وفي عام (1920) ظهرت الإذاعة وأجهزة الراديو باستعمال الموجات المتوسطة بتضمين الاتساع بالتردد من (535-1700) KHz، وفي بداية الثلاثينيات تم استعمال الموجات القصيرة بالتردد MHz(5.9-l.26)، وفي الإذاعات التي تستعمل التضمين الترددي FM يكون التردد بين MHz( 88-108 ) وقبل التعرف على أجهزة الاستقبال الراديوية لابد من دراسة مبادئ الإرسال للمنظومة الراديوية.
اجهزة الاستقبال الراديوية Radio Receviers
الموجات الراديوية أو موجات الراديو Radio waves هي جزء من طيف الموجات الكهرومغناطيسية تنتج تلك الموجات بالطبيعة عن طريق البرق أو الأجسام الفلكية، أما استعماله الصناعي فيكون في البث الإذاعي الثابت والمتحرك، مثل الراديو والتلفزيون واتصالات الخلوي والملاحة، ويتم بها الاتصال برواد الفضاء أيضا، وبواسطتها يجرى التحكم في صواريخ الفضاء، والتحكم في كل الأجهزة التي يرسلها الإنسان إلى الكواكب وعالم الفضاء، وأيضا شبكات الكمبيوتر وتطبيقات أخرى.
يبلغ الطول الموجي لموجات الراديو بين عدة سنتيمترات إلي مئات الأمتار، فاختلاف الترددات لتلك الموجات يعطي خصائص مختلفة للانتشار في الغلاف الجوي: فالموجات الطويلة تغطي جزءا من الكوكب بشكل دائم، والموجات الأقصر فإنها تنعكس من طبقة الأيونوسفير مما يتيح لها الوصول حول الكرة الأرضية، أما الموجات القصيرة فإنها تنعكس ويكون مسارها هو خط الأفق وسرعتها هي نفس سرعة الضوء ( 300000) كيلومتر في الثانية، وتتكون محطات الإرسال الإذاعية من عدد الأجهزة منها مكبرات الإشارة الصوتية والمذبذب، والمضمن السعوي او الترددي ومكبر القدرة للإشارة المرسلة، وهوائي الإرسال.
أنواع أجهزة الاستقبال الراديوية
- جهاز الاستقبال البسيط Simple Radio Recevier
- جهاز الاستقبال السوبر هيتروداين Superhetrodyne recevier
- مستقبل إذاعة الراديو AM
- مستقبل إذاعة الـ FM
جهاز الاستقبال البسيط Simple Radio Recevier
 |
| جهاز الاستقبال البسيط Simple Radio Recevier |
الكل السابق يوضح المراحل الأساسية لجهاز الاستقبال البسيط، حيث يقوم الهوائي بتحويل طاقة الموجات الكهرومغناطيسية المنتشرة بالجو إلى إشارة كهربائية، ويتم اختيار إشارة المحطة المراد استلامها بواسطة دائرة التنغيم وهي عبارة عن دائرة رنين.
ويلي دائرة التنغيم مراحل عديدة من مكبرات التردد الراديوي التي تنغم أيضا على تردد المحطة المستلمة، وان سبب استعمال مراحل عديدة لتكبير الإشارة الراديوية يعود إلى كون الكاشف يحتاج إلى إشارة دخول ذات مستوى عال نسبيا، ويقوم الكاشف باستخلاص إشارة معلومات الصوت عن الإشارة الحاملة وتغذيتها إلى مكبر تردد صوتي (AF Amplifier ) الذي يقوم بدوره بتكبير إشارة معلومات الصوت فقط وتغذيتها إلى السماعة.
مساوئ (عيوب) استعمال جهاز الاستقبال البسيط
في أجهزة الاستقبال الحساسة نحتاج إلى ربح يصل ( 108) إذ ان ( 104) يتم الحصول عليه قبل الكشف (في مرحلة التردد العالي) و( 104) في مرحلة التردد العالي بعد الكاشف وقد يصعب الحصول على هذا التكبير من مكبرات متصلة على التوالي (Cascade)، وذلك لعدم استقرار المكبرات الراديوية ذات الربح العالي.
للحصول على استقبال منتظم لعدد من المحطات فان الربح لكل مرحلة يجب ان يكون منخفضا (20 للترددات المنخفضة الصوتية و 2 للترددات الراديوية المرتفعة) وهذا يتطلب عددأ كبيرأ من المراحل.
وللتغلب على هذه الصعوبات فان تكبير الترددات الراديوية عند الاستقبال يقسم الى مرحلتين ويتم تكبير كل منهما بتردد مختلف وذلك بالافادة من مبدأ تغيير التردد او ما يسمى بالهيتروداين (Heterodyning) أي أنه يغير التردد الحامل للإشارة المضمنة الداخلة إلى
تردد ثابت منخفض يسمى بالتردد الوسيط (IF)، وبذلك يصبح التكبير أسهل بشرط أن تبقى صفات التضمين على حالتها حتى بعد تغيير التردد.
