خطوة بخطوة لصنع جهاز استقبال حزمة ترددات المطارات

6 التعليقات
"خطوة بخطوة لصنع جهاز استقبال حزمة ترددات المطارات"

Aircraft Band Receiver

Aircraft Band Receiver
سنتناول أعزائي في هذا الموضوع الخفيف واللطيف طريقة صنع راديو يستقبل الموجات المتداولة في اتصالات المطارات ما بين الطائرات وأبراج المراقبة .. يبدو ذلك مثيرا أليس كذلك؟!

وفي حقيقة الأمر أننا لن نصنعه - في هذا الموضوع - بالمعنى الحرفي، أي إيجاد من العدم، أو حتى تجميعها من القطع اليكترونية المتفرقة، ولكن سنقوم ببعض التعديلات على جهاز الراديو نفسه ليتمكن من استقبال هذه الموجات.

من المعروف أنّ أمواج راديو FM تقع في الحزمة الترددية (88-108) MHz، أي بعرض نطاق يساوي 20 MHz، وهذه الحزمة تقع مباشرة تحت حزمة الطيران المدني والتي تأخذ النطاق (108-138) MHz، أي بعرض نطاق يساوي 30 MHz، وهذا النطاق يستخدم للتحكم بالحركة الجوية وللاتصالات الأرض جوية (من الأرض إلى الجو).

وهذا يعني أنه بإمكاننا التعديل على جهاز الراديو التماثلي العادي من نوع AM/FM حتى يستقبل هذه الحزمة من الترددات.

ملاحظة: يمكنك النقر على الصور حتى تكون أكبر وأوضح لك ..

الخطوة رقم 1
الخطوة رقم 1: الحصول على جهاز راديو محمول من النوع التماثلي.
  • اختر طرازا قديما من راديو AM/FM مع ضابط الترددات التقليدي Traditional Tuning Dial (البكرة).
  • سنستخدم في هذا الموضوع راديو AM/FM محمول من نوع RadioShack AM/FM.
الخطوة رقم 2
الخطوة رقم 2: إزالة الغلاف الخلفي.
  • قم بفك البراغي الموجودة على الغطاء الخلفي، وقم بعدها بفتح الغطاء دون أن تحدث أضرارا بالقطع الداخلية.
  • بعض أنواع أجهزة الراديو يمكن أن تحتوي على بطاريات داخلية، فقم بإزالتها قبل الشروع بأي تعديل، حتى لا يؤدي ذلك إلى دارة قصر تحرق القطع.
الخطوة رقم 3
الخطوة رقم 3: حدد موقع الملفات Coils
  • حدد الملفات النحاسية الثلاثة (الموضحة في الرسم الجانبية بالدوائر الحمراء)، وكذلك اثنين منها من النوع متغير القيمة (الموضحة في الرسم الجانبية بالدوائر الزرقاء).
  • ملاحظة: إنّ المربع البلاستيكي الموجود إلى يسار الملفات هو مكثف (مواسع) يستخدم لضبط التردد، أي أنّ تحريكه هو ما يحرك المؤشر الموجود على لوحة ضبط التردد.
الخطوة رقم 4
الخطوة رقم 4: ضبط الملفات
  • قم بتشغيل الراديو (ضعه في حالة ON) واضبطه على وضع استقبال حزمة FM، قم بتوليف الراديو على محطة عالية التردد تكون أقرب ما تكون إلى التردد 108 MHz.
  • باستخدام مفك مسطح، قم بتوسعة الملفات الثلاثة (المحددة في الدوائر الحمراء) ببطئ كما هو موضح في الشكل المجاور.
  • يجب أن تلاحظ أنّ ضابط محطة الراديو يتحرك ببطئ أسفل التردد المطلوب، وهذا أمر جيد، وهنا نحن بصدد أن نوسع نطاق استقبال الراديو لترددات أعلى من التردد 108 MHz.
الخطوة رقم 5
الخطوة رقم 5: قم بتجربة الراديو
  • أعد ضبط الراديو وتحقق من المحطات الأصلية (التي كنت تستمع إليها من قبل)، هل ما زالت متوافرة؟
  • في الصورة المجاورة يمكنك أن ترى أنّ التردد المضبوط حول 108 MHz قد انتقل حاليا إلى الأسفل من التردد المحدد 101 MHz. (لاحظ كلمتي After & Before على الرسم المجاور).
  • الخطوة الأخيرة هي أن تقوم بالتقليب بين المحطات عن طريق مفتاح التوليف (البكرة)، سوف تجد أنّ كلّ المحطات هي عبارة عن صوت تشويش (Hiss)، المطلوب منك الآن هو أن تضبط الراديو على التردد الذي يعطيك أعلى صوت مسموع!
  • يعطيك ألف عافية! لقد أنهيت الآن كافة التعديلات، عليك الآن أن تذهب لزيارة المطار، لتجربها هناك.
  • اتجه إلى أقرب برج مراقبة قدر ما تستطيع، وقم بضبط التردد في المنطقة الموسعة التي قمت بانشائها، وعندما تكون هناك طائرات في المنطقة يجب عليك أن تكون قادرا على التقاط اتصالاتها بالبرج!
ملخص الفكرة:

إنّ وظيفة الملفات والمكثفات في أجهزة الاتصالات هي أن تضبط لنا التردد الذي يمر عبر الدوائر الكهربائية والاليكترونية، وهذا التردد يعتمد على قيمة كلا من الملفات والمكثفات، في الراديو تكون الملفات ثابتة القيمة بينما المواسع متغير، وهذا المواسع يكون مربوطا بالبكرة التي تغير موقع المؤشر، ومهما غيرنا من قيمة البكرة فإنها ستبقى وفق مدى محدد من الترددات وهو 88-108 MHz، ولذلك علينا تغيير قيمة الملفات أيضا حتى يتغير مدى الموجات المستقبلة، ويكون تغيير قيمة الملفات من خلال تغيير الفراغات بين لفائف الملفات.
   

الدرس الأول في مدرسة هندسة الاتصالات

13 التعليقات
AM vs. FM
>> مقدمة خفيفة في أساسيات الاتصالات

يعني مصطلح الاتصالات الاليكترونية هي تلك المنظومة التي تعمل على إرسال واستقبال ومعالجة الإشارات بين محطتين أو أكثر باستعمال الدوائر الإليكترونية.

والإشارات المعالجة هي إشارات المعلومات وتتخذ صيغة من الصيغتين التاليتين:
  1.  إشارة تماثلية (مستمرة).
  2.  إشارة رقمية (متقطعة).

>> لمحة بسيطة عن تاريخ الاتصالات:
  • عام 1837: استطاع مورس أن يطوّر أول نظام للاتصالات الإليكترونية.
  • عام 1876: قام جراهام بيل وتوماس لأوّل مرة بنقل صوت الإنسان عبر الأسلاك الكهربائية.
  • عام 1894: بدء استخدام أمواج الراديو.
  • عام 1920: بدء البث الإذاعي باستخدام موجات AM.
  • عام 1933: تمّ التوصل إلى موجات البث FM.
  • عام 1936: بدء البث الإذاعي باستخدام موجات FM.
يعزى الفضل في تطور الاتصالات الاليكترونية إلى التقدم الهائل في مجال أشباه الموصلات والتي سمحت بصناعة شرائح إليكترونية دقيقة متناهية في الصغر والتي سمحت لأنظمة الاتصالات أن تتطوّر، فمن الأنظمة الحديثة الأنظمة الرقمية وأنظمة المايكروويف والأقمار الصناعية والنظام العالمي للاتصالات المتنقلة وأنظمة الاتصالات الضوئية.

>> ويمكننا أن نصنف أنظمة الاتصالات الاليكترونية إلى نوعين رئيسيين:
  • نظام الاتصالات التماثلية Analog Communications System : وهو نظام إليكتروني يرسل ويستقبل الطاقة والأمواج بشكل مستمر.
  • نظام الاتصالات الرقمية Digital Communications System : وهي عبارة عن نظم ترسل الأمواج والطاقة بشكل متقطع كـ (1,0).

