برنامج تعليمي للراديو محدد بالبرمجيات: صور من محطة الفضاء الدولية والاستماع إلى Hams باستخدام RTL-SDR

الراديو هو إرسال واستقبال الإشعاع الكهرومغناطيسي بأطوال موجية أطول من الأشعة تحت الحمراء. أنت تسامح إذا لم يكن هذا التعريف منطقيًا ، ومع ذلك ، وحتى سنوات قليلة مضت ، لم يكن الأمر كذلك بالنسبة لي. تعمل تقنية الراديو على تشغيل جميع الاتصالات اللاسلكية تقريبًا من حولنا: Bluetooth و WiFi و 3 G و 4 G وفرن الميكروويف - كل هذه تعمل وفقًا لمبادئ الراديو. يبلغ عمر التكنولوجيا أكثر من مائة عام ، ومع ذلك أدركت أنني أعرف القليل جدًا عنها.

لذلك ، قررت أن أبدأ التعلم وتواصلت مع جمعية راديو الهواة الوطنية ، وهي جمعية راديو الهواة الباكستانية (PARS) ، وهي عضو في الاتحاد الدولي لراديو الهواة (IARU) ، والذي يمثل بدوره راديو الهواة لدى الاتحاد الدولي للاتصالات ( الاتحاد الدولي للاتصالات) ، وهي وكالة تابعة للأمم المتحدة تتمثل مهمتها في تنسيق عمليات وخدمات الاتصالات في جميع أنحاء العالم. تدير PARS بعض أجهزة إعادة الإرسال في جميع أنحاء البلاد ، وكان أحدهم في لاهور ، حيث أعيش.

في حين أن الراديو قد استخدم بشكل أساسي نفس التكنولوجيا منذ أن أجرى Guglielmo Marconi تجاربه لأول مرة في عام 1895 ، فقد سمح لنا تصميم الدوائر المحسّن وتقنيات معالجة الإشارات بنقل أكثر وأكثر من ذي قبل. الآن ، من الممكن لشخص ما لديه جهاز كمبيوتر محمول ومعدات أقل من 30 دولارًا أن يتلقى نطاقًا واسعًا من ترددات الراديو ، وسنفعل ذلك بالضبط.

في هذا البرنامج التعليمي للراديو المحدد بالبرمجيات ، سوف أقوم بإعداد جهاز راديو محدد بالبرمجيات (SDR) وهوائي ، والاستماع إلى محادثة بين مشغلي راديو هامين مرخصين عبر مكرر لاهور. سأستخدم بعد ذلك نفس المعدات لتلقي صورة يتم إرسالها من محطة الفضاء الدولية ، وهي مركبة فضائية تدور حول الأرض ، واستخدامها للمطالبة بجائزة ARISS SSTV ، مما يوضح مدى سهولة تصفح الطيف الراديوي بمعدات رخيصة والحصول على الاعتراف . من خلال الأجهزة المستخدمة في هذه المقالة ، يمكنك فقط استقبال البث اللاسلكي وليس إرسال البث الخاص بك ، ولكن هذا جيد لأنك تحتاج إلى ترخيص راديو هواة قبل القيام بذلك ، على أي حال.

الحذر! من السهل جدًا القيام بنشاط غير قانوني باستخدام أجهزة الراديو ، ولهذا السبب ستحذرك هذه المقالة باستمرار وتستشهد بالقانون. يعيش المؤلف في باكستان وأجرى هذه التجارب بشكل قانوني. في حين أن قوانين الراديو الفيدرالية في باكستان مقيدة بشدة ، إلا أن اختصاصك القضائي قد يكون أكثر من ذلك. في عام 2019 ، تم إلقاء القبض على خبير من الأمم المتحدة في تونس لحيازته نفس جهاز الراديو المعرف بالبرمجيات الذي سنستخدمه. تقع على عاتقك مسؤولية ضمان امتثالك للقوانين المحلية عند إجراء تجارب الراديو. بالرغم من ذلك ، يرجى ملاحظة ما يلي: أنا لست محاميًا ، وهذا لا يشكل استشارة قانونية. يجب عليك استشارة محاميك الخاص للتوضيح.

إذا كنت تعيش في باكستان ، فيجب أن تحصل على عضوية PARS للاستماع على الموجات القصيرة (SWL) قبل أن تحصل على جهاز استقبال راديو . يحظر قانون التلغراف اللاسلكي الباكستاني لعام 1933 حيازة أجهزة التلغراف اللاسلكي. ومع ذلك ، يُسمح لأعضاء SWL بامتلاك أجهزة استقبال. تواصل معي للحصول على خطاب مرجعي لـ PARS ، إذا كنت تريد أن تصبح عضوًا.

