جهاز الإرسال

تتضمن هذه المقالة قائمة بالمراجع العامة ، لكنها تفتقر إلى الاستشهادات المضمنة الكافية . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة من خلال تقديم استشهادات أكثر دقة. ( أكتوبر 2022 ) ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة )

في الإلكترونيات والاتصالات ، جهاز الإرسال اللاسلكي أو جهاز الإرسال فقط (يُشار إليه غالبًا باسم XMTR أو TX في المستندات الفنية) هو جهاز إلكتروني ينتج موجات راديو بهوائي بغرض نقل الإشارة إلى جهاز استقبال لاسلكي . يولد جهاز الإرسال نفسه تيارًا متناوبًا بتردد لاسلكي ، يتم تطبيقه على الهوائي . عندما يتم إثارته بواسطة هذا التيار المتناوب، يشع الهوائي موجات راديو.

تُعد أجهزة الإرسال أجزاءً أساسية لجميع الأجهزة الإلكترونية التي تتواصل عبر الراديو ، مثل محطات البث الإذاعي (الصوتي) والتلفزيوني ، والهواتف المحمولة ، وأجهزة الاتصال اللاسلكية ، وشبكات الكمبيوتر اللاسلكية ، والأجهزة التي تدعم تقنية البلوتوث ، وفتاحات أبواب المرآب ، وأجهزة الراديو ثنائية الاتجاه في الطائرات والسفن والمركبات الفضائية ومجموعات الرادار ومنارات الملاحة. يقتصر مصطلح جهاز الإرسال عادةً على المعدات التي تولد موجات الراديو لأغراض الاتصال ؛ أو تحديد الموقع بالراديو ، مثل أجهزة الإرسال الرادارية والملاحية. لا تُسمى مولدات الموجات الراديوية لأغراض التدفئة أو الصناعية، مثل أفران الميكروويف أو معدات العلاج بالحرارة ، عادةً أجهزة إرسال، على الرغم من أنها غالبًا ما تحتوي على دوائر متشابهة.

يُستخدم المصطلح بشكل شائع بشكل أكثر تحديدًا للإشارة إلى جهاز إرسال البث ، وهو جهاز إرسال يستخدم في البث ، كما هو الحال في جهاز إرسال الراديو FM أو جهاز إرسال التلفزيون . يشمل هذا الاستخدام عادةً كلًا من جهاز الإرسال نفسه والهوائي والمبنى الذي يوجد فيه غالبًا.

يمكن أن يكون المرسل قطعة منفصلة من المعدات الإلكترونية، أو دائرة كهربائية داخل جهاز إلكتروني آخر. يُطلق على المرسل والمستقبل المدمجين في وحدة واحدة اسم جهاز الإرسال والاستقبال . الغرض من معظم أجهزة الإرسال هو الاتصال اللاسلكي للمعلومات عبر مسافة. يتم توفير المعلومات لجهاز الإرسال في شكل إشارة إلكترونية تسمى إشارة التعديل، مثل إشارة الصوت من الميكروفون، أو إشارة الفيديو (التلفزيون) من كاميرا الفيديو، أو في أجهزة الشبكات اللاسلكية ، إشارة رقمية من جهاز كمبيوتر. يولد جهاز الإرسال إشارة تردد لاسلكي والتي عند تطبيقها على الهوائي تنتج موجات راديوية تسمى إشارة الناقل . يجمع الناقل مع إشارة التعديل، وهي عملية تسمى التعديل . يمكن إضافة المعلومات إلى الناقل بعدة طرق مختلفة، في أنواع مختلفة من أجهزة الإرسال. في جهاز إرسال التعديل بالسعة (AM)، تتم إضافة المعلومات إلى إشارة الراديو عن طريق تغيير سعتها . في جهاز إرسال التعديل بالتردد (FM)، تتم إضافتها عن طريق تغيير تردد إشارة الراديو قليلاً. تُستخدم أيضًا العديد من أنواع التعديل الأخرى.

يتم تطبيق الإشارة اللاسلكية من جهاز الإرسال على الهوائي ، الذي يشع الطاقة على شكل موجات راديو. قد يكون الهوائي محصورًا داخل العلبة أو متصلًا بالجزء الخارجي من جهاز الإرسال، كما هو الحال في الأجهزة المحمولة مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الاتصال اللاسلكي وفتحات أبواب المرآب . في أجهزة الإرسال الأكثر قوة، قد يكون الهوائي موجودًا أعلى مبنى أو على برج منفصل، ومتصلًا بجهاز الإرسال بواسطة خط تغذية ، وهو خط نقل .

