غرد

موجة ترددية خطية متغيرة التردد؛ موجة جيبية يزداد ترددها خطيًا مع مرور الوقت

النبضة هي إشارة يزداد ترددها ( نبضة تصاعدية ) أو يتناقص ( نبضة تنازلية ) مع مرور الوقت. في بعض المصادر، يُستخدم مصطلح النبضة كمرادف لإشارة المسح . [ 1 ] وهي شائعة الاستخدام في أنظمة السونار والرادار والليزر ، وفي تطبيقات أخرى، مثل اتصالات الطيف المنتشر (انظر: طيف النبضة المنتشر ). هذا النوع من الإشارات مستوحى من الطبيعة ، وينتج عن ظاهرة التشتت (علاقة غير خطية بين التردد وسرعة انتشار مكونات الموجة). ويتم عادةً تعويض هذه الظاهرة باستخدام مرشح مُطابق، والذي قد يكون جزءًا من قناة الانتشار. ومع ذلك، توجد تقنيات أفضل لكل من الرادار والاتصالات، وذلك بحسب مقياس الأداء المحدد. ونظرًا لاستخدامها في الرادار والفضاء، فقد تم اعتمادها أيضًا في معايير الاتصالات. وفي تطبيقات رادار السيارات، تُسمى عادةً شكل الموجة المُعدَّلة التردد الخطي (LFMW). [ 2 ]

في تطبيقات الطيف المنتشر، تُستخدم أجهزة الموجات الصوتية السطحية (SAW) غالبًا لتوليد إشارات التردد المتغير وفك تشفيرها. في مجال البصريات ، تُظهر نبضات الليزر فائقة القصر أيضًا خاصية التردد المتغير، والتي تتفاعل في أنظمة النقل البصري مع خصائص تشتت المواد، مما يزيد أو يقلل من تشتت النبضة الكلي أثناء انتشار الإشارة. ويُشير الاسم إلى صوت التغريد الذي تُصدره الطيور؛ انظر: تغريد الطيور .

التعريفات

تُترجم التعريفات الأساسية هنا إلى الكميات الفيزيائية الشائعة: الموقع (الطور)، والسرعة (السرعة الزاوية)، والتسارع (التردد). إذا عُرّف شكل الموجة على النحو التالي:x(ت)=الخطيئة(ϕ(ت)){\displaystyle x(t)=\sin \left(\phi (t)\right)}

ثم يتم تعريف التردد الزاوي اللحظي ، ω ، على أنه معدل الطور كما هو معطى بالمشتق الأول للطور، مع كون التردد العادي اللحظي، f ، هو نسخته المعيارية: ω(ت)=دϕ(ت)دت،و(ت)=ω(ت)2π{\displaystyle \omega (t)={\frac {d\phi (t)}{dt}},\,f(t)={\frac {\omega (t)}{2\pi }}}

وأخيرًا، يتم تعريف التردد الزاوي اللحظي (الرمز γ ) على أنه المشتق الثاني للطور اللحظي أو المشتق الأول للتردد الزاوي اللحظي. γ(ت)=د2ϕ(ت)دت2=دω(ت)دت{\displaystyle \gamma (t)={\frac {d^{2}\phi (t)}{dt^{2}}}={\frac {d\omega (t)}{dt}}} تُقاس سرعة الدوران الزاوي بوحدات الراديان لكل ثانية مربعة (rad/s 2 )؛ وبالتالي، فهي مماثلة للتسارع الزاوي .

إن النبض العادي الفوري (الرمز c ) هو نسخة معيارية، يتم تعريفها على أنها معدل تغير التردد الفوري: [ 3 ]ج(ت)=γ(ت)2π=دو(ت)دت{\displaystyle c(t)={\frac {\gamma (t)}{2\pi }}={\frac {df(t)}{dt}}} يبلغ عدد وحدات النبض العادي مقلوب الثواني المربعة (s −2 )؛ وبالتالي، فهو مماثل للتسارع الدوراني .

