تعريف الضجيج Noise
 |
| الضجيج في الاتصالات |
إن الإشارات الكهربائية التي يتم إدخالها إلى أجهزة الاستقبال في أنطمة
الاتصالات تتكون من إشارتين أساسيتين ؛الإشارة الأولى تمثل الإشارة الكهربائية
المفيدة والتي يراد معالجتها في أجهزة الاستقبال؛ والإشارة الثانية هي الإشارة غير
المرغوبة ويطلق عليها اسم الإشارة الضجيجية؛ومن أمثلة الضجيج (صوت هسهسة الصوت في
أجهزة الراديو - صوت طنين وسط المحادثة الهاتفية - وميض في أجهزة استقبال
التفزيون...الخ).
يعرف الضجيج من الناحية الكهربائية بأنه أي إشارة أو قدرة كهربائية عشوائية وغير
مرغوبة تتداخل عبر وسيط الاتصال مع الإشارة المطلوبة (المفيدة)، وهذا التداخل يعيق
الحصول على إشارة المعلومات سليمة لحدوث ضجيج في جهاز الاستقبال.
يمكن تقسيم الضجيج إلى عدة أنواع حسب المصدر أو حسب تأثير علاقته مع المستقبل، وها يمكن تقسيم الضجيج حب مصدره إلى ضجيج خارجي وضجيج أخر داخلي.
نشأ الضجيج الخارجي عن إشارات كهربائية ذات ترددات معينة ناتجة من مصادر خا جية مثل ضجيج الجو والضجيح الكوني والضجيج الناتح عن الآلات الكهربائية والميكانيكية ، وسنأتي على ذكرها فيما يأتي :
تولد الشمس ترددات تقع على طول المحور الترددي إضافة إلى الأشعة الضوئية المرئية
والأشعة القصيرة جدا ذات الترددات العالية جدا والتي تعد من أسوأ إشارات الضجيج
المتراكمة مع الإشارات المفيدة و مجالها الترددي لا يتجاوز 20MHZ.
إن المجرات الكونية المحيطة بالأرض تولد أيضا ترددات لا تتعدى المجال السابق؛ إذ تتسرب هذه الأشعة غير المرئية من الغلاف الجوي المحيط بالأرض الذي يعد غير محكم تماما تجاه هذه الأشعة .
إن أجهزة الإرسال والاستقبال وخطوط الاتصال موجودة بجوار الأجهزة والآلات الكهربائية والميكانيكية الضرورية هذه الأجهزة تكون مصدرا قويا للضجيج؛ والمجال الترددي الذي يمكن أن يتولد من هذه الآلات ( مثل السيارات ، الطائرات ، النيون وخطوط القدرة) محصور بين IMHZ حتى 600MHZ .
مع ملاحظة أنه يجب إبعاد جميع مصادر الآلات ما أمكن عن نظام الاتصال ؛ وخاصة إذا كان نظام الاتصال يحتوي على أجهزة إرسال واستقبال حساسة.
إن جميع المصادر الخارجية للضجيج على الأغلب لا يمكن التحكم بها والتقليل منها، لذلك يجب تصميم أجهزة استقبال تعمل عند ترددات الإرسال فقط ، وتحذف بقية الترددات غير المرغوبة، التي يمكن اعتيأرهأ أشارات ضجيج.
إن المصدر الرئيسي للدوي هو التيار المتناوب اللازم لتغذية أجهزة الاستقبال والإرسال ، أو الناتج عن المكبرات غير المولفة بشكل جيد ؛ويظهر الدوي في خرج المكبر بتردد منبع التغذية أو توافقيات ذلك التردد ويمكن التخلص منه بواساطة استخدام البطاريات كمنبع للتغذية.
يمكن أن ينتج الدودي عن المجالات الكهربائية والمغناطيسية الناتجة عن المحولات وأسلاك التوصيل ، هذه المجالات تسبب جهودا تحريضية في دخل دارة مستقبل مثلا ؛ هذه الدارة يمكن أن تكبر هده الجهود ولا تظهر هذه الجهود ذات الترددات المساوية لتردد المنبع مكبرة فى المكبرات الراديوية ولكنها قد تؤثر على التيار الراديوي المار؛ وتظهر فيما بعد في مرحلة الكشف .
ينشأ الضجيج الحراري نتيجة كون التيار الكهربائي ناتجا عن حركة الإلكترونات ولهذه الالكترونات طاقات حركية ( حرارية) مختلفة ، وبالتالى فإن لها مركبات مختلفة من السرعة غير منتظمة ، وعدم انتظامها هذا يظهر كضجيج مرافق لأي صوت قد يحمله التيار .
