مفاهیم پایه در مخابرات

0
5073

میتوان گفت که پدر علم مغناطیس و مبحث امواج الکترو مغناطیس ماکسول (Maxwell) میباشد که با ۴ 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 (۱۸۷۹-۱۸۳۱) در سال ۱۸۶۴ 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:

۱-       تقویت کننده(AMPLIFIRE)

۲-       مدولاتور (MEDULATOR)

۳-       انتن(ANTENNA)

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

خطوط انتقال: (TARNSMITTER LINE)

۱- خلا:

موج به راحتی در این محیط منتفل میشود اما نویز در این محیط بسیار زیاد است.

۲- سیم مسی معمولی(CABLE)

برای انتقال با پهنای بااند کم استفاده میشود.

۳- کابلهای هم محور(COAXIAL CABLE)

تا ۶۰۰ مگا بیت و بیشتر میتواند با نویز کم اطلاعات را منتقل کند

۴- موج بر(WAVE GUIDE)

لوله های تو خالی برای انتقال امواح به شکل مستطیل یا دایره ذر فرکانس بیار بالایی کار میکند

۵- 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..

۶- استریپ لاین:(STRIP LINE)

خطوط مسطح برای فرکانسهای بالا که به مدارات مچتمع به خوبی کار میکند.

انواع انتن:
آنتن های ساده:

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

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

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

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

۵- بازتابنده گوشه ای (CORNER REFLECTOR) :
به صورت ۲ صفحه است که به صورت عمودی متصل شده اند. که زاویه این گوشه برای کاربرد های خانگی (تلویزیون) ۹۰ درجه و برای کاربرد های نظامی کمتر است (برای جلوگیری از تشخیص توسط دشمن)

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

۷-  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.

۷-۱- 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)

۷-۲- 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)

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

۸-۱- آنتنهای مارپیچی (HELICAL ANTENNA) :
اگر یک هادی به صورت مارپیچ پیچیده شود و دارای تغذیه مناسب باشد (HELIX)

۸-۲- آنتن های ۲ مخروطی
از دو مخروط که در ناحیه باریک به هم متصل شده و تغذیه میشوتند.
– محدود
– نا محدود

۸-۳? آنتن دیسک و مخروط (DISK-CONE , DISCONE ANTENNA) :
اگر یک مخروط توسط زمین یا دسک جایگزین شود.

۸-۴- آنتن حلزونی (SPIRAL ANTENNA) :

۸-۵- آنتن های متناوب لگاریتمی (LOG-PERODIC ANTENNA)

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

۱۰-  آنتن بوقی (HORN ANTENA) :

۱۰-۱- سهموی با کانون اولیه(PRME ? FOCUS PARABOLIC REFLECTOR ANTENNA) :
این آنتن که به دیش (DISH) معروف است دارای پهنای باند بالا و تقویتی (بهره) ۳۰db میباشد که تغذیه در کانون آن قرار میگیرد و در فرکانسهای بالا به خوبی کار میکند.

۱۱- آنتنهای بازتابنده (REFLECTOR ANTENA) :

۱۱- ۱- سهموی با کانون اولیه(PRME ? FOCUS PARABOLIC REFLECTOR ANTENNA) :
این آنتن که به دیش (DISH) معروف است دارای پهنای باند بالا و تقویتی (بهره) ۳۰db میباشد که تغذیه در کانون آن قرار میگیرد و در فرکانسهای بالا به خوبی کار میکند.

 
۱۱-۲- بازتابنده کسگرین (CASSEGRAIN) :
شامل یک بوق تغذیه بازتابنده اصلی و فرعی میباشد. 

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

۱۳-آنتنهای میکرو استریپ:
آنتن های فرکانس بالا و مسطح که بسیار کوچک میباشند و در وسایلی چون موبایل مشاهده میشوند.
از صفحهای ۳ لایه تشکیل شده که شکل دلخواه را بر یک سطح کنده و به تغذیه متصل میکنند.

مدولاسیون (MEDULATION):
فرکانس صدای انسان بین ۲۰تا ۲۰ کیلو هرتز میباشد که حتی دز بالاترین فرکانس نیز برای دریافت این فرکانس به انتنی با طول ۵/۷ 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:
۱- افزایش بازده
۲- رفع محدودیت سخت افزاری
۳- کاهش نویز
۴- تخصیص فرکانس خاص
۵- مولتی پلکسینگ (MULTI PLEX)

مدولاسیون در حالا کلی دارای ۲ شکل موج حامل (CARRIER) و سیگنال پیام (DATA) میباشد.