إعداد الهوائي ثنائي القطب وجهاز استقبال SDR

"ما هو الراديو" المحدد بالبرمجيات "؟" أسمع أنك تسأل!

الراديو المعرّف بالبرمجيات هو جهاز راديو يتم فيه "محاكاة" معظم المكونات الكهربائية في البرنامج. قبل ظهور حقوق السحب الخاصة ، ستحتاج إلى دائرة مخصصة لأداء مهمة معالجة الإشارات من وإلى الراديو. تم إجراء أشياء مثل تصفية الإشارة ، وخلط التردد ، وكشف الموجات الراديوية ، وتضخيم الإشارة ، والتعديل / إزالة التشكيل ، وغيرها باستخدام دوائر مخصصة. ومع ذلك ، نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر أصبحت أسرع ، يمكننا أداء هذه الوظائف في البرامج بدلاً من ذلك ، مما يجعل هذه الأنواع من أجهزة الراديو معرّفة ببرمجيات.

جهاز استقبال SDR المشهور (والرخيص) هو جهاز استقبال بث الفيديو الرقمي (DVB-T) مع وحدة تحكم Realtek RTL2832U ودائرة موالف متكاملة. بينما كان الغرض الأصلي منها هو تلقي الفيديو ، فقد تم إعادة توجيهها الآن لاستقبال إشارات الراديو ، وأصبحت تُعرف باسم أجهزة RTL-SDR. سأستخدم مستقبل RTL-SDR وثنائي القطب من RTL-SDR.com. تبلغ تكلفتها حاليًا 29.95 دولارًا ، والسفن في جميع أنحاء العالم ، وتأتي مع مذبذب معادل لدرجة الحرارة (TCXO) ، ونقطة الإنطلاق ، والتي تعتبر رائعة ، ولكن خارج نطاق هذه المقالة للمناقشة. كما يأتي مزودًا بمجموعة هوائي ثنائي القطب قابل للتعديل ، مما يتيح لك الاستماع من ~ 70 ميجاهرتز إلى ~ 1030 ميجاهرتز.

اليوم الثاني من ARISS Int'l F2F:
افتتح David Honess من ESA جلسات اليوم مقترحًا طرقًا ممتازة لإشراك الأطفال في مشاريع راديو هام ISS باستخدام اتصالات وضع Raspberry Pi و RTL-SDR و SSTV وما إلى ذلك من خلال ارتباط عبر الإنترنت مع اجتماع F2F في مونتريال. pic.twitter.com/Mp25cljrAH

- ARISS (ARISS_status) ٢٧ يونيو ٢٠١٩

كما أوصى ممثلو وكالة الفضاء الأوروبية بمجموعة RTL-SDR ثنائية القطب التي أستخدمها في الاجتماع الدولي وجهاً لوجه في راديو الهواة في الفضاء (ARISS) في يونيو 2019.

من السهل تركيب الهوائي. اربط الشوكات الطويلة للهوائي في المنتصف ، وقم بتثبيتها على نافذة باستخدام أداة الشفط المرفقة ، وافتح الأذرع ثنائية القطب عند 49.65 سم بالضبط (1 قدم 7.55 بوصات) لكل منهما. قم بتوصيل الطرف الأنثوي من الكبل الأطول المقدم بالطرف الذكر ثنائي القطب ، والطرف الذكر للكابل الأطول بـ SDR الخاص بك ، ثم قم بتركيب الهوائي عموديًا على أعلى مستوى ممكن بالخارج. يفضل وضعه على النافذة ، باستخدام حامل الالتصاق المرفق. وهذه صورة للشكل الذي يجب أن يبدو عليه:

أخيرًا ، قم بربط الطرف المتدلي للكابل الطويل في SDR الخاص بك ، وقم بتوصيل SDR بمنفذ USB بجهاز الكمبيوتر الخاص بك. في هذه المرحلة ، يمكنك استخدام أي عدد من تطبيقات SDR ، ولكن بما أنني على نظام MacOS ، حيث تكون الخيارات محدودة ، سأستخدم CubicSDR.

 brew cask install cubicsdr

عند فتح CubicSDR ، سيظهر لك مربع حوار لتحديد SDR وإعداداته. اختر Generic RTL2832U OEM كما اخترته في الصورة ، وقم بتغيير معدل العينة إلى 2.048 ميجا هرتز

عندما يبدأ CubicSDR ، يمكنك البدء في تصفح الطيف على الفور. أوصي بالبدء ببث راديو FM مألوف. هذا مقطع فيديو لي وأنا أتصفح محطات الراديو المحلية لأنها متاحة لي في لاهور.