>> أجزاء نظم الاتصالات:
  • المرسل Transmitter : يتكوّن من مولد للاشارات ومعدّل يرسل البيانات استنادا إلى تقنيات معالجة الإشارات المختلفة.
  • وسط نقل Chanel : يمثل سلك، هواء، ليف ضوئي .. الخ
  • المستقبل Receiver : يتكوّن من معدّل عكسي يفك عملية التعديل الرئيسية، ويسترجع الموجة الأساسية.
  • التشويش Noise : والذي لا يعتبر عنصرا إنّما هي نتيجة تنبثق عن هذه المنظومة، وبالتالي يكلف مهندس الاتصالات بإيجاد الحلول المناسبة للتقليل من التشويش وزيادة جودة الاتصال.

>> مفهوم التعديل والتعديل العكسي:

Wireless Telecommunications
الإشارات التي تولدها الأجسام العادية كالصوت البشري والبيانات داخل الحاسوب وغيرها لا تكون قادرة على الانتقال عبر أوساط النقل المختلفة كالهواء والأسلاك، وذلك لضعف قدرة الإشارة نفسها ووجود غالبيتها تحت نطاق ترددي محدد يسمح بالمزيد من تداخل الإشارات ببعضها البعض.

ولهذا يتم تعديل شكل وطبيعة هذه الإشارات لتناسب الأوساط الناقلة، وهذا أمر أساسي في كل عملية اتصال بكافة أشكالها، فيعطى لك إشارة معلومة تردد كبير يحملها ويوصلها عبر وسط النقل إلى المستقبل، ويكون التعديل داخل المرسل.

ويمكن تشبيه عملية التعديل كأن تضع رجلا في سيارة ليسافر قاطعا الدول والحدود، يستطيع فعل ذلك إن كان يملك السيارة، ولكن لا يستطيع فعل ذلك إن كان ماشيا على قدميه فقط، فقدرته أقلّ من أن تحقق له هذا الهدف. أو كأن تمسك ورقة وترميها في الهواء .. ستقطع مسافة بسيطة، ولكن لو وضعت داخل هذه الورقة حجرا، ولففت الورقة عليه فستنطلق الورقة لمسافة أعلى عند رميها.

ويكون ذلك بالاستعانة بتردد يسمى (التردد الحامل) وهو تردد عالي جدا يولد من خلال (مذبذب محلي) موجود داخل المرسل، والمذبذب هو دارة إليكترونية تنتج ترددات بقيمة عالية.

وأمّا عن عملية التعديل العكسي فهي عملية عكسية تستخرج لنا الإشارة الأصلية من الإشارة المعدلة، وتكون كإنزال الرجل من السيارة، أو كإزالة الفلم من جوف الورقة.

>> أنواع التعديل:
  • تعديل السعة AM : وهي تعديل إتساع الموجة الحاملة بواسطة إشارة التعديل بما يتناسب مع إشارة التعديل، والموجة الناتجة تسمى تعديل السعة أو الموجة المعدّلة (بفتح الدال).
  • تعديل التردد FM : وهي تعديل تردد الموجة الحاملة بواسطة إشارة التعديل بما يتناسب مع التغيير الذي يطرأ على موجة إشارة التعديل، والموجة الناتجة تسمى تعديل التردد أو الموجة المعدّلة (بفتح الدال).
  • تعديل الطور PM : وهي تعديل طور الموجة الحاملة بواسطة إشارة التعديل بما يتناسب مع التغيير الحاصل في إشارة التعديل، والموجة الناتجة تسمى تعديل الطور أو الموجة المعدّلة (بفتح الدال).
* علما بأنّ السعة هي عبارة عن فولتية الإشارة، والتردد هو تردد تلك الموجة، والطور هو زاوية الموجة مع المحور السيني.

