ما هو المخفف - التصميم والأنواع والتطبيقات

مهدت تكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية الطريق لاختراعات مثيرة للغاية. يُعرف أيضًا باسم الاتصال 'عبر الأثير'. جعلت هذه التكنولوجيا المحمول و التواصل بين الكواكب حقيقة. أول اتصال محمول تم اختراعه في عام 1880 كان 'Photophone'. استخدم ضوء الشمس لنقل الصوت من نقطة إلى أخرى. في أنظمة الاتصالات ، يتم استخدام شكل من أشكال الطاقة مثل موجات الراديو أو الطاقة الصوتية لنقل المعلومات من مكان إلى آخر. هنا لا يتم استخدام أي أسلاك وعادة ما تكون وسيلة الانتشار هي الهواء. هناك بعض التحديات التي تواجهها هذه التكنولوجيا التي تقلل من كفاءتها وموثوقيتها. أحد هذه التحديات هو التوهين. الجهاز المستخدم للتوهين هو المخفف.

ما هو المخفف؟

يتم إرسال الإشارات من مكان إلى آخر عبر وسيط. يمكن أن تكون هذه الإشارات إشارات بيانات ، وإشارات جهد ، وإشارات حالية ، وما إلى ذلك. عندما تزيد المسافة التي تقطعها الإشارة ، تقل قوة الإشارة تدريجياً. يسمى هذا الفقد التدريجي لشدة الإشارات عبر الوسيط التوهين.

على الرغم من اعتبارها بمثابة تحدٍ لنقل الإشارات لمسافات طويلة ، فقد وُجد أن هذه الظاهرة مفيدة في العديد من المهام الأخرى. يُطلق على الجهاز المصمم لتقليل قوة الإشارات دون الإخلال بشكلها الموجي اسم 'المخفف'.

يستخدم المخفف بشكل كبير بعد ذلك دوائر مولد الإشارة . يساعد في تخفيف أو تقليل قوة الإشارات عالية المستوى قبل تطبيقها على دوائر الهوائي . المخفف هو جهاز إلكتروني ثنائي المنفذ مصمم باستخدام المقاومات لإضعاف أو تخفيف الإشارة. المخففات عبارة عن دوائر سلبية تعمل بدون أي مصدر طاقة. وهي متوفرة كمخفف ثابت بمستوى توهين ثابت وكمخفف متغير باستمرار. على عكس نسبة كسب المضخمات ، يعطي المخفف نسبة خسارة. يتم قياس مقدار التوهين بالديسيبل.

تصميم المخفف

المخففات عبارة عن دوائر إلكترونية سلبية ثنائية المنافذ. هذه مصممة بحتة باستخدام المقاومات. هنا ، يتم ترتيب المقاومات على شكل مقسم الفولت شبكة الاتصال. يعتمد تصميم المخفف على هندسة الخط للأسلاك المتصلة بين الأجهزة. اعتمادًا على ما إذا كان الخط متوازنًا أو غير متوازن ، يجب أن تكون المخففات المستخدمة مع الخط متوازنة أو غير متوازنة. المخففات المستخدمة مع الخطوط المحورية هي شكل غير متوازن. المخففات المستخدمة مع زوج مجدول تكون ذات شكل متوازن.

دارة المخفف خطية ومتبادلة بناءً على التطبيق ، يمكن أن يكون المخفف أحادي الاتجاه أو ثنائي الاتجاه. عندما تكون دائرة المخفف متناظرة ، لن يكون هناك فرق بين منفذ الإدخال ومنفذ الإخراج. في هذه الحالة كقاعدة عامة ، يتم اعتبار المنفذ الأيسر كمدخلات والمنفذ الأيمن كمخرج.

تم العثور على المخففات أيضًا كدوائر مدمجة في مولدات الإشارة وكذلك الدوائر المستقلة. توضع المخففات المستقلة في سلسلة بين مصدر الإشارة ودائرة التحميل على مسار الإشارة. في مثل هذه الحالة بالإضافة إلى توفير التوهين ، يجب أن تتطابق مع معاوقة المصدر ومقاومة الحمل. تم العثور على المخففات في الاتصالات اللاسلكية وخطوط الإرسال لتقليل قوة الإشارة.

أنواع المخفف

المخففات متوفرة كمخففات ثابتة ومخففات قابلة للتعديل. تُعرف شبكات التوهين الثابتة باسم 'وسادات المخفف'. هذه متوفرة لقيم محددة من 0dB إلى 100dB. توجد المخففات بشكل شائع في تطبيقات التردد اللاسلكي والبصرية. تُستخدم مخففات التردد الراديوي في الدوائر الإلكترونية بينما تجد الموهنات الضوئية تطبيقات في الألياف البصرية.