بعد ذلك ، نستمع إلى اثنين من مشغلي الراديو الهواة في لاهور ، المكرر ، ولكن قبل أن نبدأ ، دعونا نناقش ماهية راديو الهواة.

ما هو راديو الهواة؟

"حسنًا ، ولكن ما هو راديو" الهواة "؟" أسمع أنك تسأل هذه المرة!

راديو الهواة هو استخدام الطيف الراديوي من قبل المشغلين المرخصين لأنشطة غير تجارية. قد يشمل ذلك الاتصال أو التدريب أو التجريب أو التنافس أو أكثر. قد يكون لكل ولاية قضائية تعريفها القانوني الخاص بها أيضًا. يقتصر استخدام مشغلي راديو الهواة على الترددات المخصصة لخدمة الهواة.

"خدمة الهواة" تعني خدمة اتصالات لاسلكية لغرض التدريب الذاتي والاتصال البيني والتحقيقات الفنية التي يقوم بها الهواة ، أي من قبل الأشخاص المصرح لهم حسب الأصول بموجب هذه اللوائح المهتمين بتقنية الراديو لغرض شخصي فقط وبدون فوائد مالية ؛ - لوائح خدمات الراديو للهواة ، 2004 ، باكستان

بعد تسوية ذلك ، دعنا نلقي نظرة على ترددات الراديو المحلية للهواة لدينا. تم نشرها جنبًا إلى جنب مع تعريفات كل شيء من قبل مجلس تخصيص التردد الباكستاني ، في وثيقة تسمى الجدول الباكستاني لتوزيع الترددات. أحافظ على جوهرها جميعًا لسهولة الرجوع إليها ، ولكن إليك نطاقات التردد العالي جدًا (VHF):

ومع ذلك ، إليك ملاحظة مهمة حول الجوانب القانونية : RTL-SDR ، وهذا الإعداد ، قوي للغاية. على الرغم من أنه لا يمكنك الوصول إلا إلى جزء صغير من نطاقات الهواة المخصصة لباكستان (أو المحلية الخاصة بك) ، والتي تمتد عادةً من 1800 كيلوهرتز إلى 250 جيجاهرتز ، إلا أن هناك خدمات أخرى تعمل على الطيف الترددي. يجب أن تكون على دراية بالخدمات التي يمكنك ، أو الأهم من ذلك أنه لا يمكنك الاستماع إليها: في باكستان ، كما هو الحال في المملكة المتحدة ، لا يمكنك الاستماع إلى أي عمليات إرسال غير مخصصة لك ، ولا تهدف إلى أن تكون مفتوحة للجمهور ، قد يؤدي ذلك إلى دفع غرامة أو عقوبة بالسجن في باكستان وفقًا لقانون الاتصالات الباكستانية (إعادة التنظيم) لعام 1996 وقانون منع الجرائم الإلكترونية لعام 2016. بغض النظر عن ذلك ، تقع على عاتقك مسؤولية البحث عن القوانين المحلية . في الولايات المتحدة ، تعتمد عمليات الإرسال التي يمكنك الاستماع إليها على اختصاصك القضائي المحلي.

الاستماع إلى مشغلي الراديو الهواة على مكرر لاهور

"تريد مني أن أسأل ما هو المكرر ، أليس كذلك؟" أنت تسأل. وأنا سعيد لأنك سألت.

عندما تتحدث أجهزة الراديو مع بعضها البعض ، فكلها لها حدودها الخاصة في النطاق. تخيل أن أليس وبوب أرادا التحدث إلى بعضهما البعض ، لكن المسافة بينهما كانت أكبر بكثير مما تستطيع أجهزة الراديو الخاصة بهما الإرسال. الآن ، يمكن لأليس وبوب ترقية أجهزة الراديو الخاصة بهم ، لكن ذلك سيكون مكلفًا. بدلاً من ذلك ، يمكنهم تجميع أموالهم معًا وتركيب مكرر بينهم. يمكن أن يكون المكرر قويًا للغاية ، أو قويًا بما يكفي لوصول إرسالاته لكليهما.

المكرر هو جهاز يكرر ما يسمعه. إنها تقوم ببغاء ما تسمعه على تردد واحد على تردد آخر. الغرض من المكرر هو توسيع نطاق أجهزة الراديو الأخرى. عادةً ما يتم وضعها في مكان مركزي وعالي جدًا لمنحها خط رؤية واضحًا للمنطقة التي تغطيها. قد ينتج أيضًا قدرًا كبيرًا من الطاقة حتى تتمكن أجهزة الراديو البعيدة جدًا من سماعها أيضًا. في الرسم التوضيحي أعلاه ، نرى بصريًا كيف يمكن للمكرر أن يساعد جهازي راديو صغيرتين محمولة باليد على التحدث مع بعضهما البعض عبر مسافات كبيرة. هذه هي بالضبط الطريقة التي يعمل بها مكرر لاهور ، باستثناء قوة أكبر.