جهاز الاستقبال السوبر هيتروداين Superhetrodyne recevier
 |
| جهاز الاستقبال السوبر هيتروداين Superhetrodyne recevier |
إن مشكلة تغير الانتقائية في جهاز الراديو البسيط جعلت العلماء يفكرون في تطويره إلى الراديو السوبر هيتروداين الذي ظهر عام 1930 ولا تزال جميع أجهزة الاستقبال الراديوي تعمل بهذا النظام الراديوي مما يدل على جودة هذا النظام.
كما نلاحظ من الشكل السابق أن هناك ثلاث مراحل جديدة قد أضيفت إلى جهاز الراديو البسيط هذه المراحل هي المذبذب المحلي (Local Oscillator ) والمازج (Mixer) ومكبر التردد الوسيط (IF Amplifier ).
وان الهدف من هذا التصميم هو إضافة مرحلة مكبر التردد المتوسط الذي يتم فيه الجزء الأعظم من عملية تكبير الإشارة، وتمثل المرحلة الأولى دائرة مكبر التردد الراديوي والتي قد لا تستعمل في بعض الأحيان وخاصة إذا كانت نسبة الإشارة إلى الضوضاء قرب الهوائي مرتفعة نسبيا، والمرحلة الثانية هي المازج إذ تدخل عليه إشارتان أحداهما قادمة من الهوائي أو خارجة من مكبر التردد الراديوي والأخرى قادمة من مرحلة المذبذب المحلي ، ويقوم المازج بخلط الإشارتين وإخراج إشارة ترددها يساوي حاصل جمع وحاصل طرح تردد الإشارتين الداخلتين، والمرحلة الثالثة هي مرحلة مكبر التردد المتوسط التي تعطي تكبيرا للإشارة على عرض حزمة ثابت، ويتراوح التردد الوسيط بين KHz(465 - 455).
وبعد مرحلة مكبر التردد الوسيط يأتي الكاشف الذي يقوم بفصل معلومات إشارة الصوت عن الإشارة الحاملة ثم يغذيها إلى مرحلة مكبر التردد الصوتي وتغذى إلى السماعة، ويؤخذ تيار مستمر تعتمد شدته على شدة الإشارة الداخلة ويغذى عكسيا إلى كل من مكبر التردد الوسيط ومكبر الترددات الراديوي.
وتسمى الدائرة التي تقوم بهذه الوظيفة بدائرة منظم الفولتية ذاتيا (AVC)، وتعمل هذه المرحلة على تثبيت مستوى الإشارة الخارجة مهما تغير مستوى الإشارة الداخلة وذلك للمحافظة على سماع صوت ثابت الشدة مهما ابتعد او قرب جهاز الاستقبال من محطة الإرسال او في حالة حصول تغير في مستوى الإشارة الداخلة نتيجة للظروف الجوية.
مبدأ تغير التردد في راديو السوبر هيتروداين
 |
| مبدأ تغير التردد في راديو السوبر هيتروداين |
إن المازج يقوم بتحويل التردد إذ تدخل عليه إشارتان أحداهما قادمة من مكبر التردد الراديوي والأخرى من المذبذب المحلي، ويكون تردد المذبذب المحلي عادة أعلى من تردد الإشارة الراديوية القادمة من الهوائي بمقدار التردد الوسيط، لذا جاءت كلمة (سوبر)، وإن السبب في جعل تردد المذبذب المحلي أعلى من تردد إشارة الهوائي وليس العكس ليتسنى للجهاز استقبال الموجات الطويلة التي يكون اعلى تردد لها KHz (300) أي اقل من التردد الوسيط.
ولفهم حقيقة ما يحصل في المازج نجد أن الإشارة الداخلة الى المازج هي إشارة ترددها KHz (1000) مضمنة سعويا (AM) بإشارة جيبية ترددها KHz(1000) أي أنها تحتوي على حزمتين جانبيتين أحداهما بترددجKH (999) والأخرى بتردد KHz (1001)، وتردد المذبذب المحلي KHz (1455) وعليه فالإشارة الخارجة من المازج سوف تحتوي على الترددات الاتية :
1- جميع الترددات الأصلية الداخلة KHz (999, 1000, 1001, 1455).
2- جمع وطرح الترددات لجميع الإشارات الداخلة: KHz (1001, 1000, 999) ±1455 وناتج هذه العملية هي : KHz
(2454. 2455, 2456, 454, 455, 456).