الأنواع

خطي

مخطط طيفي لإشارة ترددية خطية متغيرة التردد. يوضح المخطط الطيفي معدل التغير الخطي في التردد كدالة للزمن، في هذه الحالة من 0 إلى 7 كيلوهرتز، ويتكرر كل 2.3 ثانية. تتناسب شدة المخطط طرديًا مع محتوى الطاقة في الإشارة عند التردد والزمن المحددين.

في النبضة الخطية التردد أو ببساطة النبضة الخطية التردد اللحظيو(ت){\displaystyle f(t)}يتغير خطيًا تمامًا مع الزمن: و(ت)=جت+و0،{\displaystyle f(t)=ct+f_{0},} أينو0{\displaystyle f_{0}}هو التردد الابتدائي (في الوقتت=0{\displaystyle t=0}) وج{\displaystyle c}معدل النبضات، بافتراض ثباته: ج=و1-و0تي=ΔوΔت.{\displaystyle c={\frac {f_{1}-f_{0}}{T}}={\frac {\Delta f}{\Delta t}}.}

هنا،و1{\displaystyle f_{1}}هو التردد النهائي وتي{\displaystyle T}هو الوقت الذي يستغرقه الكنس منو0{\displaystyle f_{0}}لو1{\displaystyle f_{1}}.

الدالة المقابلة في المجال الزمني لطور أي إشارة متذبذبة هي تكامل دالة التردد، حيث يُتوقع أن ينمو الطور مثلϕ(ت+Δت)ϕ(ت)+2πو(ت)Δت{\displaystyle \phi (t+\Delta t)\simeq \phi (t)+2\pi f(t)\,\Delta t}أي أن مشتق الطور هو التردد الزاويϕ(ت)=2πو(ت){\displaystyle \phi '(t)=2\pi \,f(t)}.

بالنسبة للتردد الخطي، ينتج عن ذلك ما يلي: ϕ(ت)=ϕ0+2π0تو(τ)دτ=ϕ0+2π0ت(جτ+و0)دτ=ϕ0+2π(ج2ت2+و0ت)،{\displaystyle {\begin{aligned}\phi (t)&=\phi _{0}+2\pi \int _{0}^{t}f(\tau )\,d\tau \\&=\phi _{0}+2\pi \int _{0}^{t}\left(c\tau +f_{0}\right)\,d\tau \\&=\phi _{0}+2\pi \left({\frac {c}{2}}t^{2}+f_{0}t\right),\end{aligned}}}

أينϕ0{\displaystyle \phi _{0}}هي المرحلة الأولية (في الوقتت=0{\displaystyle t=0}). ولذلك يُطلق على هذا أيضًا اسم إشارة الطور التربيعي . [ 4 ]

الدالة المقابلة في المجال الزمني لإشارة التردد الخطي الجيبي هي جيب الزاوية للطور بالراديان: x(ت)=الخطيئة[ϕ0+2π(ج2ت2+و0ت)]{\displaystyle x(t)=\sin \left[\phi _{0}+2\pi \left({\frac {c}{2}}t^{2}+f_{0}t\right)\right]}

النمو الأسي

موجة ترددية متغيرة أُسّيًا؛ موجة جيبية يزداد ترددها أُسّيًا مع مرور الوقت
مخطط طيفي لتردد متذبذب أُسّي. يُظهر المخطط معدل التغير الأُسّي للتردد كدالة للزمن، حيث يتراوح في هذه الحالة من الصفر تقريبًا إلى 8  كيلوهرتز، ويتكرر كل ثانية. كما يظهر في هذا المخطط الطيفي انخفاض في التردد إلى 6  كيلوهرتز بعد بلوغه ذروته، وهو على الأرجح نتيجة لطريقة توليد الموجة المستخدمة.

في التردد الهندسي المتغير ، والذي يُسمى أيضًا التردد الأسي المتغير ، يتغير تردد الإشارة بعلاقة هندسية مع مرور الوقت. بعبارة أخرى، إذا تم اختيار نقطتين في شكل الموجة،ت1{\displaystyle t_{1}}وت2{\displaystyle t_{2}}والفاصل الزمني بينهماتي=ت2-ت1{\displaystyle T=t_{2}-t_{1}}إذا تم الحفاظ على نسبة التردد ثابتةو(ت2)/و(ت1){\displaystyle f\left(t_{2}\right)/f\left(t_{1}\right)}سيكون ثابتًا أيضًا. [ 5 ] [ 6 ]

في النبضة الأسية، يتغير تردد الإشارة بشكل أسي كدالة للزمن: و(ت)=و0كتتي{\displaystyle f(t)=f_{0}k^{\frac {t}{T}}} أينو0{\displaystyle f_{0}}هو التردد الابتدائي (عندت=0{\displaystyle t=0})، وك{\displaystyle k}هو معدل التغير الأسي في التردد.

