آنچه در این مقاله می‌خوانید
ارتباطات بخش مهمی از فناوری مدرن است که امکان تبادل اطلاعات را در فواصل وسیع فراهم می کند. در حوزه الکترونیک، گیرنده الکتریکی به هر دستگاهی گفته می شود که سیگنال الکتریکی را دریافت می کند و آنها را (اغلب با تقویت) به شکل مفید و قابل خوانش تبدیل می‌کند.
برای مثال، گیرنده الکتریکی تلفن، تکانه های الکتریکی را به سیگنال های صوتی تبدیل می کنند و گیرنده الکتریکی رادیویی یا تلویزیونی، امواج الکترومغناطیسی را دریافت نموده و آنها را به صدا یا تصاویر تبدیل می کنند.
آنها امکان تفسیر و استفاده از اطلاعات ارسال شده از طریق کانال ارتباطی را فراهم می کنند. به طوری که بدون گیرنده الکتریکی، فرآیند انتقال بی معنی خواهد بود، زیرا هیچ راهی برای رمزگشایی و درک اطلاعات ارسال شده وجود نخواهد داشت.
در قلب سیستم های ارتباطی، فرستنده ها و گیرنده ها قرار دارند که برای ارسال و دریافت سیگنال با یکدیگر کار می کنند. این مقاله به بررسی اصل عملکرد این دستگاه های الکتریکی حیاتی می پردازد.
در این مقاله، تمرکز ما عمدتاً بر دیدگاه فناوری و مهندسی انواع گیرنده الکتریکی است و به طور خاص، آنها را در سیستم های ارتباطی رادیویی و مخابراتی بررسی خواهیم کرد.
گیرنده الکتریکی، یک جزء حیاتی در هر سیستم ارتباطی است که سیگنال های یک محیط واسط را (که می تواند از طریق سیم یا بی سیم باشد) از کانال های مختلف جمع آوری نموده و رمز گشایی می کند تا آنها را به شکل قابل استفاده تبدیل کند.
این فرآیند می تواند شامل تبدیل سیگنال ها از یک شکل انرژی به شکل دیگر باشد، برای مثال، تبدیل سیگنال های الکتریکی به سیگنال های صوتی.
هر سیستم ارتباطی، از یک فرستنده و یک گیرنده تشکیل شده است. فرستنده سیگنال حامل را که توسط اطلاعات مدوله شده است، از طریق یک آنتن تحویل می دهد و گیرنده اطلاعات سیگنال دریافتی از آنتن را بازیابی می کند.
مراحل کلی انتقال سیگنال یک سیستم ارتباطی
در حقیقت، گیرنده الکتریکی برای پردازش سیگنال ورودی به اطلاعات مفید استفاده می شود و حداقل اعوجاج را اضافه می کند. عملکرد گیرنده به طراحی سیستم، طراحی مدار و محیط کاری بستگی دارد.
سطح قابل قبول اعوجاج یا نویز بسته به نوع کاربرد گیرنده متفاوت است. نویز و تداخل، که سیگنال های ناخواسته ای هستند که می توانند در خروجی یک سیستم ظاهر شوند، حد پایین تری را برای سطح سیگنال قابل استفاده در خروجی تعیین می کنند.
برای اینکه سیگنال خروجی مفید باشد، توان سیگنال باید بیشتر از توان نویز باشد که توسط حداقل نسبت سیگنال به نویز مشخص می شود که بسته به کاربرد گیرنده دارد.
برای مثال، 30 دسی بل برای یک خط تلفن، 40 دسی بل برای سیستم تلویزیون، و 60 دسی بل برای یک سیستم موسیقی مناسب است.
به طور کلی، عملکرد یک گیرنده بر اساس سه فرآیند اساسی زیر صورت می گیرد:
این مرحله، فرآیندی است که گیرنده سیگنال های ارسالی را از رسانه یا کانال های دیگر دریافت می کند که این کار توسط آنتن صورت می گیرد.
