كيف يعمل الراديو الجزء الثاني

نستكمل في هذه المقالة فكرة عمل الراديو حيث قمنا في الجزء الأول بشرح دائرة كهربية بسيطة تعمل على اصدار أمواج راديو مكونة من بطارية ومفتاح كهربي وسلك توصيل وقد اكتشفنا ان امواج الراديو تصدر لحظة اغلاق الدائرة الكهربية ولحظة فتحهها وهذه الظاهرة التي تعتمد عليها اجهزة الراديو ولكن يتم استبدال العمل الميكانيكي في غلق الدائرة الكهربية وفتحهها بمذبذب مكون من مكثف كهربي وملف كهربي ليصدر عن انتقال الشحنة الكهربية بين المكثف والملف امواج راديو ذات سعة تتغير مع الزمن بدالة جيبية كما في الشكل الموضح.

وعلى هذا الاساس تعمل كل الأنظمة التي تستخدم امواج الراديو ولكن تختلف في البيانات التي يتم تحميلها على هذه الموجة الجيبية، في هذه الجزء من كيف يعمل الراديو سنقوم بشرح فكرة ارسال البيانات واستقبالها عبر امواج الراديو وكيف يتم تحميل موجة الراديو بالمعلومات سواء الصوت او الصورة وكذلك سنشرح فكرة دائرة بسيطة لاستقبال محطة راديو بالقرب منك .

 ارسال البيانات

إذا توفر لديك مصدر لتوليد الموجة الجيبية وأنتينا تعمل على إرسال أمواج الجيبية في الفراغ فإنه يكون لديك محطة إرسال راديو radio station.  وحتى الآن هذه المحطة لا ترسل أية معلومات مع أمواج الراديو وعلى سبيل المثال عندما تقوم بتغير التردد بجهاز الراديو وتستقبل صوت خشخشة يعني انك تلتقط أمواج راديو ولكن لا تحتوي على معلومات.  ولتضمين موجة الراديو المعلومات فإننا نحتاج إلى نوع من التعديل أو التغير والذي يعرف بمصطلح modulate للموجة الجيبية لتحتوي على معلومات في صورة شيفرة كود وتسمى بعملية encode.  ولتوضح الفكرة أكثر وكيف تتم عملية التعديل أو التغير ,modulate سوف نقوم بشرح الطرق المستخدمة لذلك وأنواعها وهي على النحو التالي:

(1) تعديل النبضة  Pulse Modulation

(2) تعديل السعة  Amplitude Modulation

(3) تعديل التردد  Frequency Modulation

ان عملية التعديل التي يتم اجراءها على الموجة الحيبية عزيزي القارئ هي عملية يتم فيها القيام بتغير اي من خصائص الموجة بصورة مستمرة وبنظام معين يسمى الشيفرة فتصبح الموجة محملة بالمعلومات من خلال التغيرات التي نقوم بها وسوف تتضح الفكرة اكثر من خلال قراءتك للشرح التفصيلي لكل نوع من انواع التعديل.

أولاً: تعديل النبضة  Pulse Modulation

وهذا النوع من التعديل يتم على الفصل والتشغيل للموجة الجيبية، تماماً كما يحدث في إرسال كود إشارات مورس، والشكل التالي يوضح كيف يتم إرسال الموجات في صورة نبضات وكل نبضة مكونة من عدد معين من الأمواج وبهذا يكون نظام التشفير حيث يتم تمثيل نبضة من أمواج الراديو مدتها الزمنية 0.2 من الثانية الرقم صفر في حين نبضة أخرى مدتها الزمنية 0.3 ثانية تمثل الرقم 1 ونبضة زمنية مدتها 0.4 ثانية تمثل المسافة ولا نحتاج إلى أكثر من ذلك في النظام الرقمي الذي يعتمد على الرقمين 0 و 1 وبهذا يمكن إرسال سيل من الاصفار والواحد التي تفصلهما المسافات من خلال استخدام نظام النبضات لأمواج الراديو وهذه الطريقة مستخدمة في عملية ضبط الوقت في ولاية كلورادو الأمريكية حيث تستقبل الساعات الوقت من خلال إشارات راديو تعمل بنظام تعديل النبضة.   اما أنظمة محطات الراديو التي ترسل بيانات أكثر تعقيداً مثل الصوت والصورة فإنها تستخدم أنظمة تعديل modulation أخرى. امواج راديو معدلة بنظام النبضات وكل نبضة لها مدة زمنية محددة يتم استخدامها كمعلومات مثل اشارات مورس