ك=و1و0{\displaystyle k={\frac {f_{1}}{f_{0}}}}

أينو1{\displaystyle f_{1}}هو التردد النهائي للنغمة (عند ت=تي{\displaystyle t=T}).

على عكس النبضة الخطية، التي تتميز بتردد ثابت، فإن النبضة الأسية لها معدل تردد متزايد بشكل أسي.

الدالة المقابلة في المجال الزمني لطور التردد الأسي هي تكامل التردد: ϕ(ت)=ϕ0+2π0تو(τ)دτ=ϕ0+2πو00تكτتيدτ=ϕ0+2πو0(تي(كتتي-1)ln(ك)){\displaystyle {\begin{aligned}\phi (t)&=\phi _{0}+2\pi \int _{0}^{t}f(\tau )\,d\tau \\&=\phi _{0}+2\pi f_{0}\int _{0}^{t}k^{\frac {\tau }{T}}d\tau \\&=\phi _{0}+2\pi f_{0}\left({\frac {T\left(k^{\frac {t}{T}}-1\right)}{\ln(k)}}\right)\end{aligned}}} أينϕ0{\displaystyle \phi _{0}}هي المرحلة الأولية (عندت=0{\displaystyle t=0}).

الدالة المقابلة في المجال الزمني لإشارة التردد الأسي الجيبي هي جيب الزاوية للطور بالراديان: x(ت)=الخطيئة[ϕ0+2πو0(تي(كتتي-1)ln(ك))]{\displaystyle x(t)=\sin \left[\phi _{0}+2\pi f_{0}\left({\frac {T\left(k^{\frac {t}{T}}-1\right)}{\ln(k)}}\right)\right]}

كما هو الحال بالنسبة للتردد الخطي المتغير، يتكون التردد اللحظي للتردد الأسي المتغير من التردد الأساسيو(ت)=و0كتتي{\displaystyle f(t)=f_{0}k^{\frac {t}{T}}}مصحوبة بتوافقيات إضافية .

القطع الزائد

تُستخدم النبضات المتغيرة القطعية في تطبيقات الرادار، لأنها تُظهر استجابة مرشح مطابقة قصوى بعد تشويهها بتأثير دوبلر. [ 7 ]

في النبضة المتغيرة بشكل زائد، يتغير تردد الإشارة بشكل زائد كدالة للزمن: و(ت)=و0و1تي(و0-و1)ت+و1تي{\displaystyle f(t)={\frac {f_{0}f_{1}T}{(f_{0}-f_{1})t+f_{1}T}}}

الدالة المقابلة في المجال الزمني لطور التردد الزائدي هي تكامل التردد: ϕ(ت)=ϕ0+2π0تو(τ)دτ=ϕ0+2π-و0و1تيو1-و0ln(1-و1-و0و1تيت){\displaystyle {\begin{aligned}\phi (t)&=\phi _{0}+2\pi \int _{0}^{t}f(\tau )\,d\tau \\&=\phi _{0}+2\pi {\frac {-f_{0}f_{1}T}{f_{1}-f_{0}}}\ln \left(1-{\frac {f_{1}-f_{0}}{f_{1}T}}t\right)\end{aligned}}} أينϕ0{\displaystyle \phi _{0}}هي المرحلة الأولية (عندت=0{\displaystyle t=0}).

