اجزای سازنده ارتباطات رادیویی

[shirin71]

" اعلام خبر به دنیا ! به همه قلمروها ، تماس مستقیم " این عبارت اولین پیام تلگرافی ضبط شده است که توسط " اف . بی . مورس " در سال 1838 از یک خط 16 کیلومتری ارسال شد و اینگونه بود که مرحله جدید از تاریخ عصر ارتباطات بنیانگذاری شد . در طول سال های اخیر مخابرات و ارسال اطلاعات از جایی از دنیا به جای دیگر تاثیر بسیار زیادی در زندگی بشر داشته است و نقش عمده آن در زندگی انسان ها انکار ناپذیر است . اگر در زندگی روزمره خود دقت بیشتری داشته باشیم خواهیم دید که سرتاسر زندگی ما پر از ارتباط مخابراتی و ارسال و دریافت سیگنال است . تلویزیون ، رادیو ، تلفن ، اینترنت ، موبایل و ... جملگی از این فناوری و تکنولوژی استفاده می کنند و سیستم مخابراتی از زندگی انسان غیر قابل حذف شده است . دستگاههای مخابراتی ، دستگاههایی هستند که اطلاعات را ارسال یا دریافت می کنند . این اطلاعات که به صورت سیگنال های الکتریکی می باشند با روش های خاصی که در ادامه گفته خواهد شد ارسال و دریافت می شوند . سیگنال های الکتریکی را می توان به دو نوع تقسیم کرد :
1. سیگنال های آنالوگ
2. سیگنال های دیجیتال

1. سیگنال های آنالوگ :
کمیتی فیزیکی که به صورت روان و مداوم با زمان تغییر می کند و پیوسته است . مثل صدای صحبت کردن یک انسان از پشت تلفن

2. سیگنال های دیجیتال :
توالی منظمی از نمادهایی است که از دسته محدودی از عناصر گسسته انتخاب شده است . مثل متن یک SMS

فیلترها :
یکی از مهمترین مدارات مخابراتی اند که می توانند فرکانس های خاصی را از خود عبور دهند و یا مانع عبور فرکانس های دیگر شوند . این فیلترها که به چند دسته اصلی تقسیم می شوند تشکیل یافته از عناصر مقاومت و سلف و خازن هستند و شکل عمومی زیر را دارند .

http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/2/8/Images/bandpass.jpg
اصطلاحات مربوط به فیلترها به چهار بخش اصلی تقسیم می شود :

1. فرکانس قطع ( Cut Off ) :
این بخش از فیلترها وظیفه انتقال ولتاژ از حالت ماکزیمم در ورودی به مقدار ولتاژ موثر ( Vrms ) در خروجی می باشد .

http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/2/8/Images/Untitled-2.jpgولتاژ موثر
2. باند عبوری ( Pass band ) :
این بخش از فیلترها ، بسته به نوع فیلتر وظیفه عبور دادن فرکانس های مشخص را دارد و این فرکانس ها را از فرکانس های دیگر جدا می کند .

3. باند توقف ( Stop band ) :
این بخش از فیلترها وظیفه جداسازی آن دسته از مقادیر فرکانس را که نباید از فیلتر عبور کند ، بر عهده دارد .

4. پهنای باند ( Band Width ) B . W :
فرکانسی که بالاترین مقادیر ولتاژ و جریان را از فیلتر عبور می دهد فرکانس تشدید یا رزونانس نامیده می شود که با fr نشان داده شده که محدوده بالای آن fH و محدوده پایین آن fL می باشد . به محدوده فرکانسی بین fL و fH که ولتاژ خروجی بزرگتر از ولتاژ موثر است ( V ≥ Vrms ) پهنای باند گفته می شود .

انواع فیلترها :
فیلترها به چهار دسته زیر تقسیم می شوند :

1) فیلتر پایین گذر(Low Pass Filter) :
وظیفه این فیلتر ها جذب فرکانس های fr و fH بوده و فقط فرکانس های fL و ماقبل آن راعبور می دهد .

http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/2/8/Images/lowpass1.jpg http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/2/8/Images/lowpass-c.jpg http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/2/8/Images/mixer.jpg
2) فیلتر بالا گذر (High Pass Filter):
وظیفه این فیلتر فرکانس های بالا یعنی fH و بالاتر را از خود عبور داده و فرکانس های میانی یعنی fr و پایین یعنی fL را از خود عبور نمی دهد .

http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/2/8/Images/highpass.jpg http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/2/8/Images/lowpass-c.jpg http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/2/8/Images/lowpass-c2.jpg
3) فیلتر میان گذر(Band Pass Filter) :
فیلتری است که وظیفه عبور دادن فرکانس های میانی fr و حذف دیگر فرکانس ها یعنی fH و fL را دارد و کاربرد بسیار زیادی در گوشی های تلفن همراه دارد که چه در بخش RX و چه TX تلفن ها از این فیلترها بسیار استفاده شده است .