إن هذا الضجيج الناتج عن حركة الإلكترونات يؤدي إلى حدوث تيارات وجهود ذات قيم عشوائية . ويظهر هذا النوع من الضجيج في العناصر الكهربائية والإلكترونية ( المقاومات ، الملفات ، السعات ، الترانزستورات ، الدارات المتكاملة ....) .
وكما ذكرنا تعد المقاومات الكهربائية مصدرا مهما للضجيج ، وقيمة الضجيج هذا تعتمد على درجة حرارة المقاومة.
أن سرعة الإلكترونات تعتمد على درجة حرارة المقاومة ، فمثلا عد الصفر المطلق تكون الالكترونات ساكنة. وعند درجة الحرارة المطلقة ( T ) ينتج جهد ضجيج بقيمة أنية (V(tأي أن حركة الإلكترونات العشوائية يمكن مكافأتها بجهد كهربائي نطلق عليه جهد الضجيح .
عامل الضجيج Noise Factor
في العديد من أنظمة الاتصالات تكون الإشارة المستقلة ذات استطاعة منخفضة ومصحوبة بضجيج. وإن تكبير الإشارة يزيد من مستوى استطاعة الإشارة والضجيج معا. وأن عامل الجودة لنوعية أي إشارة مستقبلة هو نسبة استطاعة الاشارة إلى الضجيج ( S/N)، ذلك يجب أن تكون S/N عالية لاستقبال إشارة واضحة وجيدة. إن الاشارة المستقبلة تمر بعد كشفها علي دارة مكبر فلإشارة المفيدة نظرا لصغر مطالها فإذا كانت نسبة استطاعة الإشارة إلى استطاعة الضجيج عند دخل المكبر ( Si/Ni ) وكذلك (So/No) عند خرج المكبر ، فإن نسبة Si/Ni لدخل إلى So/No للخرج تدعى بعامل الضجيج .
علما بأن
Si و So هما استطاعة الإشارة المفيدة على ادخل والخرج على التوالي.
Ni و No هما استطاعة ضجيج الدخل والخرج المتوفر علي التوالي.
يعبر عادة عن عامل الضجيج بالديسيبل ويدعى عندها برقم الضجيج.
>
وتأخذ F قيمة تقريبية مقدارها واحد بالنسبة للمكبرات ذات الضجيج المنخفض، أما بالنسبة لجهاز استقبال رادار فهى بحدود العشرة .
المناهج السورية
الضجيج كهربائيا Electrical Noise
أنواع الضجيج Types of Noise
يمكن تقسيم الضجيج إلى عدة أنواع حسب المصدر أو حسب تأثير علاقته مع المستقبل، وها يمكن تقسيم الضجيج حب مصدره إلى ضجيج خارجي وضجيج أخر داخلي.
الضجيج الخارجى External Noise
نشأ الضجيج الخارجي عن إشارات كهربائية ذات ترددات معينة ناتجة من مصادر خا جية مثل ضجيج الجو والضجيح الكوني والضجيج الناتح عن الآلات الكهربائية والميكانيكية ، وسنأتي على ذكرها فيما يأتي :
ضجيج الجو Atmospheric Noise
ينتج هذا النوع من الضجيج عن الشحنات الساكنة والانفراغ الغازي الذي يحصل على شكل برق وغيره من الحوادث الجوية المماثلة ؛ويقل أثر هذا الضجيج في المجال الترددي العلى وبخاصة عد التردد الأعلى من 30MHZ .الضجيج الكوني Extraterrestrial Noise
إن المجرات الكونية المحيطة بالأرض تولد أيضا ترددات لا تتعدى المجال السابق؛ إذ تتسرب هذه الأشعة غير المرئية من الغلاف الجوي المحيط بالأرض الذي يعد غير محكم تماما تجاه هذه الأشعة .
ضجيج الالات الكهربائية والميكانيكية Industrial Noise
إن أجهزة الإرسال والاستقبال وخطوط الاتصال موجودة بجوار الأجهزة والآلات الكهربائية والميكانيكية الضرورية هذه الأجهزة تكون مصدرا قويا للضجيج؛ والمجال الترددي الذي يمكن أن يتولد من هذه الآلات ( مثل السيارات ، الطائرات ، النيون وخطوط القدرة) محصور بين IMHZ حتى 600MHZ .
مع ملاحظة أنه يجب إبعاد جميع مصادر الآلات ما أمكن عن نظام الاتصال ؛ وخاصة إذا كان نظام الاتصال يحتوي على أجهزة إرسال واستقبال حساسة.