يعمل مكرر لاهور على تردد 147.360 ميجا هرتز *. قبل أن تقوم بضبط هذا التردد ، اضبط محدد التعديل على تعديل تردد النطاق الضيق (NBFM / NFM) ، سنتعلم المزيد حول كيفية عمل ذلك لاحقًا. عند هذا التردد ، ستسمع سلسلة من النغمات كل خمس دقائق. لقد سجلت لك واحدة من هؤلاء هنا:

ما هي هذه النغمات بالضبط؟ ستعطينا نظرة على شكل الموجة دليلًا.

إذا لم تكن قد اشتعلت بالفعل بالفعل ، فهذه هي شفرة مورس. نظرًا لأن شكل الموجة هذا يمثل السعة والوقت ، فإن أصوات التنبيه القصيرة عبارة عن نقاط والصفير الطويل عبارة عن شرطات. الصوت ، إذن ، هو إشارات .-.. … .-. والذي يترجم إلى LHR ، اختصار مدينة لاهور. يخبرك هذا أن المكرر متصل بالإنترنت وأنك مضبوط على التردد الصحيح وأنك تستمع إلى مكرر لاهور.

أثناء انتظاري ، طلبت من صديقي وعامل هامور مرخص بادار جمال ، AP2BDR ، رئيس فرع PARS في لاهور ، إجراء محادثة سريعة معي بينما كنت مضبوطًا على مكرر لاهور. لدي تصريح خاص من هيئة الاتصالات الباكستانية لتشغيل راديو تحت إشراف مشغل مرخص مثل AP2BDR. جرت المحادثة في وقت سيء بشكل خاص عندما كان الطيف ملوثًا جدًا ، لذلك كان هناك ضوضاء. أيضًا ، على الرغم من بذل قصارى جهدي لوضع مسافة بيني وبين RTL-SDR ، يبدو أن إرسالاتي تغلبت على الجهاز في بعض النقاط ، ولكن هنا المحادثة أدناه. أنا أعمل بموجب امتداد علامة النداء الخاصة بـ PARS كـ AP2ARS / نوفمبر.

وهذه هي طريقة الاستماع إلى محادثة راديو هام بين مشغلين مرخصين على مكرر. ستكون العملية هي نفسها إذا كانوا يرسلون بدون مكرر لأن RTL-SDR لا يرسل. ومع ذلك ، فإن الإعداد أكثر انخراطًا قليلاً في معدات الإرسال حيث يتعين عليهم الإرسال بتردد مختلف عن الذي يتلقونه. إذا كنت مثلي ، فهذا يترك لك أسئلة أكثر من الإجابات. سأشرح العلم وراء هذا في القسم التالي.

تلقي الصور من سفينة الفضاء: أحداث SSTV من محطة الفضاء الدولية

محطة الفضاء الدولية (ISS) هي قمر صناعي كبير يدور حول الأرض. إنه مختبر لأبحاث البيئة الفضائية مملوك بشكل مشترك لخمس وكالات فضاء مختلفة: ناسا (الولايات المتحدة) ، روسكوزموس (روسيا) ، جاكسا (اليابان) ، وكالة الفضاء الأوروبية (أوروبا) ، وكالة الفضاء الكندية (كندا) من خلال مجموعة من الاتفاقيات والمعاهدات المعقدة. نظرًا لأن محطة الفضاء الدولية هي مركبة فضائية ، يديرها طاقم ، فهي من الناحية الفنية مركبة فضائية ، وبما أنها تدور حول الأرض ، فهي أيضًا قمر صناعي.

تدير محطة الفضاء الدولية خدمة هواة ساتلية تحت راديو الهواة على محطة الفضاء الدولية أو برنامج ARISS. تتيح لك هذه الخدمة الاتصال بمحطة الفضاء الدولية حيث يمكنك التحدث إلى رواد فضاء هواة راديو ، ولكن بين الحين والآخر تدير ARISS أحداثًا خاصة للمسح التلفزيوني البطيء (SSTV) حيث تبث صورًا تزيد عن 145.8 ميجاهرتز في وضع FM ضيق النطاق. وقع أحد هذه الأحداث بين 1-4 أغسطس 2019 ، ودعا نشاط ARISS Garriott Memorial SSTV. الحدث "احتفل بحياة وإنجازات رائد الفضاء والعالم ورائد راديو هام أوين جاريوت مع حدث تذكاري SSTV يضم صورًا من عمل غاريوت مع راديو هام أثناء مهماته في الفضاء." كان أول لحم خنزير يعمل من الفضاء.