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

۱- انالوگ

۱-۱- 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)

۱-۲- 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.

۱-۳- مدولاسیون فاز PHASE MODULATION) – PM ):
در این پروسه فاز موج حامل در هر لحظه تابع یسگتال پیام است.

۲- دیجیتال

۲-۱-  (ASK -(AMPLITUDE SHIFT KEYING :
دامنه موج حامل بین ۲ مقدار صفر و یک تغییر میکند

FSK – (SREQUENCY SHIFT KEYNIG)  -۲-۲
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:

۱- 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.
۲- هافمن
۳- منچستر
۴- 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:

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

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

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

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

۵- بازتابنده گوشه ای (CORNER REFLECTOR) :
به صورت ۲ صفحه است که به صورت عمودی متصل شده اند. که زاویه این گوشه برای کاربرد های خانگی (تلویزیون) ۹۰ درجه و برای کاربرد های نظامی کمتر است (برای جلوگیری از تشخیص توسط دشمن)

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

۷-  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.

۷-۱- 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)

۷-۲- 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)

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

۸-۱- آنتنهای مارپیچی (HELICAL ANTENNA) :
اگر یک هادی به صورت مارپیچ پیچیده شود و دارای تغذیه مناسب باشد (HELIX)

۸-۲- آنتن های ۲ مخروطی
از دو مخروط که در ناحیه باریک به هم متصل شده و تغذیه میشوتند.
– محدود
– نا محدود

۸-۳? آنتن دیسک و مخروط (DISK-CONE , DISCONE ANTENNA) :
اگر یک مخروط توسط زمین یا دسک جایگزین شود.

۸-۴- آنتن حلزونی (SPIRAL ANTENNA) :

۸-۵- آنتن های متناوب لگاریتمی (LOG-PERODIC ANTENNA)

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

۱۰-  آنتن بوقی (HORN ANTENA) :

۱۰-۱- سهموی با کانون اولیه(PRME ? FOCUS PARABOLIC REFLECTOR ANTENNA) :
این آنتن که به دیش (DISH) معروف است دارای پهنای باند بالا و تقویتی (بهره) ۳۰db میباشد که تغذیه در کانون آن قرار میگیرد و در فرکانسهای بالا به خوبی کار میکند.

۱۱- آنتنهای بازتابنده (REFLECTOR ANTENA) :

۱۱- ۱- سهموی با کانون اولیه(PRME ? FOCUS PARABOLIC REFLECTOR ANTENNA) :
این آنتن که به دیش (DISH) معروف است دارای پهنای باند بالا و تقویتی (بهره) ۳۰db میباشد که تغذیه در کانون آن قرار میگیرد و در فرکانسهای بالا به خوبی کار میکند.

 
۱۱-۲- بازتابنده کسگرین (CASSEGRAIN) :
شامل یک بوق تغذیه بازتابنده اصلی و فرعی میباشد. 

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

۱۳-آنتنهای میکرو استریپ:
آنتن های فرکانس بالا و مسطح که بسیار کوچک میباشند و در وسایلی چون موبایل مشاهده میشوند.
از صفحهای ۳ لایه تشکیل شده که شکل دلخواه را بر یک سطح کنده و به تغذیه متصل میکنند.

مدولاسیون (MEDULATION):
فرکانس صدای انسان بین ۲۰تا ۲۰ کیلو هرتز میباشد که حتی دز بالاترین فرکانس نیز برای دریافت این فرکانس به انتنی با طول ۵/۷ 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:
۱- افزایش بازده
۲- رفع محدودیت سخت افزاری
۳- کاهش نویز
۴- تخصیص فرکانس خاص
۵- مولتی پلکسینگ (MULTI PLEX)

مدولاسیون در حالا کلی دارای ۲ شکل موج حامل (CARRIER) و سیگنال پیام (DATA) میباشد.

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

۱- انالوگ

۱-۱- 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)

۱-۲- 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.

۱-۳- مدولاسیون فاز PHASE MODULATION) – PM ):
در این پروسه فاز موج حامل در هر لحظه تابع یسگتال پیام است.

۲- دیجیتال

۲-۱-  (ASK -(AMPLITUDE SHIFT KEYING :
دامنه موج حامل بین ۲ مقدار صفر و یک تغییر میکند

FSK – (SREQUENCY SHIFT KEYNIG)  -۲-۲
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:

۱- 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.
۲- هافمن
۳- منچستر
۴- 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

دیدگاه خود را بیان کنید

لطفا پیام خود را وارد نمایید
لطفا نام خود را در این قسمت وارد نمایید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.