إن جميع المصادر الخارجية للضجيج على الأغلب لا يمكن التحكم بها والتقليل منها، لذلك يجب تصميم أجهزة استقبال تعمل عند ترددات الإرسال فقط ، وتحذف بقية الترددات غير المرغوبة، التي يمكن اعتيأرهأ أشارات ضجيج.
الضجيج الداخلي Internal Noise
يمكن اعتبار المصادر الآتية هي المصادر الرئيسية للضجيج في أنظمة الاتصالات مع
العلم أنه يمكن التحكم بمصادر هذا الضجيج وتقليله ما أمكن للحصول على مردود إرسال
مرتفع .
الضجيج الدودي HUM
إن المصدر الرئيسي للدوي هو التيار المتناوب اللازم لتغذية أجهزة الاستقبال والإرسال ، أو الناتج عن المكبرات غير المولفة بشكل جيد ؛ويظهر الدوي في خرج المكبر بتردد منبع التغذية أو توافقيات ذلك التردد ويمكن التخلص منه بواساطة استخدام البطاريات كمنبع للتغذية.
يمكن أن ينتج الدودي عن المجالات الكهربائية والمغناطيسية الناتجة عن المحولات وأسلاك التوصيل ، هذه المجالات تسبب جهودا تحريضية في دخل دارة مستقبل مثلا ؛ هذه الدارة يمكن أن تكبر هده الجهود ولا تظهر هذه الجهود ذات الترددات المساوية لتردد المنبع مكبرة فى المكبرات الراديوية ولكنها قد تؤثر على التيار الراديوي المار؛ وتظهر فيما بعد في مرحلة الكشف .
الضجيج الحراري Thermal Noise or White Noise or Johnos Noise
ينشأ الضجيج الحراري نتيجة كون التيار الكهربائي ناتجا عن حركة الإلكترونات ولهذه الالكترونات طاقات حركية ( حرارية) مختلفة ، وبالتالى فإن لها مركبات مختلفة من السرعة غير منتظمة ، وعدم انتظامها هذا يظهر كضجيج مرافق لأي صوت قد يحمله التيار .
إن هذا الضجيج الناتج عن حركة الإلكترونات يؤدي إلى حدوث تيارات وجهود ذات قيم عشوائية . ويظهر هذا النوع من الضجيج في العناصر الكهربائية والإلكترونية ( المقاومات ، الملفات ، السعات ، الترانزستورات ، الدارات المتكاملة ....) .
ضجيج المقاومات Resistor Noise
وكما ذكرنا تعد المقاومات الكهربائية مصدرا مهما للضجيج ، وقيمة الضجيج هذا تعتمد على درجة حرارة المقاومة.
أن سرعة الإلكترونات تعتمد على درجة حرارة المقاومة ، فمثلا عد الصفر المطلق تكون الالكترونات ساكنة. وعند درجة الحرارة المطلقة ( T ) ينتج جهد ضجيج بقيمة أنية (V(tأي أن حركة الإلكترونات العشوائية يمكن مكافأتها بجهد كهربائي نطلق عليه جهد الضجيح .
عامل الضجيج Noise Factor
 |
| عامل الضجيج Noise Factor |
في العديد من أنظمة الاتصالات تكون الإشارة المستقلة ذات استطاعة منخفضة ومصحوبة بضجيج. وإن تكبير الإشارة يزيد من مستوى استطاعة الإشارة والضجيج معا. وأن عامل الجودة لنوعية أي إشارة مستقبلة هو نسبة استطاعة الاشارة إلى الضجيج ( S/N)، ذلك يجب أن تكون S/N عالية لاستقبال إشارة واضحة وجيدة. إن الاشارة المستقبلة تمر بعد كشفها علي دارة مكبر فلإشارة المفيدة نظرا لصغر مطالها فإذا كانت نسبة استطاعة الإشارة إلى استطاعة الضجيج عند دخل المكبر ( Si/Ni ) وكذلك (So/No) عند خرج المكبر ، فإن نسبة Si/Ni لدخل إلى So/No للخرج تدعى بعامل الضجيج .
علما بأن
Si و So هما استطاعة الإشارة المفيدة على ادخل والخرج على التوالي.
Ni و No هما استطاعة ضجيج الدخل والخرج المتوفر علي التوالي.
يعبر عادة عن عامل الضجيج بالديسيبل ويدعى عندها برقم الضجيج.
>
وتأخذ F قيمة تقريبية مقدارها واحد بالنسبة للمكبرات ذات الضجيج المنخفض، أما بالنسبة لجهاز استقبال رادار فهى بحدود العشرة .
المصادر
Principles of Communication - Noise
المناهج السورية