تُشع الموجات الكهرومغناطيسية بواسطة الشحنات الكهربائية عندما تتسارع . [ ^{1] [2]} تتولد الموجات الراديوية ، وهي موجات كهرومغناطيسية ذات تردد راديوي، عن طريق تيارات كهربائية متغيرة مع الزمن ، تتكون من إلكترونات تتدفق عبر موصل معدني يسمى الهوائي والتي تغير سرعتها وبالتالي تتسارع. ^{[3] [2]} سيخلق التيار المتناوب المتدفق ذهابًا وإيابًا في الهوائي مجالًا مغناطيسيًا متذبذبًا حول الموصل. سيشحن الجهد المتناوب أيضًا طرفي الموصل بالتناوب بالإيجاب والسلب، مما يخلق مجالًا كهربائيًا متذبذبًا حول الموصل. إذا كان تردد التذبذبات مرتفعًا بدرجة كافية، في نطاق التردد اللاسلكي أعلى من حوالي 20 كيلو هرتز، فإن المجالات الكهربائية والمغناطيسية المتذبذبة المقترنة ستشع بعيدًا عن الهوائي إلى الفضاء كموجة كهرومغناطيسية، موجة راديو.

جهاز إرسال الراديو هو دائرة إلكترونية تقوم بتحويل الطاقة الكهربائية من مصدر طاقة، وهو بطارية أو طاقة التيار الكهربائي، إلى تيار متناوب بتردد لاسلكي لتطبيقه على الهوائي، ويشع الهوائي الطاقة من هذا التيار على هيئة موجات راديو. ^[4] يقوم جهاز الإرسال أيضًا بتشفير المعلومات مثل إشارة الصوت أو الفيديو إلى تيار التردد اللاسلكي الذي تحمله الموجات الراديوية. عندما تضرب هوائي جهاز استقبال الراديو ، تثير الموجات تيارات تردد لاسلكي مماثلة (ولكن أقل قوة) فيه. يستخرج جهاز استقبال الراديو المعلومات من الموجات المستقبلة.

يتكون جهاز الإرسال اللاسلكي العملي بشكل أساسي من الأجزاء التالية:

• في أجهزة الإرسال عالية القدرة، دائرة إمداد الطاقة لتحويل الطاقة الكهربائية الداخلة إلى الفولتية الأعلى اللازمة لإنتاج طاقة الإخراج المطلوبة.
• دائرة مذبذب إلكترونية لتوليد إشارة التردد اللاسلكي . وعادة ما تولد هذه الدائرة موجة جيبية ذات سعة ثابتة ، تسمى الموجة الحاملة لأنها تنتج الموجات اللاسلكية التي "تحمل" المعلومات عبر الفضاء. وفي أغلب أجهزة الإرسال الحديثة، تكون هذه الدائرة عبارة عن مذبذب بلوري يتم التحكم في تردده بدقة من خلال اهتزازات بلورة الكوارتز . ويعتبر تردد الموجة الحاملة هو تردد جهاز الإرسال.
• دائرة تعديل لإضافة المعلومات المراد إرسالها إلى الموجة الحاملة التي ينتجها المذبذب . يتم ذلك عن طريق تغيير بعض جوانب الموجة الحاملة. يتم توفير المعلومات للمرسل كإشارة إلكترونية تسمى إشارة التعديل . قد تكون إشارة التعديل إشارة صوتية تمثل الصوت ، أو إشارة فيديو تمثل الصور المتحركة، أو بالنسبة للبيانات في شكل إشارة رقمية ثنائية تمثل تسلسلًا من البتات ، وهي تدفق بتات . تستخدم أنواع مختلفة من أجهزة الإرسال طرق تعديل مختلفة لنقل المعلومات:
  • في جهاز إرسال AM ( تعديل السعة )، يتم تغيير سعة (قوة) الموجة الحاملة بما يتناسب مع إشارة التعديل.
  • في جهاز إرسال FM ( التعديل الترددي )، يتم تغيير تردد الموجة الحاملة بواسطة إشارة التعديل.
  • في جهاز إرسال FSK ( مفتاح تحويل التردد )، الذي ينقل البيانات الرقمية، يتم تحويل تردد الموجة الحاملة بين ترددين يمثلان الرقمين الثنائيين ، 0 و1.
  • OFDM ( التقسيم المتعدد الترددي المتعامد ) هي عائلة من طرق التعديل الرقمي المعقدة المستخدمة على نطاق واسع في أنظمة النطاق الترددي العالي مثل شبكات Wi-Fi والهواتف المحمولة والبث التلفزيوني الرقمي والبث الصوتي الرقمي (DAB) لنقل البيانات الرقمية باستخدام الحد الأدنى من عرض نطاق الطيف الراديوي . يتمتع OFDM بكفاءة طيفية أعلى ومقاومة أكبر للتلاشي من AM أو FM. في OFDM، يتم إرسال موجات حاملة راديو متعددة متقاربة التردد داخل القناة الراديوية، مع تعديل كل حاملة ببتات من تيار البتات الوارد بحيث يتم إرسال بتات متعددة في وقت واحد وبالتوازي. عند المستقبل، يتم فك تشفير الموجات الحاملة ويتم دمج البتات بالترتيب الصحيح في تيار بتات واحد.

