مفاهیم پایه مخابرات

[spow 44,195]

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.

نواع 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 صفحه های 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