المرحلة الأولى لمكبر التردد الوسيط تكون منغمة على تردد KHz (455) وبعرض حزمة KHz (2) وهذا المكبر يعمل على تكبير الحزمة الواقعة بين KHz (456 - 454) فقط .
إذا فالإشارة بعد مرحلة التردد الوسيط تشبه الإشارة القادمة من الهوائي من حيث التعديل السعوي لكن تردد الإشارة الحاملة انخفض من KHz (1000 إلى 455).
التردد المشابه Image Frequency
فيما سبق أوضحنا أن الراديو السوبر هيتروداين يمتاز عن الراديو البسيط بكون الانتقائية فيه ثابتة على مدى من الترددات، إذ يمكننا استنتاج ذلك إذا عرفنا أن معظم التكبير يتم في مرحلة مكبر التردد الوسيط.
ومن مساوئه أن تركيبه معقد وكذلك فان عملية تحويل التردد من المازج تسمح لبعض الترددات أن تدخل إلى مكبر التردد الوسيط في أن واحد ويحدث تداخل بينهما.
ومثال على ذلك نتأمل مستلما منغما على محطة ترددها (20) ميكا هرتز ويستعمل مكبر تردد وسيط منغم على تردد (1) ميكا هرتز. وفي هذه الحالة يكون تردد المذبذب المحلي (21) ميكا هرتز للحصولعلى (1) ميكا هرتز تردد وسيط.، فإدا كان هناك بث على محطة ترددها (22) ميكا هرتز من الممكن لهذه المحطة أن تستلم من قبل المازج عن طريق الهوائي وتمتزج مع إشارة المذبذب المحلي ويكون
تذبذب احد مركبات الإشارة الخارجة من المازج (1) ميكا هرتز.
وبذلك سوف تدخل مرحلة مكبر التردد الوسيط إشارتان ترددهما (1) ميكا هرتز أحداهما ناتجة من المحطة التي تبث على التردد (21) ميكا هرتز والأخرى من المحطة التي تبث على التردد (22) ميكا هرتز، ويسمى تردد المحطة التي تبث على التردد (22) ميكا هرتز بالتردد المشابه.
مستقبل اذاعة الراديو AM
 |
| مستقبل اذاعة الراديو AM |
يقوم جهاز الراديو باستقبال موجة الـ AM مثلا الموجة ذات التردد (680KHz) والاستماع إلى ما يقوله مقدم البرنامج على هذا التردد ، ونحن نعلم أن جهاز راديو السيارة عبارة عن المستقبل لإشارات الراديو المنتقلة من محطة الإرسال عبر الهوائي في الفراغ ولكن كيف يفصل جهاز الراديو صوت المذيع عن الموجة الجيبية الحاملة، وان وظيفة الموجة الجيبية الحاملة هي نقل المعلومات عبر الفراغ، والتي تحمل المعلومات وهذه المعلومات هي التي تم تضمينها سعويا وبالتالي ومن خلال دائرة استقبال الراديو يمكن أن نحصل على الموجة الصوتية واستبعاد الموجة الجيبية.
مكونات مستقبل إذاعة الراديو AM
و من الشكل السابق يمكن لنا تحديد الأجزاء المهمة في راديو الـ AM ويمكن تعريف هذه الأجزاء بشكل مبسط وكما يأتي :
الهوائي: وهو سلك موصل يعمل على استقبال أمواج الراديو الموجودة في الفضاء.
المنغم : وهو دائرة ضبط استقبال التردد وتعتمد فكرة عمل الدائرة على مبدأ الرنين Resonance فكما نعلم ان الكثير من الترددات الراديوية يستقبلها الهوائي وهنا يأتي دور المنغم في عملية فصل التردد المنتخب للسماح له بالمرور وعدم السماح لبقية الترددات من المرور، والمنغم عبارة عن متسعة متغيرة وملف وتعمل بتردد معين هو التردد الرنيني إذ أن مقاومة الدائرة لهذا التردد اقل ما يمكن، وتكون عالية جدا لباقي الترددات حتى يمنع مرورها من خلاله ونستطيع من خلال تغيير قيمة المتسعة المتغيرة من تغيير قيمة التردد المسموح له بالمرور خلال المنغم والاستماع إلى قناة أخرى أو محطة أخرى.
الكاشف: وهو الجزء الذي يأتي بعد دائرة التنغيم والذي سنستقبل عليه المحطة التي تبث على التردد المطلوب مثلا (68OKHz) والذي يقوم بفصل المعلومات الصوتية عن الموجة الجيبية ويسمى أيضا (Demodulator) اي كاشف التضمين. وفي هذه المرحلة يتم استعمال دايود (ثنائي) يعمل على تقويم موجة الراديو لتصبح موجة موجبة كما في الشكل (38-4) إد يقوم الثنائي بتمرير الإشارة عندما
تكون الدورة موجبة وتمنع مرورها عندما تكون الدورة سالبة.