ثانياً: تعديل السعة Amplitude Modulation

نعلم ان لكل موجة سعة اهتزاز وهي المسافة بين القمتين في الموجة وبتعديل سعة الموجة يمكننا ان نحمل المعلومات عليها وهذه الطريقة مستخدمة في أنظمة الراديو التي تعمل على نظام AM والتي تعني تعديل السعة حيث ان هذين الحرفين هما أول حرفين من المصطلح Amplitude Modulation كما تستخدم هذه الطريقة في إرسال إشارة التلفزيون.  وفكرة عملها بسيطة فلو تخيلت ان شخص يتحدث عبر الميكرفون فان الأمواج الصوتية الصادرة عنه يتم جمعها مع أمواج الراديو المرسلة فتكون النتيجة ان تتعدل السعة بالكيفية التي بتحدث بها وبهذا تكون الموجة الراديوية محملة بالمعلومات الصوتية التي يمكن استقبالها وفصلها عن الموجة الجيبية الأصلية.  وفي الشكل التالي موضح كيف تتداخل موجتين موجة الصوت وموجة إرسال الراديو وتكون النتيجة موجة راديو تتغير سعتها مع الزمن في حين ان السعة كانت ثابتة قبل تحميلها لأمواج الصوت (المعلومات).

امواج راديو معدلة بنظام تعديل السعة والتي تعرف باسم AM ويتم فيها جمع موجة الراديو الجيبية وموجة الصوت وتكون المحصلة الموجة المعدلة على اليمين. لاحظ ان سعة الموجة اصبحت متغيرة مع الزمن الموجة الموضحة باللون الابيض.

ثالثاً: تعديل التردد  Frequency Modulation

وهذه الطريقة التي تستخدم في محطات الراديو التي تبث بنظام FM وهي اول احرف من المصطلح Frequency Modulation والتي تستخدم ايضا في الكثير من الاجهزة التقنية اللاسلكية مثل التلفونات واجهزة التحكم عن بعد واجهزة الجوال وغيره. كما تستعمل هذه الطريقة في ارسال الصوت المصاحب للصورة في الاشارة التلفزيونية (بمعنى ان اشارة التلفزيون التي تحتوي على الصورة والصوت ترسل بالطريقتين حيث الصورة تحمل على موجة راديو بطريقة تعديل السعة والصوت يحمل على موجة راديو معدلة بطريقة تعديل التردد).

في هذه الطريقة يتم تعديل التردد بناءً على نتيجة التداخل بين الموجة الجيبية وموجة المعلومات (الصوت أو  الصورة) وتكون النتيجة موجة جيبية ولكن تحتوي على عدة ترددات كما في الشكل الموضح

امواج راديو معدلة بنظام تعديل التردد والتي تعرف باسم FM ويتم فيها جمع موجة الراديو الجيبية وموجة المعلومات وتكون المحصلة الموجة المعدلة على اليمين ذات ترددات مختلفة حسب تردد موجة المعلومات التي تداخلت مع الموجة الجيبية.

وبمجرد ان تتم عملية التعديل بأي من الطرق الثلاثة التي شرحناها فإننا نستطيع ان نرسل امواج الراديو محلملة بالمعلومات.