بالنسبة لهذا الحدث ، قمت بإعداد ثنائي القطب وجهاز RTL-SDR الخاص بي على السطح. كانت الإشارة ضعيفة بشكل لا يصدق ، لذلك باستخدام RTL-SDR الخاص بي ، تمكنت فقط من الحصول على صورة جزئية أثناء تمريرة قوية بشكل استثنائي. لقد استخدمت معدات بديلة لبقية الحدث. ومع ذلك ، حقق أعضاء PARS الآخرون نجاحًا أكبر مع RTL-SDRs وهوائي عصامي باستخدام أنابيب نحاسية وكابل متحد المحور. كانت عملية الاستماع إلى الإشارة مشابهة جدًا للخطوة السابقة باستثناء خطوة إضافية واحدة: حساب تأثير دوبلر.

اسم: تأثير دوبلر

زيادة (أو نقصان) في تردد الصوت أو الضوء أو الموجات الأخرى حيث يتحرك المصدر والمراقب باتجاه (أو بعيدًا عن) بعضهما البعض. يتسبب هذا التأثير في التغيير المفاجئ في طبقة الصوت بشكل ملحوظ في صفارة الإنذار العابرة ، بالإضافة إلى الانزياح الأحمر الذي يراه علماء الفلك.
- غوغل

تأثير دوبلر ، أو إزاحة دوبلر ، هو التغيير الواضح في التردد مع اقتراب الباعث. دعونا نفكر في صفارات الإنذار لسيارة الإسعاف. نظرًا لأنها قادمة نحونا ، فهي عالية في الصوت ، ولكن عندما تمر بنا ، فإنها تفعل هذا الشيء الغريب حيث يتغير الصوت فجأة ويصبح أقل حدة. عندما كنت طفلاً ، كنت أعتقد دائمًا أن هذا أمر غريب: لماذا فعل سائقي سيارات الإسعاف ذلك بي؟ كيف عرفوا أنهم كانوا يمرون بي عندما كنت في الداخل؟ تبين ، أن هذا يحدث للجميع ، وليس فقط للصوت. يظهر تأثير دوبلر في جميع الموجات ، بما في ذلك الراديو والضوء. التحول الأزرق هو عندما تبدو النجوم زرقاء بالنسبة لنا ، يكون تردد الموجة أعلى عندما تأتي نحو الأرض ، والانزياح الأحمر عندما تظهر حمراء ، بتردد أقل ، عندما تتحرك بعيدًا. لعرض توضيحي ، أوصي بهذا الفيديو الممتاز.

يتجلى تحول دوبلر في الاتصالات اللاسلكية للأقمار الصناعية كزيادة في درجة الصوت مع تحرك القمر الصناعي نحوك ، وانخفاض مفاجئ أثناء تحركه بعيدًا. على شلال حقوق السحب الخاصة ، سيبدو كما يلي:

للتعويض عن التأثير ، أبقيت الراديو الخاص بي أعلى بقليل من 145.8 ميجاهرتز مع ظهور القمر الصناعي ، وقمت بتغييره عندما وصل القمر الصناعي إلى ذروته ، وقمت بتغييره لأسفل أكثر عند ضبطه. تذكر أنه بينما تلقيت مقطعًا جزئيًا ، كان ما تلقيته هو الصوت التالي:

إذا قمت بتشغيل هذا وتشغيل وحدة فك ترميز SSTV ، مثل تطبيق Robo36 Android ، مضبوطًا على الوضع PD120 ، فيجب أن تحصل على الصورة التالية:

صورة تحية لأوين جاريوت ، أول لحم خنزير يعمل من الفضاء. صورة حقيقية تلقيتها مباشرة من سفينة فضاء. باستخدام هذه الصورة ، حصلت على جائزة ARISS SSTV.

الآن دعونا نفهم كيف تعمل تقنية الراديو.

إزالة الغموض عن الراديو: العلم وراء السحر

حسنًا ، إذا كنت مثلي ، فأنت تريد معرفة المزيد. كيف يمكن لرجل يتحدث في ميكروفون أن ينقل موجات غير مرئية (ما هي الموجات؟) التي يلتقطها صندوق سحري آخر على الطرف الآخر وتتحول إلى صوت؟ الكثير من الأسئلة. هيا نبدأ. إذا ، في البداية ، بعض هذه المفاهيم لا معنى لها ، فقط تحمل معي حتى النهاية. دعونا نناقش:

• التيار المتردد وكيف يصنع الموجات المغناطيسية
• الطيف الكهرومغناطيسي والترددات الراديوية
• كيف تقوم أجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية بترميز الصوت وفك تشفيره من موجات الراديو