تُستخدم أيضًا أنواع أخرى عديدة من التعديل . في أجهزة الإرسال الكبيرة، غالبًا ما يُشار إلى المذبذب والتعديل معًا باسم المُثير .

• مضخم التردد اللاسلكي (RF) لزيادة قوة الإشارة، ولزيادة نطاق الموجات الراديوية.
• دائرة مطابقة المعاوقة ( موالف الهوائي ) لتحويل معاوقة خرج المرسل لتتوافق مع معاوقة الهوائي (أو خط النقل إلى الهوائي)، لنقل الطاقة بكفاءة إلى الهوائي. إذا لم تكن هذه المعاوقات متساوية، فإن ذلك يتسبب في حالة تسمى الموجات الدائمة ، حيث تنعكس الطاقة مرة أخرى من الهوائي نحو المرسل، مما يؤدي إلى إهدار الطاقة وأحيانًا ارتفاع درجة حرارة المرسل.

في أجهزة الإرسال ذات التردد الأعلى، في نطاق الموجات فوق العالية والموجات الدقيقة ، تكون المذبذبات الحرة غير مستقرة عند تردد الخرج. استخدمت التصميمات القديمة مذبذبًا بتردد أقل، والذي تم ضربه بمضاعفات التردد للحصول على إشارة بالتردد المطلوب. تستخدم التصميمات الحديثة بشكل أكثر شيوعًا مذبذبًا عند تردد التشغيل والذي يتم تثبيته عن طريق قفل الطور إلى مرجع تردد أقل استقرارًا للغاية، وعادةً ما يكون مذبذبًا بلوريًا.

إن وجود جهازين إرسال لاسلكيين في نفس المنطقة يحاولان الإرسال على نفس التردد سوف يتداخلان مع بعضهما البعض، مما يتسبب في تشويش الاستقبال، وبالتالي قد لا يتم استقبال أي إرسال بوضوح. إن التداخل مع الإرسال اللاسلكي لا يمكن أن يكون له تكلفة اقتصادية كبيرة فحسب، بل يمكن أن يكون مهددًا للحياة (على سبيل المثال، في حالة التداخل مع اتصالات الطوارئ أو مراقبة الحركة الجوية ).

لهذا السبب، في معظم البلدان، يتم التحكم في استخدام أجهزة الإرسال بشكل صارم من خلال القانون. يجب أن تحصل أجهزة الإرسال على ترخيص من الحكومات، بموجب مجموعة متنوعة من فئات الترخيص اعتمادًا على الاستخدام مثل البث والراديو البحري والنطاق الجوي والهواة وتقتصر على ترددات ومستويات طاقة معينة . تقوم هيئة تسمى الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) بتخصيص نطاقات التردد في الطيف الراديوي لفئات مختلفة من المستخدمين. في بعض الفئات، يتم إعطاء كل جهاز إرسال إشارة نداء فريدة تتكون من سلسلة من الأحرف والأرقام التي يجب استخدامها كمعرف في عمليات الإرسال. يجب أن يحمل مشغل جهاز الإرسال عادةً ترخيصًا حكوميًا، مثل ترخيص مشغل الهاتف اللاسلكي العام ، والذي يتم الحصول عليه من خلال اجتياز اختبار يوضح المعرفة التقنية والقانونية الكافية للتشغيل الآمن للراديو.

تسمح الاستثناءات من اللوائح المذكورة أعلاه بالاستخدام غير المرخص لأجهزة الإرسال قصيرة المدى منخفضة الطاقة في المنتجات الاستهلاكية مثل الهواتف المحمولة والهواتف اللاسلكية والميكروفونات اللاسلكية وأجهزة الاتصال اللاسلكي وأجهزة Wi-Fi و Bluetooth وفتاحات أبواب المرآب وأجهزة مراقبة الأطفال . في الولايات المتحدة، تندرج هذه الأجهزة ضمن الجزء 15 من لوائح لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC). على الرغم من أنه يمكن تشغيلها بدون ترخيص، إلا أنه لا يزال يتعين عمومًا اعتماد نوع هذه الأجهزة قبل البيع.

