مرجع کامل سیستم های صوتی ایران

امواج رادیویی،موج های الکترومغناطیس با فرکانس(بسامد)بین 30 هرتز تا 300 گیگاهرتز،میباشند.آنها،توسط یک دستگاهی به نام فرستنده رادیویی،تولید شده که به یک آنتن متصل است و این امواج را منتشر میکند.سپس،امواج توسط آنتن دستگاه دیگری دریافت شده که به آن گیرنده رادیویی میگویند.امروزه از رادیو در بسیاری از تکنولوژی های مدرن استفاده میشود،موبایل،رادار،وای فای،ناوبری(جی پی اس)،کنترل از راه دور،حسگر از راه دور و.....

در ارتباط رادیویی،که در رادیو و تلوزیون،موبایل،رادیو های دوراهه(همانند بیسیم،رادار)،اینترنت بی سیم،و ارتباط ماهواره ای استفاده میشود،از امواج رادیویی برای ارسال اطلاعات در فضای بین گیرنده و فرستنده استفاده میشود،که با مدوله کردن سیگنال رادیویی این کار انجام میپذیرد،مدوله کردن یعنی تحت تاثیر قرار دادن یکی از موئلفه های سیگنال رادیویی با توجه به اطلاعاتی که میخواهیم ارسال شوند.در رادار،که از آن برای کشف و تعقیب کشتی،هواپیما،موشک و یا فضاپیما استفاده میشود،یک پرتو از امواج رادیویی از فرستنده منتشر میشود،به جسم هدف برخورد کرده،بازتاب میشود و در نهایت امواج بازتاب شده موقعیت هدف را فاش میسازند.در یک سیستم ناوبری رادیویی همانند جی پی اس،امواج منتشر شده از یک فانوس رادیویی موقعیت یاب(اسم قراردادی برای فرستنده این امواج)که موقعیتش ثابت و شناخته شده است،به گیرنده میرسد و گیرنده با اندازه گیری و پردازش زمان دریافت امواج،میتواند موقعیت دقیق خود را روی زمین مشخص کند.در ریموت کنترل های رادیویی همانند پهپاد ها،کرکره برقی ها،سیستم های ورود بدون کلید،امواج رادیویی از یک کنترل برای کنترل کردن اقدامات گیرنده ی امواج،منتشر میشوند.

البته در برخی از کارها از امواج رادیویی در فاصله های بسیار کوتاه استفاده میشود که نمیتوان است آنها را رادیو گذاشت،همانند گرمای رادیویی که در دستگاه های پخت و پز مایکروویو خانگی استفاده میشود،یا در پزشکی همانند ام ار ای و یا دیاترمی.

وجود امواج رادیویی در ابتدا،توسط دانشمند آلمانی به نام هنریک هرتز در سال 1886 اثبات شد.در اواسط دهه 1890،بر اساس تکنیک های فیزیک دانان،گولیلمو مارکنی اولین راه ارتباط از راه دور با امواج رادیویی را پیاده سازی کرد،که یک کد مورس را به یک گیرنده که در یک کیلومتری او قرار داشت،ارسال میکرد.اولین سیگنال فرا اقیانوس اطلس نیز در سال 1901 مخابره شد،اولین برادکست رادیویی نیز در سال 1920 گفته شد.

استفاده از امواج رادیویی باید طبق قانون باشد،که تعیین میکند هر باند از طیف فرکانس امواج رادیویی برای چه کاری استفاده شود،و این قانون با سازمان اتحاد ارتباط از راه دور بین المللی هماهنگ میشود(itu).

تکنولوژی:امواج رادیویی،توسط شار های الکترونی تحت شتاب،منتشر میشوند.این امواج به صورت مصنوعی،با تغییر زمان جریان الکترونیکی،تولید میشوند،به این صورت که الکترون ها،در یک جسم رسانای فلزی،به عقب و جلو میروند،که ما به آن،آنتن میگوییم.

همان گونه که از یک لامپ روشن،دور میشویم،میزان نورش کم میشود،زمانی که از آنتن نیز فاصله بگیریم،امواج رادیویی شروع به پراکنده شدن و در نهایت،کم شدن قدرت سیگنال میشود.(قدرت سیگنال بر حسب وات بر متر مربع سنجیده میشود.).بنا بر این،سیگنال های رادیویی تنها تا فاصله محدودی از فرستنده،قابل دریافت هستند.این فاصله وابسته به قدرت فرستنده،حساسیت گیرنده،میزان نویز موجود در کانال،الگوی قطبی آنتن(الگوی پخش امواج آنتن)،و اجسام سر راه گیرنده و فرستنده،میباشد.(نکته:الگوی قطبی یعنی اینکه به چه جهت امواج را پخش کنیم،یک لامپ حبابی را در نظر بگیرید،که به تمام نقاط نور خود را میتاباند،و یک چراغ قوه دستی،که فقط جایی که نشانه گیری شده است را روشن میکند.آنتن نیز میتواند جهت دار و یا کروی،امواج را پخش کند،و یا از یک جهت امواج را دریافت کند همانند آنتن دیشی،و یا از تمام جهات امواج را دریافت کند همانند آنتن گوشی موبایل.)

امواج رادیویی در خلا،سرعتشان به اندازه سرعت نور است.

دیگر امواج الکترو مغناطیسی به غیر از امواج رادیویی همانند مادون قرمز،نور مرئی،فرا بنفش،اشعه ایکس و اشعه گاما،نیز میتوانند اطلاعات را حمل کنند و برای ارتباط استفاده شوند.

استفاده گسترده از امواج رادیویی برای ارتباط،به دلیل آن است که برای انتشار بسیار مناسب اند،به دلیل طول موج زیادشان.

ارتباطات رادیویی:در یک سیستم ارتباط رادیویی،اطلاعات در فضا،توسط امواج رادیویی حمل میشوند.در ارسال سیگنال،امواج اطلاعات توسط یک مبدل(همانند میکروفون،دوربین،یا داده های کامپیوتری توطس کامپیوتر)به سیگنال الکترونیکی تبدیل میشود که با تغییرات فرکانس،دارای اطلاعات خودش میباشد.به این موج،موج مدولاسیون گفته میشود.اطلاعات ما در این موج قرار دارد،اما به دلیل فرکانس پایین این امواج نمیتوانیم آنها را به صورت رادیویی ارسال کنیم.سپس،این موج مدولاسیون به فرستنده داده میشود.فرستنده،دارای یک اسیلاتور دارد،که یک موج AC با فرکانس بالا تولید میکند،به این موج که در محدوده فرکانس های رادیویی جای دارد موج حامل(کریرcarrier)گفته میشود.به این علت که،این موج به خدمت گرفته میشود تا اطلاعات ما را در کانال رادیویی،حمل کند.سپس،از سیگنال اولی که سیگنال اطلاعات بود،برای مدوله کردن موج حامل استفاده میشود.مدوله کردن به زبان ساده یعنی،تغییر دادن یکی از مشخصه های موج حامل،متناسب با اطلاعات موجود در موج اطلاعات،یا همان موج مدولاسیون.رادیو های مختلف،از روش های مختلفی برای مدوله کردن موج حامل استفاده میکنند.

1-مدولاسیون دامنه یا AM:در این مدولاسیون،دامنه ی موج حامل با توجه به اطلاعات موج مدوله،تغییر میکند.

2-مدولاسیون فرکانس(FM):در این مدولاسیون،فرکانس موج حامل با توجه به اطلاعات موج مدوله تغییر میکند.

3-مدولاسیون کلید زنی جا به جایی فرکانس(FSK):برای انتقال اطلاعات دیجیتالی،از دستگاه های دیجیتال به دیجیتال استفاده میشود.در این مدولاسیون فرکانس موج حامل بین فرکانس ها جا به جا میشود.

4-تقسیم مالتی پلکسی فرکانس قائم(OFDM):یک خانواده از مدولاسیون دیجیتال که به طور گسترده در دستگاه هایی که پهنای باند بالایی دارند همانند مودم های وای فای،گوشی موبایل،فرستنده های دیجیتال تلوزیون،و برادکست رادیو های دیجیتال،استفاده میشود.این مدولاسیون بازده ی اسپکترومی بیش تری دارد و مقاومت بیش تری نسبت به محو شدن دارد،که از AM و FM بیش تر است.در OFDM،چندین موج حامل رادیویی با فرکانس های نزدیک به هم،در کانال رادیویی منتشر میشوند،هر موج،یک جریان بیت را مخابره میکند،به همین دلیل در لحظه،میتواند چند بیت را به طور همزمان منتقل کرد.در گیرنده،حامل ها دمدوله میشوند و بیت ها طبق دستورات موجود،کنار هم قرار گرفته و به یک جریان بیتی،دوباره تبدیل میشوند.

بسیاری روش های دیگر مدولاسیون وجود دارد که در آنها،حامل ارسال نمیشود،بلکه فقط یک یا دو باند کناری آن ارسال میشوند.

در حالت کلی،موج حامل مدوله شده،توسط یک آمپلی فایر تقویت شده و سپس به آنتن فرستاده میشود،آنتن نیز انرژی الکترونیکی را به امواج رادیویی که حالا حامل اطلاعات اند تبدیل میکند و برای گیرنده میفرستد.

در گیرنده،امواج رادیویی ابتدا به آنتن برخورد کرده و باعث القا شدن ولتاژی نوسان دار در آنتن میشود،این ولتاژ نوسان دار درواقط همان کپی امواجی است که از آنتن فرستنده منتشر شده،اما ممکن است بسیار ضعیف شده باشد،که به همین دلیل ابتدا گیرنده،همین موج را دوباره تقویت میکند تا به قدرت لازم مورد نیاز دوباره برگردد،سپس آنرا به دمدولاتور میفرستد.در نهایت دمدولاتور،اطلاعات را دوباره بازیابی کرده و انها را از حامل،جدا میکند،سپس اطلاعات به شکلی که دوباره برای انسان قابل استفاده باشد بازیابی میکند،یعنی به یک مبدل میفرستد،اگر اطلاعات صوت باشد آنها را به یک بلندگو،اگر ویدیو باشد آنها را به یک صفحه نمایش،و اگر اطلاعات دیجیتال باشد آنها را به یک کامپیوتر برای پردازش و درنهایت تعامل با انسان،میفرستد.

امروزه،امواج رادیویی بسیار زیادی در فضای اطراف ما وجود دارند اما بر روی یکدیگر هیچگونه اثر و تداخلی ندارند.به خاطر اینکه اسیلاتور فرستنده ها،هرکدام یک فرکانس متفاوتی را تولید میکنند،که بر واحد هرتز(HZ)،کیلو هرتز(kHZ)،مگا هرتز(MHZ)و گیگاهرتز(GHZ)سنجیده میشود.معمولا آنتن هر دریافت کننده ای،تمامی این سیگنال ها که از فرستنده های مختلف منتشر میشوند را دریافت میکنند.اما گیرنده از مداری به اسم مدار تیون استفاده میکند که بتوان تنها سیگنال انتخاب شده را از آنتن دریافت کرد و سیگنال های دیگر را پس زد.یک مدار تیون که به مدار رزونانت و یا مدار تانک نیز مشهور است،همانند یک رزوناتور و به طور مثال،شبیه یک دیاپازون عمل میکند،این مدار دارای یک فرکانس طبیعی است که در آن نوسان میکند،اما با وجود سلف خا خازن متغیر،میتوان فرکانس رزونانس آنرا تغییر داد،تا کاربر بتواند فرکانس ایستگاه رادیویی مورد نظر خود را تنظیم کند.به این کار تیونینگ میگویند.این کار باعث میشود که فرکانس های عبوری از آنتن،توسط این فیلتر،نتوانند عبور کنند مگر ایستگاهی که فرکانسش با فرکانس این فیلتر،برابر باشد،میتواند عبور کرده و بقیه ایستگاه ها حذف میشوند،سپس این سیگنال به بقیه قسمت های دریافت کننده اجازه راهیابی دارد.

پهنای باند:یک موج رادیویی مدوله شده،که سیگنال مدوله شده را حمل میکند،یک رنج از فرکانس هایی را اشغال میکند،اطلاعات یک موج مدوله شده در یک سیگنال رادیویی،در یک باند فرکانسی نازک به نام باند های کناری،یا ساید بند،متمرکز میشود.کل پهنای باندی سیگنال رادیویی ما اشغال میکند،یعنی بیش ترین فرکانس منهای کمترین فرکانس،پهنای باند نام دارد.برای هرمقدار از نسبت سیگنال به نویز داده شده،یک مقدار از پهنای باند میتواند یک مقدار از اطلاعات را حمل کند،(نواخت داده بر حسب بیت در ثانیه).بدون در نظر گرفتن اینکه این فرکانس رادیویی در کجای اسپکتروم قرار گرفته،بنابراین،پهنای باند یک مبنای اندازه گیری است که کانال ما چقدر توانایی انتقال اطلاعات را دارد.پهنای باند مورد نیاز برای انتقال اطلاعات،وابسته به سیگنال مدوله کننده است،مثلا،یک سیگنال ویدیویی حامل مقدار بیش تری از اطلاعات نسبت به یک سیگنال صوتی است.

در طول کل اسپکتروم رادیویی،مجموع فرکانس هایی که میتوانند در یک محدوده جغرافیایی مشخص،استفاده شوند،تعداد محدودی است.هر ارتباطط رادیویی،بخشی از پهنای باند کل موجود را اشغال میکند،به همین دلیل پهنای باند رادیویی بهه عنوان یک کالای تجاری در نظر گرفته شده و خرید و فروش میشود.به همین دلیل ممکن است مثلا یک باند خیلی کوچک رادیویی،در مناطقی،قیمتی در حد میلیون دلار داشته باشد،به همین دلیل دانشمندان به دنبال راهی برای کم کردن پهنای باند برای ارسال اطلاعات هستند.

به طور کند،از دهه ی 1990 یک انتقال ساده برای تبدیل روش های ارتباط رادیویی از آنالوگ به دیجیتال شکل گرفت.یکی از این دلایل،این بود که اطلاعات دیجیتالی نسبت به اطلاعات آنالوگ در یک پهنای باند یکسان،با سرعت بسیار بیش تری جا به جا میشوند،که با روش فشرده سازی داده ها،انجام میشود.از دیگر دلایل،ایمنی بالا تر داده های دیجیتال به نویز نسبت به داده های آنالوگ است.همچنین چیپ ست های دیجیتال نسبت به آنالوگ انعطاف پذیر تر هستند،و قابلیت تنوع داشتن در اطلاعات ارسال شده با یک روش مدولاسیون،یکی از مزایای دیگر ارسال اطلاعات به صورت دیجیتال میباشد.

به دلیل محدود بودن پهنای باند در دسترس،از نوآوری های مدرنی برای استفاده بیش تر از رادیو  در دهه های اخیر استفاده شده است.همانند رادیو ترانک،مخابرات طیف گسترده،شبکه سلولی،مدیریت اسپکتروم فراگیر،ادغام فرکانسی،رادیوی شناختی،و...

فرکانس های باندی ITU:در بالا از این سازمان بین المللی سخن گفتیم،این سازمان به طور خودسرانه،باند های رادیویی را به 12 عدد باند تقسیم کرده است.هرکدام از این باند ها با طول موجی به اندازه مضربی از عدد 10 بر منبای متر،شروع میشود(10ⁿ)و همچنین فرکانس نیز متناظر با آن از مبنای 3 شروع شده و در 10 ضرب میشود.هر کدام از این باند ها دارای یک اسم خاص هستند:

میتوان از جدول بالا دریافت که،پهنای باند،و رنج فرکانسی هر باند،با باند دیگر برابر نیست و به صورت تابع نمایی زیاد میشود،همراه با زیاد شدن فرکانس.""مثلا اگر در باند فرکانس های ابر پایین یک باند وجود داشته باشد،میتوان حدودا 10 باند در فرکانس فوقالعاده پایین،و 100 باند در فرکانس خیلی پایین،در اختیار داشت(مثال ها دقیق نیستند.)""

مقررات:موج های رادیویی هوایی،توسط منابعی مختلف و کاربران مختلفی،به اشتراک گذاشته میشوند.حال اگر دو فرستنده رادیویی در یک ناحیه،و با یک فرکانس بخواهند اطلاعات را مخابره کنند،این کار باعث به وجود آمدن تداخل میشود،چون گیرنده ها دچار حالتی به اسم آشفتگی میشوند،و نمیتوانند اطلاعات را از هم جدا کنند.پس هیچ کدام از اطلاعات فرستنده ها به درستی و شفافیت دریافت نمیشوند.تداخل امواج رادیویی،تنها باعث ضرر مالی نمیشوند بلکه در جاهایی میتوانند بسیار خطرناک و باعث خطرات جانی شوند.تداخل رادیو های یک هواپیما یا مرکز کنترل هوایی،یا تداخل رادیویی در بیسیم های یک آمبولانس و دیگر وسایل اورژانسی.به همین دلیل برای جلوگیری از این تداخلات،سازمان ITU قوانین بین المللی وضع کرده،و باند های رادیویی را هر کدام به کاری اختصاص داده.برای همین فرستنده های رادیویی باید از دولت موجود در منطقه برای کار کردن اجازه بگیرند و از محدوده فرکانس های مقرر شده،محدوده جغرافیایی مقرر شده،و همچنین محدودیت قدرت مقرر شده،فراتر نروند.در برخی از موارد همانند برادکست رادیو و تلوزیون،برخی از شبکه ها دارای اسم اختصاصی میباشند مانند شبه یک،شبکه خبر،رادیو جوان.همچنین تعمیرات فرستنده شبکه های رادیویی و یا تلفن از راه دور،تعمیرکاران باید لایسنس و گواهینامه ی انجام این تعمیرات،نگه داری،و تنظیمات را داشته باشند.

اما در یک سری استثنا ها،نیازی به این مجوز های سنگین نیست.مثلا تلفن بی سیم خانگی،برخی از واکی تاکی ها،رادیو های باند شهروندان،میکروفون بی سیم،ریموت کنترلر هایی مانند دزدگیر ماشین،یا ریموت کرکره برقی،این دستگاه ها در باند هایی کار میکنند که نیاز به مجوز نداشته،همچنین به علت توان پایین فرستنده مشکلی برای یکدیگر ایجاد نمیکنند،و یا به علت کدگذاری شدن داده های ارسال شده،تداخلی با یکدیگر ندارند.