http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/2/8/Images/bandpass2.jpg http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/2/8/Images/lowpass-c1.jpg
4) فیلترهای میان نگذر (Band Stop Filter):
این فیلترها بر خلاف فیلترهای میان گذر همه فرکانس ها را انتقال می دهند بجز فرکانس میانی fr

http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/2/8/Images/un-bandpass.jpg http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/2/8/Images/un-bandpass-c.jpg
اسیلاتور ( نوسان ساز ) :
در سیستم های رادیویی ، نوسان سازها که معمولا سینوسی هستند موج حامل فرستنده را به وجود می آورند . طبقه های مخلوط کننده را تحریک می کنند و سیگنال را از یک گستره فرکانس به گستره دیگر می برند . در واقع نوسان ساز یا اسیلاتور مداری است که در صورت کوچکترین تحریکی در حد یک نویز یا چند میلی ولت شروع به نوسان و تولید موج سینوسی می کند . اسیلاتورها در مدارات موبایل استفاده بسیار زیادی دارند مثلا اسیلاتور VCO که نقش تولید موج حامل برای مدولاسیون سیگنال ارسالی را بر عهده دارد یا کریستال اصلی که یک موج سینوسی با فرکانس مشخص برای کلاک پالس بخش های دیجیتال تولید می کند که این موج سینوسی در خود CPU یا آی سی RFSP تبدیل به یک پالس مربعی می شود و از کریستال ساعت نیز به عنوان یک اسیلاتور می توان یاد کرد . در حالت کلی می توان یک اسیلاتور ساده را به شکل زیر نشان داد :

http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/2/8/Images/ossilator.jpg
در شکل بالا که rn یک مقاومت غیر خطی منفی است دارای مشخص جریان – ولتاژ مشخص زیر می باشد :

http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/2/8/Images/RN.jpg
که در صورت بروز نویز حرارتی در این مقاومت مدار شروع به تولید موج سینوسی می کند . لازم به ذکر است که اسیلاتورهای بکار گرفته شده در مدارات الکترونیکی ساختاری پیچیده تر دارند و نکته قابل توجه این است که اسیلاتورها غالبا احتیاج به ورودی ندارند و با نویز موجود در محیط نوسان می کنند .

حلقه قفل شده در فاز PLL ( Phase - Locked - Loop ) :
این مدار که یکی از مهمترین مدارات مخابراتی است و استفاده زیادی در دستگاه های مخابراتی دارد دارای بلاک دیاگرام زیر می باشد :

http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/2/8/Images/pll.jpg
در مورد نحوه عملکرد مدار PLL می توان گفت که وقتی حلقه بر روی سیگنال ورودی قفل باشد فرکانس نوسان ساز کنترل شده با ولتاژ ( VCO ) دقیقا با فرکانس سیگنال ورودی برابر است .
آشکار ساز فاز یک سیگنال dc یا فرکانس پایین، متناسب با اختلاف فاز بین سیگنال ورودی و سیگنال خروجی VCO به وجود می آورد . ( اختلاف فاز فاصله بین نقطه شروع در سیگنال سینوسی است ) این سیگنال حساس به فاز، از یک فیلتر گذشته و پس از تقویت به ورودی VCO اعمال می شود و این روند تا آنجا ادامه می یابد که فرکانس سیگنال ورودی با فرکانس VCO برابر شود که سیگنال خروجی روی سیگنال ورودی قفل شود . مدار PLL یکی از مدارات پر کاربرد در گوشی های تلفن همراه است که به صورت یک آی سی جداگانه یا قسمتی از RFSP به کار می رود و برای این است که گوشی روی فرکانس کانال خالی BTS قفل شود .

مخلوط کننده ها ( Mixer ) :
مخلوط کننده یک عنصر غیر خطی است که سیگنال مدوله شده دریافتی از آنتن را به سیگنال میانی برده و برای دمدولاسیون آماده می کند که این سیگنال دریافتی در واقع سیگنال اصلی سوار بر موج حامل ( کریرCarrier ) می باشد . در واقع یک میکسر عنصری است که موج دریافتی را می توانیم به هر فرکانس دلخواه که خودمان میکسر را روی آن فرکانس تنظیم می کنیم ببریم یک نمونه بسیار ساده از میکسر را در شکل زیر می بینیم :

http://www.gsmaria.com/Repair/Learning/Learning/2/8/Images/mixe1r.jpg
مدار بالا سیگنال RF و LO را روی فرکانس میانی IF می برد . قابل به ذکر است که میکسرهای استفاده شده در گوشی های موبایل که در قسمت گیرنده آی سی RFSP قرار دارند و در امر دمدولاسیون کار می کنند ساختاری پیچیده تر دارند .