المكبر: وهو يأتي بعد مرحلة الكشف وعملية تكبير موجة الراديو المقومة وذلك باستعمال ترانزستور أو أكثر ومن ثم إرسالها إلى السماعة التي تعمل على إصدار الصوت وهو صوت مقدم البرامج الذي يتحدث عبر الموجة (680KHz) مثلا.
في حالة محطات الراديو التي تبث بنظام تضمين التردد FM يتم استبدال الكاشف بدائرة الكترونية لها القدرة على طرح (استخلاص) موجة الراديو المستقبلة من تردد الموجة الجيبية الأصلية لنحصل على الموجة التي تحتوي على المعلومات التي تكبر بنفس طريقة تضمين السعة AM وترسل بعد ذلك للسماعة.
ان الموجات الراديوية هي المدى المحدد من الترددات في الطيف الكهرومغناطيسي والتي تستعمل في العديد من الأجهزة والتي قامت لجنة الاتصالات الاتحادية (FCC) بتحديدها، فمثلا تم استعمال مدى التردد KHz( 550-1700) لمحطات الراديو التي تعمل بنظام تضمين السعة AM، واستعمال مدى الترددات MHz(88-108) لمحطات الراديو التي تعمل بنظام تضمين التردد FM .
وهناك أيضا ترددات محددة لأجهزة السيطرة والتحكم عن بعد والتي تعمل على التردد MHZ 40، وكذلك الترددات المستعملة للهواتف المحمولة على المدى MHz(824-849) .
ولهذا ترى انه لا يمكن أن يحدث تداخل بين عمل هذه الأجهزة إذا تم استعملها في أن واحد أو في مكان واحد، وفي النهاية نستطيع ان نعرف السر وراء كل تكنولوجيا الأجهزة التي تستعمل أمواج الراديو، وكيف يتم تضمين او تحميل هذه الأمواج بالمعلومات من خلال طرق التضمين الثلاثة، وكذلك تعرفنا على فكرة عمل جهاز الراديو من ناحية الإرسال والاستقبال، وللعلم عزيزي الطالب فإن إرسال واستقبال محطات الراديو تطور ليكون هناك راديو الأقمار الصناعية والتي تمكنك من استقبال أي محطة راديو من خلال الأقمار الصناعية الأجهزة أصبحت في كل بيت حيث يمكنك الاستماع لمحطات أي إذاعة في العالم من خلال جهاز استقبال الأقمار الاصطناعية الرقمي، وكذلك هناك راديو الانترنت والذي انتشر في الآونة الأخيرة لتتمكن أي محطة أرضية من بث إرسالها أيضا عبر شبكة الانترنت لتصل إلى كل بقاع الأرض.
مستقبل اذاعة الـ FM
 |
| مستقبل اذاعة الـ FM |
يستعمل هذا المستقبل للتخلص من بعض المشاكل التي تواجه المستقبل من نوع الـ AM ، وهذه المشاكل هي الضوضاء(Noise) و عدم الدقة (Fidelity) .
أن تصميم منظومة الـ FM هي أكثر تعقيدا من منظومة الـ AM وذلك للتخلص من العيوب المذكورة سابقا، إن ترددات الـ FM تقع ضمن المدى الترددي (88-108) ميكاهرتز وهذه الترددات تدخل إلى الجهاز عن طريق الهوائي، والإشارة الداخلة تكون بحاجة إلى تكبير فلذلك تمر بمرحلة تكبير ترددات راديوية (مكبر تردد راديوي RF-Amplifier)، بعد ذلك يتم انتخاب أو استخلاص التردد باستعمال المازج (Mixer) والمذبذب (Oscillator) إذ يقوم المازج هنا بطرح تردد المذبذب من الإشارة القادمة من مكبر التردد الراديوي بعدها تدخل الإشارة إلى مكبر آخر هو مكبر التردد الوسيط (lF-Amplifier) ومن ثم تذهب الإشارة الناتجة إلى كاشف خاص يسمى كاشف ترددات الـ FM (FM Demodulator) للكشف عن الإشارة المرغوبة (السمعية)، تكبر بعد ذلك فولتية هذه الإشارة عبر مكبر فولتية الإشارة السمعية (AF amplifier ) ومن ثم تذهب إلى مكبر أخر يعمل على تكبير القدرة ليتسنى لنا سماع الصوت وهو مكبر القدرة (Power Amplifier ) حتى يتم سماع الصوت بوساطة المرحلة النهائية وهي السماعة .
المصدر
كتاب العلوم الصناعية المناهج العراقية