استقبال اشارة الراديو AM

هنا سنقوم بشرح فكرة استقبال محطات الراديو المختلفة فمثلاً عندما تكون في سيارتك وتقوم بضبط جهاز الراديو على أي من ترددات التي تبث على نظام تعديل السعة AMولتكن على التردد 680 وهذا يعني انك تستقبل أمواج راديو بتردد 680,000 هرتز وهذا هو تردد الموجة الجيبية. وعندما يتحدث المذيع على عبر هذه الموجة فإن صوته يحمل على الموجة الجيبية من خلال تعديل سعة الموجة الجيبية. ويقوم مكبر لتكبير الإشارة المعدلة بمقدار 50,000 وات لترسل إلى أنتينا المحطة التي ترسل هذه الأمواج عبر الفراغ.

والسؤال الذي يطرح نفسه كيف يتمكن راديو السيارة من استقبال هذه الموجة (680,000Hz) والاستماع إلى مايقوله المذيع على هذه المحطة. نعلم أن جهاز راديو السيارة عبارة عن المستقبل لاشارات الراديو في الفراغ ولكن كيف يفصل جهاز الراديو صوت المذيع عن الموجة الجيبية. ان وظيفة الموجة الجيبية هو نقل المعلومات عبر الفراغ وتسمى هذه الموجة بالموجة الحاملة والتي تحمل المعلومات وهذه المعلومات هي التي عملت التعديل على سعة الموجة الجيبية اساساً وبالتالي من خلال دائرة استقبال الراديو يمكن ان نحصل على الموجة الصوتية واستبعاد الموجة الجيبية.

وفي الشكل التالي توضيح لما ورد شرحه وسنبدأ من اليسار لشرح فكرة عمل كل قطعة من مكونات جهاز الاستقبال.

Antenna  الانتينا وهي عبارة عن سلك معدني يعمل على استقبال امواج الراديو الموجودة في الوسط.

 Tuner المولف وهي دائرة ضبط استقبال التردد وتعتمد فكرة عمل الدائرة على مبدأ الرنين resonance فكما نعلم ان مئات بل الاف الترددات من امواج الراديو تستقبلها الانتينا وهنا يأتي دور مفتاح الضبط tuner في فصل التردد الوحيد المسموج له بالمرور واستبعاد الباقي.

Detector الكاشف بعد دائرة الضبط التي عملت على تمرير التردد المطلوب والذي سنستقبل عليه المحطة التي تبث على التردد 680,000Hz يأتي دور فصل المعلومات الصوتية عن الموجة الجيبية وهذا ما يقوم به الكاشف detector ويسمى ايضا demodulator اي عكس التعديل modulator.  وفي هذه المرحلة يتم استخدام دايود يعمل على تقويم موجة الراديو لتصبح موجة موجبة كما في الشكل حيث يقوم الديود بتمرير الاشارة عندما تكون الدورة موجبة وتمنع مرورها عندما تكون سالبة.

يستخدم في مرحلة الكشف ديود يعمل على تقويم موجة الراديو

Amplifies التكبير حيث يأتي بعد مرحلة الكشف عملية تكبير لموجة الراديو المقومة وذلك باستخدام ترانزستور او اكثر ومن ثم ارسالها الى السماعات التي تعمل على اصدار الصوت وهو صوت المذيع الذي يتحدث عبر الموجة 680,000Hz.

 في حالة محطات الراديو التي تبث بنظام تعديل التردد FM يتم استبدال الكاشف بدائرة الكترونية لها القدرة على طرح (استخلاص) موجة الراديو المستقبلة من تردد الموجة الجيبية الاصلية لنحصل على الموجة التي تحتوي على المعلومات التي تكبر بنفس طريقة AM وترسل بعد ذلك للسماعات.