التيار المتردد وكيف يصنع موجات كهرومغناطيسية

من المحتمل أن تكون على دراية بالتيار المباشر ، كما هو الحال عند توصيل مصباح LED ببطارية 12 فولت. ينتج هذا النوع من الكهرباء جهدًا ثابتًا ويعرف بالتيار المباشر (DC). إذا رسمنا تدفق التيار في السلك ، فسنحصل على شيء مثل هذا:

ربما تكون على دراية بأن التيار الذي يمر عبر سلك يسبب مجالًا مغناطيسيًا ثابتًا في دائرة حوله. يبدو قليلا مثل هذا:

يمكنك مشاهدة هذا الموضح في مقطع فيديو YouTube هذا.

بالرغم من ذلك ، لا يفعل DC شيئًا للراديو. نحن نستخدم شقيقه الأكثر إثارة للاهتمام والمميت: التيار المتردد (AC). يختلف التيار المتردد عن التيار المستمر لأنه بدلاً من إعطاء جهد ثابت للحمل ، فإنه يتناوب بين العطاء والأخذ منه. التيار المتردد هو ما ستحصل عليه إذا قمت بتوصيل الطاقة الرئيسية في منزلك. في باكستان ، نحصل على 230 فولت بالتناوب عند 50 هرتز أو هرتز (لا تقلق بشأن الهرتز في الوقت الحالي) ، وهو مشابه للمملكة المتحدة ، ومع ذلك ، في أمريكا الشمالية ، تحصل على 120 فولت عند 60 هرتز. للتبسيط ، لنفترض أنه يعمل عند 1 هرتز. فيما يلي رسم بياني للشكل الذي ستبدو عليه الكهرباء الرئيسية:

الآن ، هذا هو الشيء المثير للاهتمام حول التيار المتردد: بسبب التيار المتغير ، سوف نتسبب الآن في تغيير مجال مغناطيسي حول السلك. تغيير المجالات المغناطيسية لها خاصية خاصة ، فهي تحفز التيارات في الأسلاك التي تمر من خلالها! وهذا ما يسمى بالحث الكهرومغناطيسي. كل الراديو هو في الأساس إشعاع كهرومغناطيسي وتحريض بواسطة موجات التيار المتردد. إليكم مقطع فيديو لرجل يركض مصباحًا بعيدًا عن هوائي ثنائي القطب ، مضبوطًا على نفس طول طولنا ، وإشارة في نطاق 2 متر:

النطاق 2 متر ، بالمناسبة ، هو نفس الفرقة التي سمعناها تتحدث عن AP2BDR و AP2AUM ، ولكن ما هي هذه "الفرقة" التي أتحدث عنها؟ دعونا نرى ذلك بعد ذلك عندما نتعرف على ترددات الراديو.

الترددات الراديوية والطيف الكهرومغناطيسي

يشير الإشعاع الكهرومغناطيسي (EM) إلى الموجات ذات المكونات الكهرومغناطيسية التي تنتشر عبر الفضاء. في الفيديو أعلاه ، رأيت رجلاً يُصدر إشعاعات كهرومغناطيسية بهوائي ثنائي القطب ، ثم يستقبله في واحد أيضًا. هذا بالضبط ما فعلناه في تجربتنا ، على الرغم من قوة أقل. موجات الراديو هي طاقة كهرومغناطيسية ، لكنها ليست الشيء الوحيد الذي يمكن تصنيفها على هذا النحو. تشمل بعض الأمثلة الأخرى الضوء والإشعاعات المؤينة مثل الأشعة السينية وأشعة جاما. الفرق بين كل هؤلاء هو المعدل الذي يتذبذب عنده المولد الكهرومغناطيسي. يتم قياس ذلك في كل من الترددات والطول الموجي ، وفي بعض الأحيان ، لنطاقات راديو الهواة ، معبراً عنها بـ "نطاقات مترية". لنلقي نظرة.

الدورة هي الاسم الذي يطلق على التذبذب الكامل ، وعادة ما يتم قياسه من القمة إلى القمة على الرسم البياني. "تردد" الموجة هو عدد الدورات التي تمر بها في الثانية ، والوحدة التي تشير إلى هذا هي هرتز (هرتز). في الرسم البياني أعلاه ، نقيس تكرار دورة واحدة في الثانية ، أو 1 هرتز. هذا يعني أن موجة التيار المتردد تتأرجح ، بين إعطاء وأخذ التيار ، مرة واحدة في الثانية.