تم بناء أول أجهزة إرسال راديو بدائية (تسمى أجهزة إرسال فجوة الشرارة ) بواسطة الفيزيائي الألماني هاينريش هيرتز في عام 1887 أثناء تحقيقاته الرائدة في الموجات الراديوية. وقد ولدت هذه الموجات الراديوية بواسطة شرارة عالية الجهد بين موصلين. بدءًا من عام 1895، طور جولييلمو ماركوني أول أنظمة اتصال راديو عملية باستخدام هذه الأجهزة، وبدأ استخدام الراديو تجاريًا حوالي عام 1900. لم تتمكن أجهزة إرسال الشرارة من نقل الصوت (الصوت) وبدلاً من ذلك نقلت المعلومات عن طريق الراديو التلغرافي : قام المشغل بالنقر على مفتاح التلغراف الذي قام بتشغيل وإيقاف تشغيل جهاز الإرسال لإنتاج نبضات موجات راديوية تهجئ الرسائل النصية في شفرة تلغرافية، وعادةً ما تكون شفرة مورس . عند جهاز الاستقبال، تم تسجيل هذه النبضات أحيانًا مباشرة على أشرطة ورقية، ولكن كان الاستقبال المسموع أكثر شيوعًا. كانت النبضات مسموعة على شكل صفارات في سماعات أذن جهاز الاستقبال، والتي تمت ترجمتها مرة أخرى إلى نص بواسطة مشغل يعرف شفرة مورس. استُخدمت أجهزة إرسال فجوة الشرارة هذه خلال العقود الثلاثة الأولى من الراديو (1887-1917)، والتي أطلق عليها عصر التلغراف اللاسلكي أو "الشرارة". ولأنها تولّد موجات مخمّدة ، كانت أجهزة إرسال الشرارة "صاخبة" كهربائيًا. وكانت طاقتها موزعة على نطاق واسع من الترددات ، مما أدى إلى ضوضاء راديوية تتداخل مع أجهزة إرسال أخرى. وقد حُظِر انبعاثات الموجات المخمّدة بموجب القانون الدولي في عام 1934.

بعد مطلع القرن العشرين، ظهرت تقنيتان متنافستان قصيرتا العمر في مجال الإرسال، وكانتا أول أجهزة إرسال للموجات المستمرة : محول القوس ( قوس بولسن ) في عام 1904 ومولد ألكسندرسون حوالي عام 1910، والتي تم استخدامها حتى عشرينيات القرن العشرين.

تم استبدال كل هذه التقنيات المبكرة بأجهزة إرسال ذات أنبوب مفرغ في عشرينيات القرن العشرين، والتي استخدمت مذبذب التغذية الراجعة الذي اخترعه إدوين أرمسترونج وألكسندر ميسنر حوالي عام 1912، استنادًا إلى أنبوب التفريغ Audion ( ثلاثي الصمام ) الذي اخترعه لي دي فورست في عام 1906. كانت أجهزة إرسال الأنبوب المفرغ غير مكلفة وأنتجت موجات مستمرة ، ويمكن تعديلها بسهولة لنقل الصوت باستخدام تعديل السعة (AM). هذا جعل البث الإذاعي AM ممكنًا، والذي بدأ في حوالي عام 1920. اخترع إدوين أرمسترونج الإرسال العملي بالتعديل الترددي (FM) في عام 1933، وأظهر أنه أقل عرضة للضوضاء والكهرباء الساكنة من AM. تم ترخيص أول محطة راديو FM في عام 1937. تم إجراء البث التلفزيوني التجريبي بواسطة محطات الراديو منذ أواخر عشرينيات القرن العشرين، لكن البث التلفزيوني العملي لم يبدأ حتى أواخر الثلاثينيات. لقد حفز تطوير الرادار خلال الحرب العالمية الثانية تطور أجهزة الإرسال عالية التردد في نطاقات UHF والميكروويف ، باستخدام أجهزة نشطة جديدة مثل المغنطرون والكليسترون وأنبوب الموجة المتنقلة .

