فهم مكونات التردد اللاسلكي السلبية: الاختلافات الأساسية بين مُجمِّع النطاق المزدوج للتردد اللاسلكي، ومُوجِّه التردد اللاسلكي، ومُوجِّه التردد اللاسلكي
في النظام البيئي المعقد لأنظمة الترددات الراديوية (RF)،
مكونات RF السلبية
تعمل كعناصر خفية تُمكّن من نقل الإشارات وتوزيعها وإدارتها بسلاسة. على عكس المكونات النشطة (مثل المُضخِّمات أو المُذبذبات) التي تتطلب طاقة خارجية للتشغيل، تعمل المكونات السلبية عن طريق تشكيل الإشارات أو ترشيحها أو دمجها دون إضافة طاقة، مما يجعلها ضرورية للحفاظ على سلامة الإشارة في تطبيقات تتراوح من محطات الجيل الخامس الأساسية واتصالات الأقمار الصناعية إلى أجهزة توجيه Wi-Fi ورادار السيارات. من بين أكثر مكونات الترددات الراديوية السلبية استخدامًا هي
مُجمِّع النطاق المزدوج للتردد اللاسلكي
،
جهاز إرسال واستقبال ترددات الراديو
، ومُزدوج الترددات الراديوية (RF Diplexer). قد تبدو هذه الأجهزة الثلاثة متشابهة للوهلة الأولى (جميعها تتعامل مع إشارات ترددات راديوية متعددة)، إلا أن مبادئ تشغيلها، وحالات استخدامها، ووظائفها الأساسية تختلف اختلافًا واضحًا. ستُفصّل هذه المدونة كل مكون، وتوضح أدواره الفريدة، وتُبرز الاختلافات الرئيسية لمساعدتك في اختيار الجهاز المناسب لنظام الترددات الراديوية لديك.
1. أولاً، دعونا نوضح: ما هي مكونات RF السلبية؟
قبل الخوض في تفاصيل المجمعات والمضاعفات والمضاعفات، من الضروري تحديد
مكونات RF السلبية
—الفئة التي تنتمي إليها هذه الأجهزة. المكونات السلبية للترددات الراديوية هي مكونات إلكترونية مصممة للعمل بترددات راديوية (عادةً من 3 كيلوهرتز إلى 300 جيجاهرتز) ولا تتطلب مصدر طاقة خارجيًا. بدلاً من ذلك، تُعالج هذه المكونات إشارات الترددات الراديوية من خلال عمليات مثل التوهين، والانعكاس، والترشيح، والدمج. من الأمثلة الشائعة المقاومات، والمكثفات، والمحاثات، والمرشحات، والهوائيات، والأجهزة الثلاثة التي سنركز عليها اليوم: مُجمِّعات النطاق المزدوج، ومُجمِّعات النطاق المزدوج، ومُجمِّعات النطاق المزدوج. غالبًا ما يعتمد أداء أنظمة الترددات الراديوية - مثل جودة الإشارة، وكفاءة عرض النطاق، ومقاومة التداخل - بشكل كبير على جودة هذه المكونات السلبية واختيارها المناسب.
2. مُجمِّع النطاق المزدوج للترددات الراديوية: دمج إشارتين في مسار واحد
التعريف ومبدأ العمل
أن
مُجمِّع النطاق المزدوج للتردد اللاسلكي
(يُعرف أيضًا باسم مُجمِّع الإشارة ثنائي النطاق) هو مكون سلبي متخصص في التردد اللاسلكي مصمم لـ
دمج إشارتي RF من نطاقات تردد مختلفة في خط نقل مشترك أو هوائي واحد
وتتمثل وظيفتها الأساسية في إزالة التداخل بين إشارتي الإدخال مع ضمان الحد الأدنى من فقدان الإشارة (فقدان الإدخال) لكل نطاق.