لفهم الطول الموجي ، لنتخيل بصريًا كيف سيبدو تيار التيار المتردد في السلك. لنتخيل توقف الوقت ، وننظر إلى تيار غير معروف يمر عبر سلك. القمم العالية هي المكان الذي يكون فيه السلك مستقطبًا بشكل إيجابي ، والوديان الضحلة هي المكان الذي يكون فيه السلك مستقطبًا بشكل سلبي.

بالنظر إلى السلك بصريًا ، هل يمكنك قياس طول الدورة بالمتر؟ تذكر أنه يتم قياس الدورة من الذروة إلى الذروة. عندما يكون لديك الجواب ، اقرأ للأمام.

ما قمت بقياسه للتو هو الطول الموجي لإشارة في سلك. العلاقة بين الطول الموجي للإشارة وترددها

$ \ lambda = \ frac {c} {f} \ times VF $

حيث $ f $ هو تردد الموجة بالهرتز ، و $ c $ هو ثابت سرعة الضوء معبرًا عنه بالمتر في الثانية ، و $ \ lambda $ متر الطول الموجي ، و $ VF $ هو عامل السرعة.

يتم الحصول على $ VF $ بواسطة المعادلة:

$ VF = v / c $

حيث $ v $ هي السرعة التي تنتشر بها الإشارة عبر المادة.

في الوقت الحالي ، لنفترض أن الإشارات ستنتشر عبر كل المواد عند $ c $ ، مما يجعل $ v = c $ ، و $ VF = 1 $ ، ويمكننا تبسيط معادلة طول الموجة لتصبح:

$ \ lambda = \ frac {c} {f} $

ستواجه هذه المعادلة المبسطة في العديد من الأماكن ، لكنك تدرك أنها صحيحة فقط بالنسبة إلى EM في الفراغ.

عندما نقوم بتشغيل تيار متردد عبر هوائي مثالي ، فإنه يشع طاقة كهرومغناطيسية بكفاءة عالية. هنا تصور:

لاحظ كيف يتذبذب الإشعاع الكهرومغناطيسي عند نفس التردد بالضبط مثل تيار التيار المتردد المطبق على الهوائي؟ هذا هو السبب في أن التيار المتردد 450 هرتز الذي يتم تغذيته للهوائي سوف يشع إشارة لاسلكية للإشارة تبلغ 450 هرتز.

في تجربتنا أعلاه ، سمعنا حديث AP2BDR و AP2AUM بسرعة 147.360 ميجاهرتز * ، أي ميغا هرتز ، أو 147،360،000 هرتز *. الطول الموجي لذلك التردد 2.03 متر (79.92 بوصة). يقودنا هذا إلى آخر تقريب لدينا: نطاقات المتر.

نطاقات المتر هي مجرد تقديرات للأطوال الموجية. إذا أخبرت عامل راديو هاوٍ أنك تستخدم النطاق 2 متر ، فسوف يعتبرونه يعني الترددات التي يبلغ طولها الموجي مترين تقريبًا.

يشير الطيف الكهرومغناطيسي إلى مدى الترددات وتصنيفاتها. بشكل عام ، هناك ثلاث فئات رئيسية: موجات الراديو والضوء والإشعاع المؤين ، لكن هذه العبارات الثلاث لا تنقل عمق الطيف نفسه.

وفقًا للاتحاد الدولي للاتصالات ، تبدأ موجات الراديو عند نطاق التردد المنخفض للغاية (ELF) ، بدءًا من 3 هرتز ، وتنتهي عند نطاق التردد العالي للغاية ، وينتهي عند 300 جيجاهرتز. بعد هذا التردد ، يصبح الإشعاع الكهرومغناطيسي خفيفًا ، وبعد ذلك بقليل ، يصبح ضوءًا مرئيًا ، وبعد ذلك بقليل ، يبدأ في أن يصبح خطيرًا في شكل إشعاع مؤين.

كيف تقوم أجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية بتشفير وفك تشفير البيانات الصوتية من موجات الراديو

"العابرة - ماذا الآن؟" أسمع أنك تسأل.

جهاز الإرسال والاستقبال هو ببساطة جهاز يمكنه إرسال واستقبال إشارات الراديو. لا نحتاج بالضرورة إلى أن يكون لدى كلا الطرفين أجهزة إرسال واستقبال ؛ يمكن إرسال رسالة راديو إذا كان لدى شخص واحد فقط جهاز استقبال.

هناك العديد من مخططات تشفير الإشارات وفك تشفيرها ، ولكن في الوقت الحالي ، سنناقش فقط المخططين الأساسيين ، أحدهما استخدمناه في التجربة أعلاه: تعديل السعة (AM) وتعديل التردد (FM). إذا كنت قد لعبت مع جهاز استريو سيارتك لفترة من الوقت ، فمن المحتمل أن تكون مصطلحات AM و FM مألوفة لك جدًا. دعونا نلقي نظرة على كيفية عملها بالضبط.