اصنع دائرة استقبال  راديو AM بسيطة

يمكنك ان تقوم بتصميم جهاز استقبال راديو يستقبل محطات تعمل بنظام AM وذلك باستخدام بعض الالكترونيات البسيطة واسلاك توصيل وكل ما تحتاج اليه هو ديود ويمكنك ان تحصل عليه باقل من دينار اردني من اي من محال بيع القطع الالكترونية وسلك توصيل طوله 20 متر وساق من المعدن يمكنك لغرسها في الارض لتستخدمها كأرضي في الدائرة، واخيرا نحتاج إلى سماعات رأس.

لعمل الدائرة وتجربتها يجب ان تكون في حدود 1 متر من برج ارسال راديو.

(1) قم بتوصيل الساق المعدنية في الأرض ثم قم بتعرية سلك طوله 3 امتار ولف جزء منه على الساق المعدنية لتتأكد من جودة التوصيل بين السلك والساق المعدنية.

(2) قم بتوصيل الطرف الثاني للسلك بالديود.

(3) ثم قم بتوصيل سلك اخر بالطرف الثاني للدايود وباقي السلك سيعمل عمل الانتينا.

(4) قم بتثبيت السلك بفرع شجرة واحرص ان لا يلمس طرفه الارض.

(5) قم بتوصيل طرفي سماعات الرأس حول الدايود كما في الشكل التالي:

(6) قم بوضع السماعة على اذنيك واذا كنت قريب من المحطة بما لايزيد عن 1 كيلومتر فستسمع الاذاعة التي انت بجوارها وبذلك تكون صممت ابسط جهاز راديو. وذلك لانك بجوار المحطة فلن تحتاج إلى دائرة رنين حيث سوف تلتقط الانتينا امواج الراديو وترسلها الى الدايود الذي يعمل على تقويم الموجة ومن ثم ارسالها الى سماعات الاذن التي لا تحتاج الى اشارة كهربية كبيرة وسوف تسمع الصوت بدون الحاجة إلى بطارية.

معلومة إضافية

أمواج الراديو هي منطقة من الترددات في الطيف الكهرومغناطيسي التي تستخدم من قبل العديد من الأجهزة ولذلك قامت لجنة الاتصالات الاتحادية Federal Communications Commission والتي تعرف اختصاراً بـ FCC بتحديد مناطق من هذه الترددات لاستخدام محدد فمثلا لمحطات الراديو التي تعمل بنظام AM الترددات في المدى من 550 إلى 1700 كيلو هرتز في حين المحطات التي تعمل على نظام FM الترددات من 88 إلى 108 ميجاهيرتز، كما ان هناك ترددات من أمواج الراديو محجوزة لاستخدام أجهزة التحكم عن بعد (الرموتكنترول) المستخدم لفتح الأبواب والتي تعمل على تردد 40 ميجاهيرتز وكذلك الترددات المستخدمة للهواتف الجوالة والتي تكون في المدى 824  إلى 849 ميجاهيرتز وبهذا لا يمكن ان يحدث تداخل بين هذه الأجهزة حتى لو تواجدت معا وفي نفس المكان.

وفي النهاية نستطيع ان نعرف السر وراء كل تكنولوجيا الاجهزة التي تستخدم امواج الراديو وكيف يتم تضمين او تحميل هذه الامواج بالمعلومات من خلال طرق التعديل الثلاثة، وكذلك تعرفنا على فكرة عمل جهاز الراديو من ناحية الارسال والاستقبال، وللعلم عزيزي القارئ فإن ارسال واستقبال محطات الراديو تطور ليكون هناك راديو الأقمار الصناعية والتي تمكنك من استقبال اي محطة راديو من خلال الاقمار الصناعية وهذه الاجهزة اصبحت في كل بيت حيث يمكنك الاستماع لمحطات اي اذاعة في العالم من خلال جهاز استقبال الاقمار الصناعية الرقمي وكذلك هناك راديو الانترنت والذي انتشر في الاونة الاخيرة لتتمكن أي محطة ارضية من بث ارسالها ايضا عبر شبكة الانترنت لتصل إلى كل بقاع الأرض.

للاطلاع على الجزء الاول

كيف يعمل الراديو الجزء الأول