در این مرحله، گیرنده الکتریکی سیگنال ها را رمزگشایی یا دمودولاسیون می کند تا اطلاعات موجود در آنها را استخراج کند.
دمودولاسیون استخراج سیگنال حامل اطلاعات اصلی از یک موج حامل است و دمدولاتور یک مدار الکترونیکی (یا برنامه کامپیوتری تعریف شده با نرم افزار) است که برای بازیابی محتوای اطلاعات موج حامل مدوله شده استفاده می شود.
مراحل دمودولاسیون سیگنال
پس از رمزگشایی، گیرنده سیگنال ها را از شکل اولیه به شکل قابل فهم یا قابل استفاده تری تبدیل می کند و سیگنال تقویت شده در نهایت به مدار انتهایی می رسد که شکل الکتریکی سیگنال را به سیگنال صوتی یا دیگر اشکال تبدیل می کند.
حساسیت یک گیرنده، به حداقل قدرت سیگنالی اشاره دارد که گیرنده می تواند تشخیص دهد و با موفقیت آن را کاهش دهد. به عبارت ساده تر، می توان گفت که حساسیت، توانایی تقویت سیگنال ضعیف است.
حساسیت یک پارامتر بسیار مهم است، زیرا عملکرد گیرنده را در شرایط سیگنال ضعیف تعیین می کند و هر چه سطح حساسیت کمتر شود، توانایی گیرنده برای دریافت سیگنال های ضعیف بهتر است.
برای مثال، میزان حساسیت 150μV، مقدار حساسیت معمولی برای دستگاه های پخش کوچک و 1μV یا کمتر برای سیستم های ارتباطاتی با کیفیت بالا است.
نمودار حساسیت یک گیرنده مطلوب بر حسب فرکانس
گزینش پذیری گیرنده به توانایی گیرنده الکتریکی برای تمایز قائل شدن بین سیگنال مورد نظر و سیگنال های ناخواسته (مانند نویز و سیگنال های کانال های دیگر) اشاره دارد.
گزینش پذیری بالا در گیرنده ها بسیار مهم است، زیرا کیفیت سیگنال دریافتی را افزایش می دهد. در فرکانس بالا انتخاب ضعیف است، انتخاب بهتر در فرکانس پایین به دست می آید.
نمودار گزینش پذیری یک گیرنده مناسب
توانایی سیستم برای تولید سیگنال اصلی بدون اعوجاج است. تولید یک سیگنال با کیفیت خوب ضروری است زیرا میزان پایداری تضمین می کند که سیگنال بازتولید شده یک کپی دقیق از سیگنال اصلی است.
منحنی پایداری
به طور کلی، گیرنده ها را می توان بر اساس روش عملکردی شان به دو دسته اصلی زیر تقسیم بندی کرد که عبارت اند از:
گیرنده Superheterodyne بر اساس اصل heterodyning کار می کند که به سادگی به معنای مخلوط کردن است. این یک نوع گیرنده، فرکانس سیگنال دریافتی را با فرکانس سیگنال تولید شده توسط یک نوسان ساز محلی ترکیب می کند.
سیگنال خروجی، فرکانس ثابت پایین تری را فراهم می کند که به آن فرکانس میانی (IF) نیز می گویند. این نوع گیرنده در کاربردهای مختلف از جمله سیستم های پخش تلویزیونی و رادیویی رایج است.
اکنون سوالی که به ذهن می رسد این است که چرا ترکیب حاصل، مقدار فرکانس کمتری تولید می کند که تفاوت بین این دو فرکانس است: مجموع فرکانس حامل و نوسانگر محلی در خروجی باعث ایجاد فرکانس تصویر می شود که به عنوان نوعی نویز یا اعوجاج در سیگنال تلقی می شود.
به همین دلیل است که میکسر در خروجی خود اختلاف فرکانسی ایجاد می کند. این فرکانس اختلاف، یک مقدار ثابت، بدون توجه به تغییرات ورودی است که به عنوان فرکانس میانی شناخته می شود.