أولاً ، دعنا نقدم شكلين موجيين: موجة حاملة ، وإشارة معلومات نخطط لتشفيرها. الموجة الحاملة هي مجرد إشارة موجة عادية تتأرجح عند تردد معين ، في تسجيلنا ، مثل إلى حد كبير في الرسم التوضيحي ، كانت الموجة الحاملة موجة جيبية (شكل صعود وهبوط سلس) بتردد 147.360 ميجاهرتز *. إشارة المعلومات هي البيانات التي تريد تشفيرها ، وفي تجربتنا ، كان صوت المحادثة بين AP2BDR و AP2AUM.

في AM ، يتم ترميز الإشارة في الموجة الحاملة عن طريق تعديل اتساع الموجة نفسها ، مما يعني أن الموجة الحاملة تزداد طولًا ، لكنها تظل على نفس التردد. ومع ذلك ، في FM ، يتم تشفير الإشارة في الموجة الحاملة عن طريق تعديل التردد ، مما يعني أن الموجة الحاملة تبقى على نفس الارتفاع ، لكن التردد يختلف قليلاً.

في حديثنا استخدمنا FM. ينتج FM عادةً صوتًا أكثر وضوحًا ، وهو أكثر مقاومة للضوضاء أو التشويه من AM ، حيث يظهر التشويه كتغيير في السعة. ومع ذلك ، فإن FM يأتي على حساب استخدام نطاق من الترددات بدلاً من تردد معين. مدى اتساع نطاق الترددات يعتمد على الفلتر الخاص بك. في مثالنا ، استخدمنا FM ضيق النطاق (NBFM) ؛ ومع ذلك ، تستخدم محطات الراديو التجارية النطاق العريض FM (WBFM). هذا يجعل صوت المحطة أكثر ثراءً وأكثر مقاومة للتشويه ولكنه يتطلب نطاقًا أكبر من الترددات.

خاتمة

لقد تعلمنا كيف تعمل أجهزة الراديو وبعض لوائح الراديو ، وقمنا بإعداد ثنائي القطب المستقبِل واستكشفنا الطيف باستخدام راديو محدد بالبرمجيات ، وتعلمنا بعض الفيزياء الأساسية وراء موجات الراديو بالإضافة إلى الطرق الأساسية لتشفير وفك تشفير الإشارة. قد يبدو الراديو كالسحر ، وأنا شخصياً ما زلت أعتقد أنه كذلك ، لكنه قطعة تقنية رائعة. في مقال لاحق ، قد أناقش GNURadio وكيف يمكن محاكاة وظائف الراديو في البرنامج.

آمل أن تكون مهتمًا بمعرفة المزيد عن الراديو. باستخدام SDR الخاص بك ، يمكنك استكشاف الإشارات التي تنتجها أجهزتك الخاصة ، مثل الإشارات الصادرة من مفتاح سيارتك أو من جرس الباب اللاسلكي. فقط تذكر أن تتأكد من إجراء تجاربك في حدود القانون. وإذا قررت أن تصبح مشغل راديو هام ، فيمكنك البدء في الإرسال وإجراء محادثات خاصة بك! في باكستان ، من القانوني الإرسال من محطة إذاعية يديرها لحم خنزير مرخص ، وتحت إشرافهم ، إذا كانوا يقومون بتدريبك. أوصيك بالانضمام إلى PARS أو جمعية راديو الهواة المحلية للحصول على مزيد من المعلومات.

أفضل مورد في راديو الهواة وجدته هو دليل ARRL للاتصالات الراديوية. لقد جاء موصى به للغاية ، وعلى الرغم من أن المحتوى الموجود في الكتاب تقني بشكل لا يصدق للوهلة الأولى ، بعد بضع قراءات ، فإنه يبدأ في فهمه. إنه مورد لا يقدر بثمن ، وأجد نفسي أعود إليه كثيرًا. ومع ذلك ، فهو كتاب مدفوع ، ولكن إذا كنت تبحث عن شيء ما لتبدأ به فورًا ، فاقرأ الفصول الخمسة الأولى من " الشبكات اللاسلكية في العالم النامي" ، وهو كتاب مجاني (كما هو الحال في المكتبة الحرة) وكتاب إلكتروني (مجاني) يغطي المادة الأولى. نوقشت بمزيد من التفصيل.

* ملاحظة: طلبت PARS ألا أنشر أرقامًا حقيقية على الإنترنت. هذه أمثلة دقيقة من الناحية الفنية ، لكن الأمثلة الحقيقية متاحة فقط لأعضاء PARS.