AM Modulation

FM Modulation

PM Modulation

>> لماذا نحتاج إلى تعديل الموجة؟

نحتاج للتعديل للأسباب التالية:
  • سهولة الإشعاع : حتى نرسل موجة كهرومغناطيسية بكفاءة فإننا نحتاج لهوائي إرسال طوله يكون في حدود 50% من طول موجة الإشارة المرسلة.
    وحتى نرسل موجة صوتية بشرية والتي ترددها يتراوح بين (100 - 3000 هيرتز) أي بطول موجي يتراوح بين (100 - 3000 كيلومتر) فنحن نحتاج لهوائي يتراوح طوله ما بين (50 - 1500 كيلومتر) وهذه بالتأكيد أطوال غير منطقية وغير عملية للهوائيات.
    ولهذا نقوم بتعديل الموجات حتى يكون ترددها عالي، وبالتالي يكون طولها الموجي صغير، فتصبح عملية الإرسال منطقية عملية.
    مثال عملي: لبث موجة ترددها الحامل يساوي 100 جيجاهيرتز (طولها الموجي 300 سم) فإننا سنحتاج لهوائي طوله 150 سم وهو طول عملي وواقعي.
  • النقل المتزامن لعدة إشارات : على إفتراض أننا تخلصنا من المشكلة الأولى وصنعنا هوائيات بأطوال خيالية، فلو أرسلت جميع المحطات موجاتها على تردداتها الأصلية فسوف تتداخل نظرا لوجود جميع الترددات الصوتية العادية تحت نطاق ترددي صغير ومحدد.
    ولهذا لن تستطيع جميع المحطات البث في الوقت نفسه.
    ولحل هذه المشكلة نلجأ إلى التعديل والذي يعطي لكل محطة ترددا محددا خاصة بها فنتخلص في هذه الحالة من تداخل الموجات.

كيفية بناء هوائي من نوع Yagi

8 التعليقات
Yagi Antennas
هناك عدة أشياء نحتاج للقيام بها من أجل أن نلتقط إشارات الراديو وهذا ما يقوم به الهوائي. فإن كان بإمكانك أن تضع الهوائي في مكان مرتفع كسطح بناية مثلا فنحن ننصحك بأن تستعمل هوائي من نوع يسمى ياغي ذو الثلاث عناصر (3 element Yagi)، يجدر بالذكر أنّ هذا التصميم جرّب في أكثر من خمس مدارس وأثبت أنه يعمل بشكل جيد، ويتميّز بأنه سهل الصنع وفعّال، ويتم حاليا تطوير وصناعة هوائيات أكبر من هذا النوع مثل هوائي ياغي ذو الست عناصر (6 element Yagi).

وبداية قبل كلّ شيء علينا أن نقرر ما هي قيمة التردد (تردد المحطة الإذاعية) الذي ننوي مراقبته، وبعد ذلك دعنا نذهب سويا في هذه النزهة التعريفية ..

ما هو الهوائي؟

Capital Peak Antennas
هو أداة كهرومغناطيسية مصممة لكي تجمع وتبعث أمواج الراديو، مكوّنة من مواد موصلة للتيار الكهربائي مرتبة في طريقة معينة تجعلها متناغمة مع ترددات أمواج الراديو. إنّه مثل الشوكة الرنانة في ظاهرة وجود الصوت نفسه عند تردد واحد لكلا الطرفين، حين نضبط الهوائيات على تردد معين سيتردد صداها إلى موجات الراديو الأخرى التي تحمل التردد نفسه.

عندما نضبط الهوائي بشكل صحيح فإنّه سيقوم بجمع الطاقة (الموجات الكهرومغناطيسية) وجعلها متاحة للمرور إلى مكبرات الصوت Amplifiers، والموجودة في أجهزة الاستقبال التي تحول هذه الموجات إلى موجات صوتية تستطيع الأذن البشرية سماعها. كما أنّ موجات الراديو موجودة ضمن ترددات لا تستطيع الأذن البشرية أن تسمعها، فهي ضعيفة جدا بحيث أننا لا نستطيع الكشف عنها بدون هوائي وجهاز استقبال راديوي.

إنّ إشارات الراديو تنتقل على شكل موجات من الفوتونات – كما في الضوء – وهذه الموجات طولها الموجي كبير جدا فلا تستطيع العين البشرية كشفها، فالعين البشرية تمّ ضبطها لترى موجات الضوء المرئي. والصوت ينتقل على شكل موجات من خلال جزيئات الهواء والماء وغيرها من المواد، والراديو يحول موجات الفوتونات إلى موجات صوتية.

هوائيات ياغي Yagi

ياغي هو اسم الرجل الياباني الذي صمم هذا النوع من الهوائيات، من السهل على الهواة أن يصنعوا مثل هذا النوع باستخدام مواد بسيطة كعلاقات الملابس والأسلاك النحاسية. كما أنّ استخدام هوائي "ياغي ذو العناصر الثلاثة" سيقوم بجمع الأشعة المنبعثة من محطة إرسال FM بعيدة بكفاءة، وهذا الهوائي مشكل من عدة قطع معدنية موضوعة على مسافات متباعدة عن بعضها البعض.