لتحقيق ذلك، تستخدم مُجمِّعات الترددات اللاسلكية ثنائية النطاق تصميمًا قائمًا على مُرشِّحات (غالبًا ما تكون مُرشِّحات تمرير نطاق لكل نطاق إدخال). يُزوَّد كل منفذ إدخال بمرشح يسمح بمرور نطاق تردده المُحدَّد فقط، مع حجب الإشارات من النطاق الآخر. على سبيل المثال، يُمكن تصميم مُجمِّع ثنائي النطاق لدمج إشارة واي فاي بتردد 2.4 جيجاهرتز وإشارة واي فاي بتردد 5 جيجاهرتز: يستخدم منفذ الإدخال بتردد 2.4 جيجاهرتز مُرشِّحًا يحجب إشارات 5 جيجاهرتز، ويستخدم منفذ الإدخال بتردد 5 جيجاهرتز مُرشِّحًا يحجب إشارات 2.4 جيجاهرتز. ثم تخرج الإشارة المُجمَّعة (التي تحتوي على كلٍّ من الترددين 2.4 جيجاهرتز و5 جيجاهرتز) عبر منفذ إخراج واحد، يُمكن توصيله بهوائي ثنائي النطاق.
الميزات الرئيسية وحالات الاستخدام
-
الاتجاهية
عادةً ما تكون مُجمِّعات الترددات الراديوية ثنائية النطاق "أحادية الاتجاه"، أي أنها تجمع الإشارات من منافذ الإدخال إلى منافذ الإخراج فقط. ولن يؤدي عكس تدفق الإشارة (مثل استخدام منفذ الإخراج كمدخل) إلى تقسيم الإشارة إلى نطاقين.
-
عزل النطاق
من مقاييس الأداء المهمة "العزل" - أي درجة انفصال نطاقي الإدخال. يمنع العزل العالي (عادةً >20 ديسيبل) تسرب إشارة واحدة إلى منفذ الإدخال الآخر، مما قد يُسبب تداخلاً.
-
التطبيقات الشائعة
:أجهزة توجيه Wi-Fi (تجمع بين إشارات 2.4 جيجاهرتز و5 جيجاهرتز لهوائي ثنائي النطاق واحد)، ومحطات القاعدة الخلوية (دمج إشارات النطاق المنخفض والمتوسط)، وأجهزة استقبال الأقمار الصناعية (تجمع بين إشارات النطاق L والنطاق Ku).
3. جهاز الإرسال والاستقبال اللاسلكي المزدوج: تمكين الإرسال والاستقبال المتزامن على هوائي واحد
التعريف ومبدأ العمل
أن
جهاز إرسال واستقبال ترددات الراديو
هو مكون سلبي حيوي آخر للترددات الراديوية، لكن غرضه يختلف اختلافًا جوهريًا عن مُجمِّع النطاق المزدوج. يسمح المُجمِّع المزدوج لهوائي واحد
إرسال (TX) واستقبال (RX) إشارات RF في وقت واحد
—حتى لو كانت إشارات الإرسال والاستقبال تعمل على ترددات مختلفة. هذا يُلغي الحاجة إلى هوائيات منفصلة للإرسال والاستقبال، مما يوفر المساحة ويُقلل من تعقيد النظام.
يعتمد مبدأ عمل جهاز الإرسال والاستقبال اللاسلكي على مرشحين رئيسيين: أ
مرشح الإرسال
(مرشح TX) و
مرشح الاستقبال
(مرشح الاستقبال). مرشح الإرسال هو مرشح تمرير نطاقي يسمح فقط بمرور تردد جهاز الإرسال إلى الهوائي، ويمنع وصول أي إشارات استقبال واردة إلى جهاز الإرسال (مما قد يؤدي إلى تلف دائرة الإرسال). على العكس، مرشح الاستقبال هو مرشح تمرير نطاقي يسمح فقط بمرور تردد جهاز الاستقبال إلى دائرة الاستقبال، ويمنع إشارة الإرسال عالية الطاقة من التداخل مع مكونات الاستقبال الحساسة.