الدالة المقابلة في المجال الزمني لإشارة التردد الزائدي الجيبي هي جيب الطور بالراديان: x(ت)=الخطيئة[ϕ0+2π-و0و1تيو1-و0ln(1-و1-و0و1تيت)]{\displaystyle x(t)=\sin \left[\phi _{0}+2\pi {\frac {-f_{0}f_{1}T}{f_{1}-f_{0}}}\ln \left(1-{\frac {f_{1}-f_{0}}{f_{1}T}}t\right)\right]}

جيل

يمكن توليد إشارة التردد المتغير (chirp) باستخدام دوائر تناظرية عبر مذبذب مُتحكم فيه بالجهد (VCO) وجهد تحكم متزايد خطيًا أو أُسّيًا . كما يمكن توليدها رقميًا بواسطة معالج إشارة رقمي (DSP) ومحول رقمي إلى تناظري (DAC)، باستخدام مُركِّب رقمي مباشر (DDS) وتغيير خطوة المذبذب المُتحكم فيه رقميًا. [ 8 ] ويمكن أيضًا توليدها بواسطة مذبذب YIG .

العلاقة بإشارة نبضية

إشارات التردد المتغير والنبضات ومكوناتها الطيفية (المختارة) . في الأسفل، تظهر أربعة مكونات أحادية اللون ، وهي موجات جيبية بترددات مختلفة. يوضح الخط الأحمر في الموجات فرق الطور النسبي بينها وبين الموجات الجيبية الأخرى، والناجم عن خاصية التردد المتغير. تزيل الرسوم المتحركة فرق الطور تدريجيًا (كما هو الحال في الترشيح المطابق )، مما ينتج عنه نبضة sinc عند انعدام فرق الطور النسبي.

تتشابه إشارة التردد المتغير (chirp) في محتواها الطيفي مع إشارة النبضة . مع ذلك، وعلى عكس إشارة النبضة، فإن مكونات إشارة التردد المتغير لها أطوار مختلفة، [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] أي أن أطياف قدرتها متشابهة، بينما أطياف أطوارها مختلفة. قد يؤدي تشتت وسط انتشار الإشارة إلى تحويل غير مقصود لإشارات النبضة إلى ترددات متغيرة ( صفير ). من جهة أخرى، تستخدم العديد من التطبيقات العملية، مثل مضخمات النبضات المتغيرة أو أنظمة تحديد الموقع بالصدى، [ 11 ] إشارات التردد المتغير بدلاً من النبضات نظرًا لانخفاض نسبة ذروة القدرة إلى متوسطها (PAPR) فيها بطبيعتها . [ 12 ]

الاستخدامات والحالات

تعديل التردد

تم تسجيل براءة اختراع تقنية تعديل التردد الخطي (Chirp Modulation) للاتصالات الرقمية باسم سيدني دارلينجتون عام 1954، مع إنجازات لاحقة هامة من قبل وينكلر عام 1962. يستخدم هذا النوع من التعديل موجات جيبية يتغير ترددها اللحظي خطيًا مع مرور الوقت. وتُعرف هذه الموجات عادةً باسم "التردد الخطي" أو ببساطة "التردد".

لذا يُطلق على معدل تغير ترددها اسم معدل التردد المتغير . في تعديل التردد المتغير الثنائي، تُرسل البيانات الثنائية بتحويل البتات إلى ترددات متغيرة ذات معدلات تردد متغيرة متعاكسة. على سبيل المثال، خلال فترة بت واحدة، يُخصص للرقم "1" تردد متغير بمعدل موجب a ، وللرقم "0" تردد متغير بمعدل سالب −a . وقد استُخدمت الترددات المتغيرة بكثرة في تطبيقات الرادار ، ونتيجة لذلك، تتوفر مصادر متطورة للإرسال ومرشحات مطابقة لاستقبال الترددات المتغيرة الخطية.

(أ) في معالجة الصور، نادرًا ما تحدث الدورية المباشرة، بل تُصادف الدورية المنظورية. (ب) تتكرر البنى، مثل المساحة المظلمة المتناوبة داخل النوافذ والمساحة المضيئة للخرسانة البيضاء، بتردد متزايد نحو اليمين. (ج) لذا، فإن التردد الأمثل لمعالجة الصور غالبًا ما يكون ترددًا إسقاطيًا.

