)

8-2- آنتن های 2 مخروطی
از دو مخروط که در ناحیه باریک به هم متصل شده و تغذیه میشوتند.
- محدود
- نا محدود

8-3? آنتن دیسک و مخروط (DISK-CONE , DISCONE ANTENNA) :
اگر یک مخروط توسط زمین یا دسک جایگزین شود.

8-4- آنتن حلزونی (SPIRAL ANTENNA) :

8-5- آنتن های متناوب لگاریتمی (LOG-PERODIC ANTENNA)

9- آنتنهای روزنه ای (APERTURE ANTENNA) :
یک آنتن با یک روزنه در ساختارش که از طریق آن امواج الکترو مغتاطیس عبور میکند.

10- آنتن بوقی (HORN ANTENA) :

10-1- سهموی با کانون اولیه(PRME ? FOCUS PARABOLIC REFLECTOR ANTENNA) :
این آنتن که به دیش (DISH) معروف است دارای پهنای باند بالا و تقویتی (بهره) 30db میباشد که تغذیه در کانون آن قرار میگیرد و در فرکانسهای بالا به خوبی کار میکند.


11- آنتنهای بازتابنده (REFLECTOR ANTENA) :

11- 1- سهموی با کانون اولیه(PRME ? FOCUS PARABOLIC REFLECTOR ANTENNA) :
این آنتن که به دیش (DISH) معروف است دارای پهنای باند بالا و تقویتی (بهره) 30db میباشد که تغذیه در کانون آن قرار میگیرد و در فرکانسهای بالا به خوبی کار میکند.

11-2- بازتابنده کسگرین (CASSEGRAIN) :
شامل یک بوق تغذیه بازتابنده اصلی و فرعی میباشد.

12 ? آنتن های افست
یک سطح یا قطاع بریده شده از آنتن سهموی است که همان مشخصات را دارد اما انحنای کمتری دارد.


13-آنتنهای میکرو استریپ:
آنتن های فرکانس بالا و مسطح که بسیار کوچک میباشند و در وسایلی چون موبایل مشاهده میشوند.
از صفحهای 3 لایه تشکیل شده که شکل دلخواه را بر یک سطح کنده و به تغذیه متصل میکنند.

مدولاسیون (MEDULATION):
فرکانس صدای انسان بین 20تا 20 کیلو هرتز میباشد که حتی دز بالاترین فرکانس نیز برای دریافت این فرکانس به انتنی با طول 5/7 کیلومتر نیاز است.
پس اساس کار مدولاتور ها(MEDULATOR) تغییر فرکانس است .(حتی انسان ها نیز دز حال صحبت نا خواسته توسط تارهای صوتی این عمل را انجام میدهند).

دلایل:
1- افزایش بازده
2- رفع محدودیت سخت افزاری
3- کاهش نویز
4- تخصیص فرکانس خاص
5- مولتی پلکسینگ (MULTI PLEX)

مدولاسیون در حالا کلی دارای 2 شکل موج حامل (CARRIER) و سیگنال پیام (DATA) میباشد.

انواع مدولاسیون:
1- آنالوگ (ANALOG)
2- دیجیتال (DIGITAL)
مبحث باند پایه برسی نمیشود.

1- انالوگ

1-1- مدولاسیون دامنه AMPLITUDE MEDULATION) - AM) :
در این پروسه دامنه موج حامل در هر لحظه تابع یسگتال پیام است.

(DSB-(DOUBLE SIDE BAND
(SSB-(SINGLE SIDE BAND
(VSB-(VESTIGIAL SIDE BAND (تلویزیونی)


1-2- مدولاسیون فرکانس FREQUENCY MEDULATION) ? FM ):
در این پروسه فرکانس موج حامل در هر لحظه تابع یسگتال پیام است.
NBFM(NARROW BAND FM) شبیه AM است.

1-3- مدولاسیون فاز PHASE MODULATION) - PM ):
در این پروسه فاز موج حامل در هر لحظه تابع یسگتال پیام است.

2- دیجیتال

2-1- (ASK -(AMPLITUDE SHIFT KEYING :
دامنه موج حامل بین 2 مقدار صفر و یک تغییر میکند

FSK - (SREQUENCY SHIFT KEYNIG) -2-2
PSK(PHASE SHIFT KEYING) و DPSK ? QPSK

کدینگ (CODING) :
در ورودی مدولاتور دیجیتال استفاده میشود که اطلاعات را به ی دنباله باینری تبدیل میکند کدینگ بهینه در صدد کم کردن پهنای باند و رساندن اطلاعات صحیح به گیرنده میباشد.

کد های معروف:

1- شانون
که اساس کذینگ وویجر است که هنوز پس از سالهای سال اطلاعات خود را از مرزهای منظومه شمسی با حداقل خطا میفرستد و در زمین بازیابی میشود.
2- هافمن
3- منچستر
4- HDB3

مولتی پلکسینگ (MULTI PLEXING) :
برای مدولاسیون همانطور که اشاره شد احتیاج به یک کاریر داریمکه با این همه گستردگی اطلاعات احتیاج به میلیارده کاریر و آنتن میباشد که غیر ممکن ایت برای جلوگیری از این مشکل از مولتی پلکس استفاده میشود که موجهای پیام را با فرکانسهای دلخواه ماند قطاری در کنار هم قرار میدهیم و با یک فرکانس کلی مدولاسیون را انجام میدهیم
ارسال همزمان چند سیگنال پیام روی یک کانال را مولتی پلکس میگوییم.

(FDM- (FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING :
مولتی پلکس فرکانسی (در بالا توضیح داده شده است)

(TDM- (TIME DIVISION MULTIPLEXING :
مولتی پلکس زمانی برای سنکرون کردن استفاده میشود

(PCM -(PULSE CODING MULTIPLEXING :
در شبکه تلفن کاربرد دارد














انواع انتن:
آنتن های ساده:

1- دو قطبی کوچک (SMALL ELECTRICALLY) :
آنتن دارای ابعادی کوچکتر از یک طول موج

2- دو قطبی نیم موج
دارای ابعاد کمی کوچکتر از نیم طول موج

3- تک قطبیها (MONOPOLES) :
یک دو قطبی که نقطه تغذیه مرکزیش به دو نبم تقسیم شده و تغذیه اش نسبت به صفحه زمین تشکیل میشود.

4- آنتن حلقوی کوچک (SMALL LOOP ANTENNA) :
یک حلقه حامل جریان که حداکثز ابعادش کوچکتر از یک دهم طول موج باشد.

5- بازتابنده گوشه ای (CORNER REFLECTOR) :
به صورت 2 صفحه است که به صورت عمودی متصل شده اند. که زاویه این گوشه برای کاربرد های خانگی (تلویزیون) 90 درجه و برای کاربرد های نظامی کمتر است (برای جلوگیری از تشخیص توسط دشمن)

6- آنتن های ارایه ای (ARRAYY ANTENNA):
تشکیل شده از چند انتن در جهتی خاص بری ایجاد یک پرتو تشعشعی

7- آنتن های سیمی :
از قدیمی ترین و در عین حال از متداولترین انواع انتن ها هستند.تقریبا هر شکل یا ارایه ای از سیم ها یک کاربرد مفید تشعشعی دارد.


7-1- دو قطبی ها (DIPOLE) :
در این قسمت آنتن های دو قطبی هر طولی میتوانند داشته باشند.

- دو قطبی سیمی مستقیم
- دو قطبی دو شاخ (THE VEE DIPOLE)
- دو قطبی تا شده (FOLDED DIPOLE)

7-2- آنتن های یاگی- یودا (YAGI-UDA)
یک آرایه خطی شامل دو قطبی های موازی که به علت سادگی ساخت و ارزان بودن بسیار متداولند (آنتن های مورد استفاده در ایران برای تلویزیون)

8- آنتن های پهن باند (BROADBAND ANTENNAS) :
در این نوع آنتن ها پهنای باند بسیار بیشتر از آنتنهای مطرح شده در قبل میباشد.

8-1- آنتنهای مارپیچی (HELICAL ANTENNA) :
اگر یک هادی به صورت مارپیچ پیچیده شود و دارای تغذیه مناسب باشد (HELIX)

8-2- آنتن های 2 مخروطی
از دو مخروط که در ناحیه باریک به هم متصل شده و تغذیه میشوتند.
- محدود
- نا محدود

8-3? آنتن دیسک و مخروط (DISK-CONE , DISCONE ANTENNA) :
اگر یک مخروط توسط زمین یا دسک جایگزین شود.

8-4- آنتن حلزونی (SPIRAL ANTENNA) :

8-5- آنتن های متناوب لگاریتمی (LOG-PERODIC ANTENNA)

9- آنتنهای روزنه ای (APERTURE ANTENNA) :
یک آنتن با یک روزنه در ساختارش که از طریق آن امواج الکترو مغتاطیس عبور میکند.

10- آنتن بوقی (HORN ANTENA) :

10-1- سهموی با کانون اولیه(PRME ? FOCUS PARABOLIC REFLECTOR ANTENNA) :
این آنتن که به دیش (DISH) معروف است دارای پهنای باند بالا و تقویتی (بهره) 30db میباشد که تغذیه در کانون آن قرار میگیرد و در فرکانسهای بالا به خوبی کار میکند.


11- آنتنهای بازتابنده (REFLECTOR ANTENA) :

11- 1- سهموی با کانون اولیه(PRME ? FOCUS PARABOLIC REFLECTOR ANTENNA) :
این آنتن که به دیش (DISH) معروف است دارای پهنای باند بالا و تقویتی (بهره) 30db میباشد که تغذیه در کانون آن قرار میگیرد و در فرکانسهای بالا به خوبی کار میکند.

11-2- بازتابنده کسگرین (CASSEGRAIN) :
شامل یک بوق تغذیه بازتابنده اصلی و فرعی میباشد.

12 ? آنتن های افست
یک سطح یا قطاع بریده شده از آنتن سهموی است که همان مشخصات را دارد اما انحنای کمتری دارد.


13-آنتنهای میکرو استریپ:
آنتن های فرکانس بالا و مسطح که بسیار کوچک میباشند و در وسایلی چون موبایل مشاهده میشوند.
از صفحهای 3 لایه تشکیل شده که شکل دلخواه را بر یک سطح کنده و به تغذیه متصل میکنند.

مدولاسیون (MEDULATION):
فرکانس صدای انسان بین 20تا 20 کیلو هرتز میباشد که حتی دز بالاترین فرکانس نیز برای دریافت این فرکانس به انتنی با طول 5/7 کیلومتر نیاز است.
پس اساس کار مدولاتور ها(MEDULATOR) تغییر فرکانس است .(حتی انسان ها نیز دز حال صحبت نا خواسته توسط تارهای صوتی این عمل را انجام میدهند).

دلایل:
1- افزایش بازده
2- رفع محدودیت سخت افزاری
3- کاهش نویز
4- تخصیص فرکانس خاص
5- مولتی پلکسینگ (MULTI PLEX)

مدولاسیون در حالا کلی دارای 2 شکل موج حامل (CARRIER) و سیگنال پیام (DATA) میباشد.

انواع مدولاسیون:
1- آنالوگ (ANALOG)
2- دیجیتال (DIGITAL)
مبحث باند پایه برسی نمیشود.

1- انالوگ

1-1- مدولاسیون دامنه AMPLITUDE MEDULATION) - AM) :
در این پروسه دامنه موج حامل در هر لحظه تابع یسگتال پیام است.

(DSB-(DOUBLE SIDE BAND
(SSB-(SINGLE SIDE BAND
(VSB-(VESTIGIAL SIDE BAND (تلویزیونی)


1-2- مدولاسیون فرکانس FREQUENCY MEDULATION) ? FM ):
در این پروسه فرکانس موج حامل در هر لحظه تابع یسگتال پیام است.
NBFM(NARROW BAND FM) شبیه AM است.

1-3- مدولاسیون فاز PHASE MODULATION) - PM ):
در این پروسه فاز موج حامل در هر لحظه تابع یسگتال پیام است.

2- دیجیتال

2-1- (ASK -(AMPLITUDE SHIFT KEYING :
دامنه موج حامل بین 2 مقدار صفر و یک تغییر میکند

FSK - (SREQUENCY SHIFT KEYNIG) -2-2
PSK(PHASE SHIFT KEYING) و DPSK ? QPSK

کدینگ (CODING) :
در ورودی مدولاتور دیجیتال استفاده میشود که اطلاعات را به ی دنباله باینری تبدیل میکند کدینگ بهینه در صدد کم کردن پهنای باند و رساندن اطلاعات صحیح به گیرنده میباشد.

کد های معروف:

1- شانون
که اساس کذینگ وویجر است که هنوز پس از سالهای سال اطلاعات خود را از مرزهای منظومه شمسی با حداقل خطا میفرستد و در زمین بازیابی میشود.
2- هافمن
3- منچستر
4- HDB3

مولتی پلکسینگ (MULTI PLEXING) :
برای مدولاسیون همانطور که اشاره شد احتیاج به یک کاریر داریمکه با این همه گستردگی اطلاعات احتیاج به میلیارده کاریر و آنتن میباشد که غیر ممکن ایت برای جلوگیری از این مشکل از مولتی پلکس استفاده میشود که موجهای پیام را با فرکانسهای دلخواه ماند قطاری در کنار هم قرار میدهیم و با یک فرکانس کلی مدولاسیون را انجام میدهیم
ارسال همزمان چند سیگنال پیام روی یک کانال را مولتی پلکس میگوییم.

(FDM- (FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING :
مولتی پلکس فرکانسی (در بالا توضیح داده شده است)

(TDM- (TIME DIVISION MULTIPLEXING :
مولتی پلکس زمانی برای سنکرون کردن استفاده میشود

(PCM -(PULSE CODING MULTIPLEXING :
در شبکه تلفن کاربرد دارد

bselectron.mihanblog.com