التصميم

Yagi Antennas
يتكوّن هوائي ياغي من جزئين:
  • The antenna elements
  • The antenna boom

وهناك ثلاثة أنواع من العناصر وهي:
  • The Reflector - REFL
  • The Driven Element - DE
  • The Directors - DIR

العاكس (Reflector) يكون في الجزء الخلفي من الهوائي الأبعد عن محطة الإرسال، والـ (Boom) يشير إلى اتجاه المحطة الإذاعية في الأفق.

والـ (Driven Element) هو حيث تعترض الإشارة من خلال معدات الاستقبال وتملك كيبلا مرفقا يأخذ الموجات المستقبلة إلى جهاز الاستقبال.

الصيغ

هناك صيغ يمكنك استخدامها لتحديد كلا من طول القطع والتباعد بينها، وتعمد أبعاد العناصر على الترددات المستخدمة، وهنا أدرج لكم قواعدا عامة للطول:
Wavelength Symbol


Reflector length    =    0.495 x wavelength
Dipole radiator     =    0.473 x wavelength
Director D1          =    0.440 x wavelength
Director D2          =    0.435 x wavelength
Director D3          =    0.430 x wavelength



علما بأنّ الطول الموجي يقاس بالأمتار m والتردد بالميجاهيرتز MHz.

وهناك طريقة لإيجاد قيمة الطول الموجي الذي ننوي أن نكشفه وهي بقسمة سرعة الضوء (300.000.000) متر في الثانية على قيمة التردد الذي ننوي أن نكشفه.

مثال:

Electromagnetic Spectrum
لنأخذ مثلا التردد 92.1 MHz.

الهيرتز تعني دورة واحدة في كل ثانية، أي اهتزازة واحد في الثانية الواحدة، والميجاهيرتز الواحد هو عبارة عن مليون اهتزازة في الثانية الواحدة، ووفقا لهذا فإن 92.1 MHz تساوي 92.100.100 دورة في الثانية الواحدة. ولحساب الطول الموجي للمحطة الإذاعية التي تستخدم التردد 92.1 MHz نقوم ببساطة بقسمة سرعة الضوء (300.000.000) على التردد (92.100.000) فينتج تقريبا (3.26 متر) وهو الطول الوجي لإشارات المحطة الإذاعية.

وبعبارة أخرى أنّ الموجة الإذاعية التي تأتيك من محطة الإرسال ذات التردد 92.1 MHz يكون طولها 3.26 متر.

وإذا كنت ترغب ببناء هوائي بعناصر كثيرة، فينبغي أن تكون الموجهات الخلفية بعامل 0.005 .. مثلا (Director 4 is 0.425 x wavelength). والموجه النهائي سيكون بمعامل 0.007 أقل من الموجه السابق.

مثال على قياسات هوائي ..

Transverse Wave
على تردد 435 MHz وهو تردد عالي جدا:


REFL  = 13.5 ins
DE = 12.875 ins
D1 = 12.0 ins
D2 = 11.875 ins
D3 = 11.75 ins
Next = 11.5 ins etc
Last = 0.375 ins less


ويذكر أنّ الحصول على التردد الصحيح هو جزء من الضبط (التوليف)، والجزء الآخر منه هو ضبط المسافات بين عناصر الهوائي وهي تأتي على القياسات التالية حسب التردد المستخدم 435 MHz:

R-DR = 0.125 x Wavelength = 8.6 cm at 435 MHz
DR - D1 = 0.125 x Wavelength = 8.6 cm at 435 MHz
D1 - D2 = 0.250 x Wavelength = 17.1 cm at 435 MHz
D2 - D3 etc = 0.250 x Wavelength = 17.1 cm at 435 MHz

المواد المستخدمة

إنّ أفضل المواد المستخدمة لبناء عناصر الهوائيات هي قضيب لحام المواد وأنابيب الألومنيوم، إلا أنّ هذه المواد غير متوافرة دائما عند الجميع، ولهذا يمكننا استخدام الأسلاك النحاسية فهي موافرة بكثرة إضافة لأنّ سعرها رخيص.
هندسة الاتصالات المبسّطة | بواسطة إياد أبو عرقوب