بعض التخطيطات الشائعة للمخفف هي - تكوين T ، وتكوين pI ، وتكوين L. هذه التكوينات من نوع غير متوازن. يُشار إلى النوع المتوازن لتكوين T وتكوينات pI على أنها تكوين 'H' ، وتكوين O على التوالي. النوع المتوازن عبارة عن دائرة متناظرة بينما الأنواع غير المتوازنة هي دوائر غير متناظرة.

مخفف التكوين T

يتكون تصميم المخفف القائم على الترددات الراديوية من ستة أنواع. وهي من النوع الثابت ، ونوع الخطوة ، والنوع المتغير باستمرار ، والنوع القابل للبرمجة ، ونوع التحيز للتيار المستمر ، ونوع حظر التيار المباشر.

النوع الثابت

في مخففات النوع الثابت ، يتم تأمين شبكة المقاوم بقيمة توهين محددة مسبقًا. يتم وضعها في مسار الإشارة للتخفيف من قوة الإشارة المرسلة. يمكن أن تكون هذه أحادية الاتجاه أو ثنائية الاتجاه بناءً على متطلبات التطبيق الخاصة بهم. يمكن أن تكون متاحة إما على شكل سطحي أو دليل موجي أو أنواع متحدة المحور. في التصميم المعتمد على الرقاقة ، تطور الأنواع المختلفة من المواد المودعة على الركيزة الموصلة حراريًا المقاومة. تعتمد قيمة المقاومة هذه على أبعاد الرقاقة والمواد المستخدمة لإنتاج الرقائق.

المخفف مع تكوين Pi

نوع الخطوة

هذه المخففات تشبه المخففات الثابتة. ولكن في هذا النوع ، يتم توفير زر ضغط لضبط قيم التوهين. توفر هذه قيم التوهين فقط من الخطوات التي تمت معايرتها مسبقًا. اعتمادًا على التطبيق ، يمكن استخدام المخفف في تنسيقات الرقاقة أو الدليل الموجي أو المحوري.

نوع متغير باستمرار

في النوع المتغير باستمرار ، يمكن تغيير قيمة التوهين يدويًا إلى أي قيمة توهين من النطاق المحدد المحدد. في هذا النوع ، تتم استعادة المقاومات الموجودة في شبكة المخفف بعناصر الحالة الصلبة ، على سبيل المثال ، MOSFET أو الصمام الثنائي PIN. بالمقارنة مع شبكة المقاومة السلبية ، من خلال تغيير الجهد في أجهزة FET ، يمكن أن يتنوع التوهين بدقة أكبر. من الممكن هنا تغيير التوهين باستخدام إما يدويًا أو بمساعدة الإشارات الإلكترونية.

نوع قابل للبرمجة

يُطلق على هذا النوع أيضًا اسم 'مخفف الخطوة الرقمي'. يتم التحكم في هذا المكون بواسطة إشارة تحكم خارجية يحركها الكمبيوتر. يتم التحكم في هذه بواسطة الدوائر المنطقية TTL بنطاق حجم خطوة مثل 2،4،6 ، ....... ، 32. إذا وجد أن الجهد المطبق عبر هذا المخفف أقل من 1 فولت ، يتم الوصول إلى المستوى المنطقي 0. بالنسبة للجهود 3V وأعلى ، يتم إعطاء المستوى المنطقي 1. تُستخدم المستويات المنطقية أعلاه للتحكم في المفاتيح أحادية القطب ومزدوجة الرمي التي تربط عددًا من المخففات على مسار الإشارة. يتوفر هذا النوع أيضًا في تصميمات USB مع البرامج المثبتة.

نوع الانحياز DC

يحتوي هذا النوع من المخفف على سعة في كل من منفذ الإدخال ومنفذ الإخراج للجهاز الذي يحجب الفولتية المستمرة. وهكذا ، وبصرف النظر عن تخفيف إشارات التردد الراديوي ، فإن هذا النوع يمرر إشارات التيار المستمر.

نوع حظر التيار المباشر

هذا النوع مشابه لنوع DC Bias. يتمثل الاختلاف الوحيد بين هذين الأمرين في الطريقة التي يتم بها حظر إشارة التيار المباشر تمامًا دون أي مسار بديل يعمل باتجاه منفذ الإخراج.