سمح اختراع الترانزستور في ستينيات القرن العشرين بتطوير أجهزة إرسال محمولة صغيرة مثل الميكروفونات اللاسلكية ، وأجهزة فتح أبواب المرآب ، وأجهزة الاتصال اللاسلكي . كما أتاح تطوير الدائرة المتكاملة (IC) في سبعينيات القرن العشرين الانتشار الحالي للأجهزة اللاسلكية ، مثل الهواتف المحمولة وشبكات Wi-Fi ، حيث تعمل أجهزة الإرسال والاستقبال الرقمية المتكاملة ( المودم اللاسلكي ) في الأجهزة المحمولة تلقائيًا، في الخلفية، لتبادل البيانات مع الشبكات اللاسلكية .

إن الحاجة إلى الحفاظ على النطاق الترددي في طيف الراديو المزدحم بشكل متزايد تدفع إلى تطوير أنواع جديدة من أجهزة الإرسال مثل الطيف المنتشر وأنظمة الراديو المجمعة والراديو المعرفي . وكان الاتجاه المرتبط هو الانتقال المستمر من طرق الإرسال الراديوي التناظرية إلى الرقمية . يمكن أن يكون للتشكيل الرقمي كفاءة طيفية أكبر من التشكيل التناظري ؛ أي أنه يمكنه غالبًا نقل المزيد من المعلومات ( معدل البيانات ) في نطاق ترددي معين أكثر من التناظري، باستخدام خوارزميات ضغط البيانات . تتمثل المزايا الأخرى للنقل الرقمي في زيادة مناعة الضوضاء ، وزيادة المرونة وقوة المعالجة لدوائر معالجة الإشارات الرقمية المتكاملة .

• 
  جهاز إرسال فجوة الشرارة الذي ابتكره جولييلمو ماركوني ، والذي أجرى به أولى التجارب في مجال الاتصالات الراديوية العملية باستخدام شفرة مورس في الفترة من 1895 إلى 1897
• 
  جهاز إرسال راديوي عالي القدرة ذو فجوة شرارة في أستراليا حوالي عام 1910.
• 
  جهاز إرسال قوسي بقوة 1 ميجاوات من إنتاج البحرية الأمريكية من طراز بولسن ، والذي أنتج موجات مستمرة باستخدام قوس كهربائي في مجال مغناطيسي، وهي تقنية استخدمت لفترة وجيزة من عام 1903 حتى ظهور الأنابيب المفرغة في عشرينيات القرن العشرين.
• 
  مولد كهربائي من نوع ألكسندرسون ، وهو عبارة عن آلة دوارة ضخمة استخدمت كجهاز إرسال لاسلكي بتردد منخفض للغاية منذ عام 1910 تقريبًا حتى الحرب العالمية الثانية
• 
  أحد أول أجهزة إرسال الراديو ذات الأنبوب المفرغ ، والتي بناها لي دي فورست في عام 1914. يظهر أنبوب Audion ( ثلاثي القطب ) المبكر على اليمين.
• 
  أحد أول أجهزة البث الإذاعي لهيئة الإذاعة البريطانية (بي بي سي)، في أوائل عشرينيات القرن العشرين، لندن. كانت الأنابيب الثلاثية الأربعة، المتصلة بالتوازي لتكوين مذبذب، تنتج كل منها حوالي 4 كيلووات مع 12 ألف فولت على أنودها.
• 
  أول جهاز إرسال FM تجريبي من إنتاج أرمسترونج، W2XDG، في مبنى إمباير ستيت بمدينة نيويورك، استُخدم في اختبارات سرية في الفترة من 1934 إلى 1935. كان الجهاز يبث على تردد 41 ميجاهرتز بقوة 2 كيلو وات.
• 
  مجموعة إرسال لرادار مراقبة الحركة الجوية بقدرة 20 كيلو وات وتردد 9.375 جيجاهرتز ، 1947. ينتج أنبوب المغنطرون المثبت بين مغناطيسين (يمين) موجات ميكروويف تمر من الفتحة (يسار) إلى موجه يوصلها إلى هوائي الطبق.

• قائمة مواقع البث
• قائمة أجهزة الراديو  – قائمة نماذج محددة من أجهزة الراديو
• تصميم جهاز الإرسال اللاسلكي
• مكرر
• محطة الإرسال
• ناقل
• جهاز إرسال تلفزيوني

• الاتحاد الدولي للاتصالات
• صفحة جيم هوكينز لتكنولوجيا الراديو والبث
• الموقع الفني لجهاز الإرسال الخاص بقناة WCOV-TV
• محطات البث التلفزيوني الرئيسية في المملكة المتحدة بما في ذلك تغيير معلومات المجموعة، راجع قسم تخطيط محطة البث.
• تفاصيل أجهزة إرسال التلفزيون الرقمي في المملكة المتحدة