فرکانس ثابت در خروجی، با تنظیم خازن به دست می آید که چندین خازن با هم چیده شده و توسط یک دکمه کنترلی کار می کنند. فرقی نمی کند فرکانس سیگنال ورودی چقدر باشد، تقویت کننده و نوسانگر محلی باید روی آن تنظیم شوند.
این نوع گیرنده، در سطح سیگنال پایین کار می کند، میکسر عملیات فرکانس ثابت را تأمین می کند و گزینش پذیری و حساسیت عالی را ارائه می دهد.
شماتیک یک گیرنده الکتریکی نوع سوپرهتروداین رادیویی
گیرنده الکتریکی سوپرهتروداین عمدتاً از اجزای زیر تشکیل شده است:
نمونه ای از گیرنده الکتریکی سوپرهتروداین
یک گیرنده تبدیل مستقیم که اغلب به عنوان گیرنده الکتریکی homodyne، synchrodyne یا zero-IF نیز نامیده می شود، مستقیماً سیگنال فرکانس رادیویی ورودی (RF) را بدون اینکه ابتدا آن را به فرکانس میانی تبدیل کند، تغییر شکل می دهد.
شماتیکی از یک گیرنده رادیویی AM
سیگنال رهگیری شده توسط آنتن گیرنده، با استفاده از تشخیص سنکرون که توسط یک نوسانگر محلی هدایت می شود و فرکانس آن یکسان یا نزدیک به فرکانس حامل سیگنال است، مستقیماً به باند پایه تبدیل می شود.
سیگنال فرکانس رادیویی دریافتی مستقیماً به یک میکسر فرکانس وارد می شود، درست مانند یک گیرنده سوپرهتروداین. با این حال، بر خلاف سوپرهتروداین، فرکانس نوسان ساز محلی از فرکانس سیگنال دریافتی منحرف نمی شود، بلکه یکسان است. نتیجه یک خروجی دمودوله شده است درست همانطور که از یک گیرنده سوپرهتروداین با استفاده از تشخیص همزمان (یک آشکارساز محصول) به دنبال مرحله فرکانس متوسط (IF) بدست می آید.
ساختار یک گیرنده تبدیل مستقیم
از آنجایی که تنها یک مرحله برای تبدیل فرکانس وجود دارد، معماری یک گیرنده تبدیل مستقیم، پیچیده تر از گیرنده های سوپرهتروداین معمولی است.
در حقیقت، این نوع طراحی گیرنده الکتریکی را ساده می کند اما به دقت بیشتری در تنظیم و فیلتر کردن نیاز دارد. اگرچه این ساده سازی، پیچیدگی مدار پایه را کاهش می دهد، اما مسائل دیگری در مورد محدوده دینامیکی به وجود می آیند.
نمونه ای از گیرنده الکتریکی نوع تبدیل مستقیم
گیرنده ها بخشی جدایی ناپذیر از هر سیستم ارتباطی را تشکیل می دهند و بر اساس اصل دریافت، رمزگشایی و تبدیل سیگنال ها به شکل قابل استفاده عمل می کنند.
عملکرد یک گیرنده الکتریکی، بسته به نوع آن و تا حد زیادی بر اساس پارامترهایی مانند حساسیت، گزینش پذیری و پایداری آن سنجیده می شود.
از دستگاه های معمولی خانگی مانند تلویزیون و رادیو گرفته تا سیستم های پیچیده مانند رادار و سیستم های GPS، گیرنده‌ها نقشی محوری دارند و ارتباطات و تبادل داده را ممکن می سازند.
همانطور که تکنولوژی به تکامل خود ادامه می دهد، واضح است که اهمیت و عملکرد گیرنده الکتریکی همچنان در کاربردهای متعدد حیاتی خواهد بود. امیدواریم که این مقاله مفید بوده است.
مقالات منتشر شده در ساعاتی قبل