المخففات البصرية

وهي تشبه مخفف الترددات الراديوية (RF) ولكن بدلاً من الإشارات الكهربائية ، فإنها تخفف من موجات الضوء. هذا المخفف يمتص الضوء أو يبدده وفقًا لقيم التوهين دون تغيير شكل الموجة. على غرار موهنات التردد الراديوي ، تم تصميم الموهنات الضوئية أيضًا على أنها ثابتة ، ومتغيرة ، وقابلة للبرمجة ، إلخ ... وهي مصممة بناءً على متطلبات التطبيق. تستخدم المخففات الضوئية الثابتة أليافًا مخدرة لتفريق الضوء المعطى كمدخل. ترتبط الموهنات البصرية المتغيرة والقابلة للبرمجة ارتباطًا وثيقًا بمتغير التردد الراديوي وموهنات التردد الراديوي القابلة للبرمجة.

ضعف في الشبكات

التوهين هو تقليل قوة الإشارة. يمكن العثور على هذا مع كل من الإشارات التناظرية والرقمية. يتم قياس التوهين بالديسيبل. يتم قياس التوهين في كبلات الألياف الضوئية بعدد ديسيبل لكل قدم. يعتبر الكبل ذو التوهين الأقل لكل وحدة مسافة أكثر كفاءة.

يظهر التوهين في أنظمة الاتصال عندما يتم إرسال الإشارات عبر مسافات طويلة. في سياق شبكات الكمبيوتر ، التوهين هو فقدان الاتصال أو قوة إشارات البيانات عند إرسالها عبر مسافات طويلة. مع انخفاض معدل التوهين ، تصبح البيانات المرسلة أكثر تشوهًا. الأسباب الرئيسية للتوهين في شبكة الكمبيوتر هي-

• نطاق - في كل من الاتصالات السلكية واللاسلكية عند إرسال إشارة عبر مسافات طويلة ، تنخفض قوة الإشارة تدريجياً.
• التشوش- التداخل من أي شكل مثل العوائق المادية يقلل من قوة الإشارات المرسلة.

تتراوح القيم النموذجية لتوهين الخط على شبكة DSL من 5 ديسيبل إلى 50 ديسيبل. يتم قياس التوهين هنا على أنه فقدان الإشارة بين نقطة وصول المزود والمنزل. خفض قيمة التوهين بشكل أفضل جودة الإشارة. بالنسبة لشبكات Wi-Fi ، يتم ملاحظة مقياس المعدل الديناميكي. يقوم هذا تلقائيًا بضبط الحد الأقصى لبيانات الاتصال لأعلى أو لأسفل بناءً على جودة نقل الخط.

تطبيقات المخففات

بعض التطبيقات البارزة للمخففات هي كما يلي:

• تُستخدم المخففات كمعدات للتحكم في مستوى الصوت في محطات البث.
• لأغراض الاختبار في المختبرات ، للحصول على إشارات جهد أصغر ، يتم استخدام المخففات.
• تستخدم المخففات الثابتة لتحسين مطابقة الممانعة في الدوائر.
• تستخدم هذه لحماية الدوائر من التلف الناتج عن قيم الجهد العالي.
• تُستخدم مخففات التردد الراديوي للتبديد الوقائي للطاقة في قياس إشارات التردد الراديوي.
• يتم تطبيق المخففات البصرية في اتصالات الألياف البصرية لمطابقة مستويات جهاز الإرسال والاستقبال بشكل صحيح.

أسئلة وأجوبة

1). ماذا يفعل المخفف RF؟

للاحتجاج على الأنظمة من الضرر الناجم عن إشارات الطاقة العالية التي تكون عالية جدًا بحيث لا يمكن معالجتها بواسطة الدائرة ، تساعد مخففات التردد اللاسلكي في تقليل مستوى اتساع إشارة الإدخال.

2). ما هو المخفف السلبي؟

المخفف السلبي عبارة عن دائرة مخففة تتكون فقط من مقاومات. لا تتطلب هذه الدائرة أي مصدر طاقة لتعمل.

3). كيف يتم قياس التوهين؟

يُقاس التوهين بوحدات الديسيبل لكل وحدة طول في الوسط.

4). ما سبب التوهين في الألياف الضوئية؟

في الألياف الضوئية ، هناك سببان رئيسيان للتوهين هما الامتصاص والتشتت.

5). ما فائدة المخفف للإشارات التلفزيونية؟

المخفف المستخدم للإشارات التلفزيونية لضبط قوة الإشارة وتقليل التداخل.

المخفف يساعد في تقليل مستويات الإشارة. هنا يعتمد تبديد طاقة الجهاز على مساحة السطح وكتلة مادة المقاومة المستخدمة في شبكته. تتمثل بعض الخصائص المهمة لمخفف التردد الراديوي في دقته وانخفاض SWR واستجابة التردد المسطح وقابلية التكرار.