تحوّل تشيربليت

وهناك نوع آخر من التغريد وهو التغريد الإسقاطي، الذي يكون على الشكل التالي: ز=و[أx+بجx+1]،{\displaystyle g=f\left[{\frac {a\cdot x+b}{c\cdot x+1}}\right],} يحتوي على ثلاثة معايير: أ (المقياس)، ب (الإزاحة)، ج (التردد). يُعد التردد الإسقاطي مثاليًا لمعالجة الصور ، ويشكل أساس تحويل التردد الإسقاطي . [ 3 ]

صوت نقر المفتاح

يُعرف التغيير في تردد شفرة مورس عن التردد المطلوب، بسبب ضعف الاستقرار في مذبذب الترددات الراديوية ، باسم التشويش ، [ 13 ] ويتم إعطاؤه في نظام RST حرفًا ملحقًا 'C'.

انظر أيضاً

مراجع

  1. وايسشتاين، إريك و. "إشارة المسح". من ماث وورلد - مورد ويب من وولفرام. http://mathworld.wolfram.com/SweepSignal.html
  2. لي، تاي يون؛ جيون، سي يون؛ هان، جونغ هوان؛ سكفورتسوف، فلاديمير؛ نيكيتين، كونستانتين؛ كا، مين هو (أغسطس 2016). "تقنية مبسطة لقياس المسافة والسرعة لأجسام متحركة متعددة باستخدام إشارة معدلة التردد الخطي". مجلة IEEE للمستشعرات . 16 (15): 5912-5920 . Bibcode : 2016ISenJ..16.5912L . doi : 10.1109/JSEN.2016.2563458 .
  3. 1 2 مان، ستيف وهايكين، سيمون؛ تحويل تشيربليت: تعميم لتحويل لوجون لغابور؛ واجهة الرؤية '91.
  4. إيستون، آر إل (2010). طرق فورييه في التصوير . وايلي. ص 703. ISBN  9781119991861تم الاطلاع عليه بتاريخ 2014-12-03 .
  5. لي، إكس. (15-11-2022)، أساليب تحليل الزمن والتردد لإشارات الموجات الثقالية ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 10-02-2023
  6. مامو، ج.؛ كيترلينغ، ج. أ.؛ سيلفرمان، ر. هـ. (2008). "التصوير بالإثارة المشفرة بتقنية التشيرب باستخدام مصفوفة حلقية عالية التردد للموجات فوق الصوتية" . معاملات IEEE في الموجات فوق الصوتية، والمواد الكهروإجهادية، والتحكم في التردد . 55 (2): 508-513 . Bibcode : 2008ITUFF..55..508M . doi : 10.1109/TUFFC.2008.670 . PMC 2652352. PMID 18334358 .  
  7. يانغ، ج.؛ ساركار، ت.ك. (يونيو 2006). "خاصية عدم تأثر الموجات ذات التردد المُعدَّل الزائدي بتأثير دوبلر". رسائل تكنولوجيا الميكروويف والبصريات . 48 (6): 1174-1179 . doi : 10.1002/mop.21573 .
  8. يانغ، هيين؛ ريو، سانغ-بورم؛ لي، هيون-تشول؛ لي، سانغ-غيو؛ يونغ، سانغ-سون؛ كيم، جاي-هيون (2014). "تنفيذ مولد إشارة ترددية متغيرة التردد (DDS) على مصفوفة البوابات المنطقية القابلة للبرمجة (FPGA)". المؤتمر الدولي لعام 2014 حول تقارب تكنولوجيا المعلومات والاتصالات (ICTC) . الصفحات 956-959 . doi : 10.1109/ICTC.2014.6983343 . ISBN  978-1-4799-6786-5.
  9. "نبضات مُغرّدة" . setiathome.berkeley.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2014-12-03 .
  10. إيستون الابن، روجر ل. (2010). طرق فورييه في التصوير . جون وايلي وأولاده. ص 700. ISBN  978-1-119-99186-1.
  11. 1 2 "إشارات الزقزقة" . dspguide.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2014-12-03 .
  12. 1 2 نيكيتين، أليكسي ف.؛ ديفيدتشاك، روسلان ل. (2019). "عرض النطاق الترددي ليس كافيًا: الضوضاء الشاذة "الخفية" وتخفيفها". arXiv : 1907.04186 [ eess.SP ].
  13. دليل المبتدئين في هواية الراديو بقلم كلاي لاستر