جهاز إرسال البث

جهاز إرسال البث هو جهاز إلكتروني يبث موجات راديوية مُعدّلة بمحتوى معلوماتي مُوجّه للجمهور. ومن الأمثلة على ذلك جهاز إرسال البث الإذاعي الذي ينقل الصوت إلى أجهزة استقبال البث الإذاعي المملوكة للجمهور، أو جهاز إرسال البث التلفزيوني الذي ينقل الصور المتحركة إلى أجهزة استقبال البث التلفزيوني . يشمل المصطلح عادةً الهوائي الذي يبث الموجات الراديوية، والمبنى والمنشآت المرتبطة بجهاز الإرسال. تتكون محطة البث ( محطة إذاعية أو محطة تلفزيونية ) من جهاز إرسال البث واستوديو الإنتاج الذي يُنشئ البث. يجب أن تحصل أجهزة إرسال البث على ترخيص من الحكومات، وتقتصر على ترددات ومستويات طاقة محددة. يُخصص لكل جهاز إرسال مُعرّف فريد يتكون من سلسلة من الأحرف والأرقام تُسمى رمز النداء ، ويجب استخدامه في جميع عمليات البث.

في مجال البث والاتصالات، يُطلق على الجزء الذي يحتوي على المذبذب والمعدِّل، وأحيانًا معالج الصوت ، اسم "المُثير". تستخدم معظم أجهزة الإرسال مبدأ التغاير ، لذا فهي تحتوي أيضًا على وحدات تحويل التردد . ومن المثير للالتباس أن مُضخِّم الطاقة العالي، الذي يُغذِّيه المُثير، يُطلق عليه غالبًا اسم "جهاز الإرسال" من قِبل مهندسي البث . يُشار إلى الناتج النهائي باسم قدرة خرج جهاز الإرسال (TPO)، على الرغم من أن هذا ليس المعيار الذي تُقاس به معظم المحطات.

تُستخدم القدرة الإشعاعية الفعالة (ERP) عند حساب تغطية المحطة، حتى بالنسبة لمعظم المحطات غير الإذاعية. وهي عبارة عن القدرة الإشعاعية الكلية (TPO) مطروحًا منها أي توهين أو فقد إشعاعي في الخط الواصل إلى الهوائي، مضروبة في كسب الهوائي ( التكبير ) باتجاه الأفق. يُعد كسب الهوائي هذا مهمًا، لأنه بدونه سيؤدي إلى فاتورة كهرباء باهظة لجهاز الإرسال، وجهاز إرسال باهظ الثمن للغاية. بالنسبة لمعظم المحطات الكبيرة في نطاقي VHF وUHF، لا تتجاوز قدرة جهاز الإرسال 20% من القدرة الإشعاعية الفعالة.

بالنسبة للترددات المنخفضة جدًا (VLF) والمنخفضة (LF) والمتوسطة (MF) والعالية (HF)، لا يتم عادةً تحديد القدرة المشعة الفعالة (ERP) بشكل منفصل. في معظم الحالات، تمثل قدرة الإرسال المذكورة في قوائم أجهزة الإرسال قيمة خرج جهاز الإرسال. هذا صحيح فقط للهوائيات متعددة الاتجاهات التي يبلغ طولها ربع طول الموجة أو أقل. أما بالنسبة لأنواع الهوائيات الأخرى، فتوجد عوامل تضخيم، قد تصل قيمتها إلى 50 للحزم الموجهة للموجات القصيرة في اتجاه أقصى شدة للحزمة.

بما أن بعض المؤلفين يأخذون في الاعتبار عوامل كسب هوائيات أجهزة الإرسال للترددات الأقل من 30  ميجاهرتز والبعض الآخر لا يأخذها في الاعتبار، فغالباً ما تكون هناك اختلافات في قيم القدرات المرسلة.

تُغذّى أجهزة الإرسال أحيانًا من مستوى جهد أعلى من اللازم في شبكة الكهرباء لتحسين أمن الإمداد. على سبيل المثال، تُغذّى أجهزة الإرسال في ألويس ، وكونستانتينو ، ورومول من شبكة الجهد العالي (110 كيلوفولت في ألويس وكونستانتينو، و150 كيلوفولت في رومول)، على الرغم من أن التغذية من مستوى الجهد المتوسط ​​في شبكة الكهرباء (حوالي 20 كيلوفولت) كافية لتوفير الطاقة المطلوبة. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

لا تتطلب أجهزة الإرسال منخفضة الطاقة معدات تبريد خاصة. تتميز أجهزة الإرسال الحديثة بكفاءة عالية للغاية، تتجاوز 98%. مع ذلك، يمكن اعتبار جهاز إرسال البث الذي يحتوي على مرحلة طاقة ميغاواط تنقل 98% منها إلى الهوائي بمثابة سخان كهربائي بقدرة 20 كيلوواط.

بالنسبة لأجهزة الإرسال متوسطة القدرة التي تصل إلى عدة عشرات من الكيلوواط، بما في ذلك 50  كيلوواط AM و20  كيلوواط FM، يُستخدم التبريد بالهواء القسري بشكل عام. عند مستويات طاقة أعلى من ذلك، تُبرَّد مرحلة الإخراج في بعض أجهزة الإرسال بنظام تبريد سائل قسري مشابه لنظام تبريد السيارات. ولأن سائل التبريد يلامس مباشرةً مصاعد الجهد العالي للأنابيب ، فلا يُمكن استخدام سوى الماء المقطر أو منزوع الأيونات أو سائل تبريد عازل خاص في دائرة التبريد. يُبرَّد سائل التبريد عالي النقاء هذا بدوره بواسطة مبادل حراري، حيث يُمكن لدائرة التبريد الثانية استخدام ماء عادي الجودة لعدم ملامستها للأجزاء المكهربة. أما الأنابيب عالية القدرة جدًا ذات الحجم الصغير، فقد تستخدم التبريد التبخيري أو التبريد بالبخار عن طريق الماء الملامس للمصعد. يسمح إنتاج البخار بتدفق حراري عالٍ في حيز صغير. ^{[ 3 ]}

تتطلب الفولتية العالية المستخدمة في أجهزة الإرسال عالية الطاقة (حتى 40 كيلوفولت) معدات حماية متطورة. كما أن هذه الأجهزة معرضة للتلف بسبب الصواعق . وقد تتلف أجهزة الإرسال إذا تم تشغيلها بدون هوائي، لذا يجب أن تكشف دوائر الحماية عن فقدان الهوائي وتفصل جهاز الإرسال فورًا. يجب تزويد أجهزة الإرسال التي تعمل بالصمامات المفرغة بالطاقة بالتسلسل الصحيح، بحيث يتم تطبيق جهد التسخين قبل جهد المصعد، وإلا فقد تتلف الصمامات. يجب مراقبة مرحلة الإخراج بحثًا عن الموجات المستقرة ، التي تشير إلى أن الطاقة المولدة لا تُشع، بل تنعكس عائدةً إلى جهاز الإرسال.

يلزم وجود حماية من الصواعق بين جهاز الإرسال والهوائي. تتكون هذه الحماية من فجوات شرارة ومانعات صواعق مملوءة بالغاز للحد من الجهد الظاهر على أطراف جهاز الإرسال. يقوم جهاز التحكم الذي يقيس نسبة الجهد إلى الموجة الموقوفة بإيقاف تشغيل جهاز الإرسال مؤقتًا في حال رصد نسبة جهد إلى موجة موقوفة عالية بعد ضربة صاعقة، حيث يُحتمل أن تكون الانعكاسات ناتجة عن أضرار ناجمة عن الصاعقة. إذا لم ينجح ذلك بعد عدة محاولات، فقد يكون الهوائي تالفًا، ويجب إبقاء جهاز الإرسال مطفأً. في بعض محطات الإرسال، تُركّب كاشفات للأشعة فوق البنفسجية في مواقع حساسة لإيقاف تشغيل جهاز الإرسال في حال رصد قوس كهربائي . تُراقَب جهود التشغيل، ومعامل التضمين، والتردد، وغيرها من معايير جهاز الإرسال لأغراض الحماية والتشخيص، ويمكن عرضها محليًا و/أو في غرفة تحكم عن بُعد.

عادةً ما يضم موقع الإرسال التجاري مبنى تحكم لحماية مكونات جهاز الإرسال وأجهزة التحكم. ويكون هذا المبنى عادةً مخصصًا للأغراض الوظيفية فقط، وقد يحتوي على أجهزة إرسال الراديو والتلفزيون. ولتقليل فقد الإشارة في خط الإرسال، يكون مبنى الإرسال ملاصقًا للهوائي مباشرةً في مواقع VHF و UHF ، أما في الترددات المنخفضة، فقد يكون من الأفضل ترك مسافة تتراوح بين بضع عشرات إلى بضع مئات من الأمتار بين المبنى والهوائي. وتحتوي بعض أبراج الإرسال على حاويات مدمجة لإيواء أجهزة إرسال وصلات الترحيل اللاسلكي أو أجهزة إرسال أخرى منخفضة الطاقة نسبيًا. وقد تتضمن بعض مباني الإرسال مرافق بث محدودة تسمح للمحطة باستخدام المبنى كاستوديو احتياطي في حال تعطل الاستوديو الرئيسي.

بما أن الموجات الراديوية تتجاوز الحدود، فإن الاتفاقيات الدولية تُنظّم عمليات البث الإذاعي. في دول أوروبية كألمانيا ، غالبًا ما يكون مكتب البريد الوطني هو الجهة التنظيمية. في الولايات المتحدة ، تُنظّم لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) أجهزة البث الإذاعي والصناعي. في كندا ، تُشرف وزارة الصناعة الكندية على الجوانب التقنية للبث الإذاعي وأجهزة الإرسال ، بينما يُنظّم محتوى البث بشكل منفصل من قِبل هيئة الإذاعة والتلفزيون والاتصالات الكندية (CRTC). في أستراليا، تُشرف هيئة الاتصالات والإعلام الأسترالية (ACMA) على أجهزة الإرسال والطيف الترددي والمحتوى. ويُساهم الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) في إدارة طيف الترددات الراديوية على الصعيد الدولي.

كما هو الحال في أي مشروع مكلف، يتطلب تخطيط موقع جهاز إرسال عالي الطاقة عناية فائقة. ويبدأ ذلك باختيار الموقع. إذ يجب مراعاة مسافة دنيا، تعتمد على تردد جهاز الإرسال وقدرته وتصميم هوائيات الإرسال، لحماية الأفراد من طاقة الترددات الراديوية. غالبًا ما تكون أبراج الهوائيات شاهقة الارتفاع، لذا يجب تقييم مسارات الطيران. كما يجب توفير طاقة كهربائية كافية لأجهزة الإرسال عالية الطاقة. تتطلب أجهزة الإرسال للموجات الطويلة والمتوسطة تأريضًا جيدًا وتربة ذات موصلية كهربائية عالية. تُعد المواقع المطلة على البحر أو في وديان الأنهار مثالية، ولكن يجب مراعاة خطر الفيضانات. أما أجهزة الإرسال للترددات فوق العالية (UHF) فتُفضل على الجبال العالية لتحسين المدى (انظر انتشار الموجات الراديوية ). يجب مراعاة نمط الهوائي، لأن تغيير نمط هوائي الموجات الطويلة أو المتوسطة مكلف.

تُستخدم هوائيات الإرسال للموجات الطويلة والمتوسطة عادةً على شكل أعمدة إشعاعية . كما تُستخدم هوائيات مماثلة بأبعاد أصغر لأجهزة إرسال الموجات القصيرة، إذا كانت هذه الأجهزة تُرسل في نطاق واسع. ولتوزيع الإشعاع على أبراج فولاذية قائمة بذاتها، تُستخدم مصفوفات مستوية مثبتة. من حيث المبدأ، يمكن إنشاء أبراج الراديو لأجهزة إرسال UHF والتلفزيون كمنشآت أرضية. قد تكون هذه الأبراج عبارة عن أعمدة فولاذية شبكية أو أبراج خرسانية مسلحة مزودة بهوائيات في أعلاها. تحتوي بعض أبراج إرسال UHF على غرف عمليات و/أو مرافق على ارتفاعات عالية، مثل المطاعم ومنصات المراقبة، والتي يمكن الوصول إليها بواسطة المصاعد. تُسمى هذه الأبراج عادةً بأبراج التلفزيون. أما بالنسبة للموجات الميكروية، فيُستخدم غالبًا هوائيات مكافئة. يمكن تركيب هذه الهوائيات لتطبيقات وصلات الترحيل اللاسلكي على أبراج الإرسال لبث FM إلى منصات خاصة. على سبيل المثال، هناك حاجة إلى هوائيات مكافئة كبيرة يتراوح قطرها من 3 إلى 100 متر لنقل الإشارات إلى أقمار التلفزيون الصناعية والمركبات الفضائية. هذه المحطات، التي يمكن استخدامها عند الضرورة أيضًا كتلسكوب راديوي، يتم إنشاؤها على هياكل قائمة بذاتها، حيث توجد أيضًا العديد من التصاميم الخاصة، مثل التلسكوب الراديوي في أريسيبو.

لا تقل أهمية تخطيط بناء جهاز الإرسال وموقعه عن أهمية كيفية توافق مخرجاته مع عمليات الإرسال الحالية. لا يمكن لجهازَي إرسال البث على التردد نفسه في المنطقة نفسها، لأن ذلك سيؤدي إلى تداخل القنوات. تستخدم المجموعتان الأخريان (ب و ج/د) الثلث الأوسط والعلوي من النطاق. من خلال تكرار هذا التجميع في جميع أنحاء البلاد (باستخدام مجموعات مختلفة لأجهزة الإرسال المتجاورة)، يمكن تقليل تداخل القنوات، بالإضافة إلى تمكين سكان المناطق ذات الاستقبال الضعيف من استخدام هوائيات استقبال مجمعة أكثر كفاءة. لسوء الحظ، في المملكة المتحدة، اضطر هذا النظام المُخطط له بعناية إلى التنازل عن بعض جوانبه مع ظهور البث الرقمي، الذي يتطلب (خلال فترة التحول على الأقل) مساحة قنوات أكبر، وبالتالي لا يمكن دائمًا استيعاب قنوات البث الرقمي الإضافية ضمن المجموعة الحالية لجهاز الإرسال. وهكذا، أصبحت العديد من أجهزة الإرسال في المملكة المتحدة "واسعة النطاق"، مما استدعى استبدال هوائيات الاستقبال (انظر الروابط الخارجية). بمجرد حدوث التحول الرقمي، من المقرر أن تعود معظم أجهزة الإرسال إلى مجموعاتها الأصلية، وفقًا لمصدر Ofcom، يوليو 2007 .

تزداد الأمور تعقيدًا عندما تضطر أجهزة الإرسال المتجاورة إلى البث على نفس التردد، وفي هذه الحالة، تضعف أنماط الإشعاع في الاتجاه (الاتجاهات) المعنية. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك المملكة المتحدة، حيث تبث محطة والتهام بقدرة عالية على نفس ترددات محطة ساندي هيث ، على الرغم من أن المسافة بينهما لا تتجاوز 50 ميلًا. وبالتالي، لا تبث مصفوفة هوائيات والتهام هاتين القناتين باتجاه ساندي هيث، والعكس صحيح.

عندما تتطلب خدمة معينة تغطية واسعة، يتحقق ذلك عادةً باستخدام عدة أجهزة إرسال في مواقع مختلفة. تعمل هذه الأجهزة عادةً بترددات مختلفة لتجنب التداخل في مناطق التغطية المتداخلة. ومن الأمثلة على ذلك شبكات البث الوطنية وشبكات الهاتف المحمول . في الأخيرة، يقوم جهاز الاستقبال بتغيير التردد تلقائيًا عند الحاجة، بينما في الأولى، يكون إعادة الضبط اليدوي أكثر شيوعًا (مع أن نظام بيانات الراديو مثال على تغيير التردد التلقائي في شبكات البث). هناك نظام آخر لتوسيع التغطية باستخدام عدة أجهزة إرسال وهو الإرسال شبه المتزامن ، ولكنه نادر الاستخدام حاليًا.

عادة ما يتم تصنيف محطات الإرسال إما كمحطات رئيسية أو محطات ترحيل (المعروفة أيضًا باسم أجهزة إعادة الإرسال أو المترجمات أو أحيانًا "أجهزة النقل").

تُعرَّف المحطات الرئيسية بأنها تلك التي تولد إشارة خرج مُعدَّلة خاصة بها من إشارة دخل أساسية (غير مُعدَّلة). وعادةً ما تعمل المحطات الرئيسية بقدرة عالية وتغطي مساحات واسعة.

تستقبل محطات التقوية (المترجمات) إشارة دخل معدلة مسبقًا، عادةً عن طريق الاستقبال المباشر من محطة رئيسية عبر الهواء، وتعيد بثها ببساطة على تردد آخر. تعمل محطات التقوية عادةً بقدرة متوسطة أو منخفضة، وتُستخدم لتغطية مناطق الاستقبال الضعيف داخل منطقة خدمة المحطة الرئيسية أو على أطرافها.

لاحظ أن المحطة الرئيسية قد تأخذ إشارة الإدخال الخاصة بها مباشرة من محطة أخرى، ولكن هذه الإشارة ستخضع لعملية فك تشفير كاملة إلى النطاق الأساسي أولاً، ثم تتم معالجتها، ثم إعادة تشكيلها للإرسال.

اشتهرت بعض المدن الأوروبية، مثل مولاكر وإسمانينغ ولانغنبرغ وكالوندبورغ وهوربي وألويس، بكونها مواقع لمحطات إرسال قوية . فعلى سبيل المثال، كان جهاز إرسال غولياث جهاز إرسال بتردد منخفض جدًا تابعًا للبحرية الألمانية (كريغسمارين) خلال الحرب العالمية الثانية، ويقع بالقرب من كالبه آن دير ميلده في ولاية ساكسونيا-أنهالت الألمانية. وأصبحت بعض أبراج الإرسال ، مثل برج إذاعة برلين وبرج تلفزيون شتوتغارت، معالم بارزة في المدن. وتضم العديد من محطات الإرسال أبراجًا شاهقة الارتفاع تُعدّ تحفًا هندسية.

لطالما اعتُبر امتلاك أطول مبنى في العالم، أو في الدولة، أو الولاية/المقاطعة/المحافظة، أو المدينة، وما إلى ذلك، مدعاةً للفخر. وكثيراً ما استخدم مُشيدو ناطحات السحاب هوائيات الإرسال للادعاء بامتلاكهم أطول مبنى. ومن الأمثلة التاريخية على ذلك، التنافس على لقب "أطول مبنى" بين مبنى كرايسلر ومبنى إمباير ستيت في مدينة نيويورك .

تضم بعض الأبراج منصة مراقبة متاحة للسياح. ومن الأمثلة على ذلك برج أوستانكينو في موسكو، الذي اكتمل بناؤه عام 1967 بمناسبة الذكرى الخمسين لثورة أكتوبر، وذلك لإظهار القدرات التقنية للاتحاد السوفيتي . ونظرًا لأن أبراج الراديو الشاهقة، مهما كان نوعها، تُعد معالم بارزة، وتتطلب تخطيطًا دقيقًا وبناءً متقنًا، ولأن أجهزة الإرسال عالية الطاقة، لا سيما في نطاقي الموجات الطويلة والمتوسطة، يمكن استقبالها عبر مسافات طويلة، فقد كانت هذه المنشآت تُذكر كثيرًا في الدعاية. ومن الأمثلة الأخرى برج هيرزبرغ/إلستر التابع لإذاعة دويتشلاندسندر، وبرج وارسو الإذاعي .

كان برج محطة KVLY-TV الواقع بالقرب من بلانشارد، داكوتا الشمالية، أطول هيكل اصطناعي في العالم عند اكتماله عام 1963. وتجاوزه برج وارسو الإذاعي عام 1974 ، لكنه استعاد لقبه عندما انهار الأخير عام 1991. وتجاوزه برج خليفة في أوائل عام 2009، لكن برج KVLY-TV لا يزال أطول جهاز إرسال.

• أطول برج إذاعي/تلفزيوني:
  • 1974–1991: كونستانتينو لجهاز إرسال الموجات الطويلة بقدرة 2000  كيلوواط، 646.38 متر (2120  قدم 8 بوصات)
  • 1963–1974 ومنذ عام 1991: برج KVLY ، 2063  قدمًا (628.8 مترًا)
• أعلى قوة:
  • موجات طويلة، جهاز إرسال تالدوم ، 2500  كيلوواط
  • موجة متوسطة، جهاز إرسال بولشاكوفو ، 2500  كيلوواط
• أكثر مواقع انتقال العدوى ( أوروبا ):
  • إف إم بيك دو إيغو في شامونيه
  • بيك بلانك من فئة ماستر واين في أندورا
• أكثر مواقع انتقال العدوى ( أمريكا الشمالية ):
  • محطة KMXD FM على جبال توشار

• قائمة بمواقع البث الشهيرة
• تصميم جهاز إرسال لاسلكي
• محطة الإرسال
• جهاز إرسال تلفزيوني
• ناقل

• الاتحاد الدولي للاتصالات
• صفحة جيم هوكينز لتكنولوجيا الراديو والبث، مؤرشفة بتاريخ 16 مارس 2009 على موقع Wayback Machine.
• الموقع التقني لجهاز إرسال قناة WCOV-TV مؤرشف بتاريخ 3 يوليو 2006 على موقع Wayback Machine
• تفاصيل أجهزة إرسال التلفزيون الرقمي في المملكة المتحدة
• معرض صور "منطقة أنوراك" لريتشارد مور لمواقع بث التلفزيون والإذاعة في المملكة المتحدة
• خريطة أجهزة إرسال التلفزيون الأسترالية