على سبيل المثال، في هاتف ذكي 4G LTE، يتيح الموزع المزدوج للجهاز إرسال إشارات (TX) بسرعة 1.8 جيجاهرتز واستقبال إشارات (RX) بسرعة 2.1 جيجاهرتز باستخدام نفس الهوائي - كل ذلك دون تداخل TX/RX.
الميزات الرئيسية وحالات الاستخدام
-
عملية ثنائية الاتجاه
:على عكس المجمعات ثنائية النطاق، تدعم المجمعات المزدوجة تدفق الإشارة ثنائي الاتجاه: تنتقل إشارات الإرسال من المرسل إلى الهوائي، وتنتقل إشارات الاستقبال من الهوائي إلى المستقبل - في وقت واحد.
-
التعامل مع الطاقة العالية
:يجب أن تتعامل أجهزة الإرسال المزدوجة مع إشارات الإرسال عالية الطاقة (غالبًا ما تصل إلى عدة وات) دون تدهور الإشارة، مما يجعلها مناسبة لأنظمة الإرسال والاستقبال.
-
التطبيقات الشائعة
:الأجهزة الخلوية (الهواتف الذكية، والأجهزة اللوحية)، وأجهزة الراديو ثنائية الاتجاه (أجهزة اللاسلكي)، وأنظمة الرادار، وأجهزة الإرسال والاستقبال عبر الأقمار الصناعية.
4. مُضاعف الترددات الراديوية: تقسيم أو دمج الإشارات للإرسال/الاستقبال
التعريف ومبدأ العمل
غالبًا ما يُخلط بين مُضاعف الترددات الراديوية (RF Diplexer) ومُجمعات النطاقات الثنائية والمُضاعفات، ولكنه يُلبي احتياجات مُحددة. في جوهره، مُضاعف الترددات الراديوية هو مُكوّن سلبي يُمكنه
إما تقسيم إشارة إدخال واحدة إلى إشارتي إخراج من نطاقات تردد مختلفة (وضع التقسيم) أو دمج إشارتي إدخال في إشارة إخراج واحدة (وضع الجمع)
.
يشبه التصميم مُجمِّع النطاقات الثنائية: فهو يستخدم مُرشِّحات تمرير النطاقات أو إيقافها لفصل الترددات أو دمجها. على سبيل المثال، في نظام تلفزيون الكابل، قد يُقسِّم مُجمِّع الإشارة إشارة كابل محوري إلى نطاقين: نطاق لقنوات التلفزيون (مثلاً، 50-860 ميجاهرتز) ونطاق لبيانات الإنترنت (مثلاً، 900-1700 ميجاهرتز). وبالعكس، يُمكن دمج هاتين الإشارتين في كابل واحد لتقليل الأسلاك.
الميزات الرئيسية وحالات الاستخدام
-
وظيفة الوضع المزدوج
:على عكس المجمعات ثنائية النطاق (التي تجمع فقط) أو المجمعات المزدوجة (التي تركز على الإرسال/الاستقبال)، فإن المجمعات المزدوجة متعددة الاستخدامات - يمكنها تقسيم
أو
دمج الإشارات، اعتمادًا على احتياجات النظام.
-
فصل النطاق
:مثل المجمعات، تتطلب المجمعات ثنائية الاتجاه عزلًا عاليًا بين النطاقين لتجنب التداخل.
-
التطبيقات الشائعة
: أنظمة التلفزيون بالكابل (CATV)، وأجهزة استقبال الأقمار الصناعية (تقسيم إشارات النطاق L والنطاق Ka)، وأنظمة المعلومات والترفيه في السيارات (تجمع بين إشارات الراديو AM/FM وإشارات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
5. الاختلافات الأساسية: مُجمِّع النطاق المزدوج للترددات الراديوية (RF) مقابل مُوجِّه الترددات الراديوية المزدوج (RF) مقابل مُوجِّه الترددات الراديوية المزدوج (RF)
لتجنب الارتباك، دعونا نلخص الفروقات الرئيسية بين هذه المكونات السلبية الثلاثة للترددات الراديوية في مقارنة واضحة:
