تعديل التردد

رسوم متحركة لإشارات الصوت و AM و FM — قد يتم نقل الإشارة بواسطة موجة راديو AM أو FM.

التضمين الترددي ( FM ) هو تقنية لتضمين الإشارات تُستخدم في الاتصالات الإلكترونية، وكانت تُستخدم في الأصل لنقل الرسائل عبر موجات الراديو . في التضمين الترددي، يتغير التردد اللحظي للموجة الحاملة بما يتناسب مع خاصية معينة، وهي في المقام الأول السعة اللحظية، لإشارة الرسالة، مثل الإشارة الصوتية . ^{[ 1 ]} تُستخدم هذه التقنية في الاتصالات السلكية واللاسلكية ، والبث الإذاعي ، ومعالجة الإشارات ، والحوسبة .

في تعديل التردد التناظري ، مثل البث الإذاعي للصوت والموسيقى، فإن الانحراف الترددي اللحظي ، أي الفرق بين تردد الموجة الحاملة وترددها المركزي، له علاقة وظيفية بسعة إشارة التعديل.

يمكن ترميز البيانات الرقمية ونقلها باستخدام نوع من تعديل التردد يُعرف باسم مفتاح إزاحة التردد (FSK)، حيث يتم تبديل تردد الموجة الحاملة بين مجموعة منفصلة من القيم. في أبسط صوره، وهو FSK الثنائي، يُمثل ترددان الرمزين الثنائيين 0 و1. يُستخدم FSK على نطاق واسع في التطبيقات ذات معدلات نقل البيانات المنخفضة إلى المتوسطة نظرًا لبساطته ومتانته. تشمل الاستخدامات الشائعة أجهزة مودم الحاسوب القديمة (مثل مودمات الفاكس)، وأنظمة معرف المتصل في الهواتف ، وأجهزة فتح أبواب المرآب، وأنظمة الدخول عن بُعد بدون مفتاح، وأجهزة الطباعة اللاسلكية . ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

يُستخدم تعديل التردد على نطاق واسع في البث الإذاعي بتقنية FM . كما يُستخدم في القياس عن بُعد ، والرادار ، والتنقيب الزلزالي، ومراقبة حديثي الولادة للكشف عن النوبات عبر تخطيط كهربية الدماغ (EEG) ، ^{[ 4 ]} وأنظمة الراديو ثنائية الاتجاه ، وتوليف الصوت ، وأنظمة التسجيل على الأشرطة المغناطيسية، وبعض أنظمة نقل الفيديو. في البث الإذاعي، تتمثل إحدى مزايا تعديل التردد في ارتفاع نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، وبالتالي قدرته على رفض تداخل الترددات الراديوية بشكل أفضل من إشارة تعديل السعة (AM) ذات القدرة المتساوية. لهذا السبب، يُبث معظم الموسيقى عبر راديو FM.

يُعدّ تعديل التردد وتعديل الطور الطريقتين الرئيسيتين المتكاملتين لتعديل الزاوية ؛ وغالبًا ما يُستخدم تعديل الطور كخطوة وسيطة لتحقيق تعديل التردد. وتختلف هاتان الطريقتان عن تعديل السعة ، حيث تتغير سعة الموجة الحاملة، بينما يظل التردد والطور ثابتين.

إشارة FM

بحسب بول ناهين ، "لن ينجح تطبيق إشارة النطاق الأساسي لمخرج الميكروفون مباشرةً على هوائي جهاز الإرسال، لأن... هوائيًا بطول ربع موجة عند ترددات الصوت ضخمٌ جدًا. يتطلب الحصول على هوائي ذي حجم معقول إشارة إرسال بترددات أعلى بكثير من ترددات نطاق التردد؛ أي يجب رفع تردد نطاق النطاق الأساسي إلى ترددات الراديو." ^{[ 5 ]} يُسمى هذا بتعديل الإشارة . ووفقًا لرون برتراند ، "تعديل التردد هو طريقة لتعديل الموجة الحاملة حيث يتسبب الصوت المُعدِّل في تغيير التردد اللحظي للموجة الحاملة. بدون تعديل، يُنتج جهاز إرسال FM ترددًا حاملًا واحدًا." ^{[ 6 ]}

يمكن كتابة إشارة FM الناتجة عن حامل جيبي بتردد ω _c ، والمعدلة بواسطة نغمة صوتية بتردد ω _a وسعة A، على النحو التالي: ^{[ 5 ]}

{\begin{aligned}e(t)&=\sin \left(\omega _{c}t+kA\sin \left(\omega _{a}t\right)\right)\\\end{aligned}}

نحن بحاجة إلى التردد اللحظي ، الذي يصف ترددًا يتغير أعلى وأسفل تردد الموجة الحاملة عند تردد النغمة الصوتية ، والذي نستنتجه باستخدام طريقة كارسون للمشتق الزمني: ^{[ 5 ]}

{\begin{aligned}{\frac {d}{dt}}\left(\omega _{c}t+kA\sin \left(\omega _{a}t\right)\right)&=\omega _{c}+kA\omega _{a}\cos \left(\omega _{a}t\right)\\\end{aligned}}

يُحدد عامل السعة kAω _a أقصى انحراف للتردد حول ω _c . وبقسمة هذا العامل على ω _a ، نحصل على مؤشر التضمين kA، ^{[ 5 ]} وهو "نسبة مقدار انحراف التردد إلى تردد التضمين الصوتي". ^{[ 6 ]}

على الرغم من أن معظم طاقة الإشارة تتركز ضمن النطاق f _c ± f _Δ ، إلا أنه يمكن إثبات، من خلال تحليل فورييه، أن نطاقًا أوسع من الترددات مطلوب لتمثيل إشارة FM بدقة. يحتوي طيف تردد إشارة FM الفعلية على مكونات تمتد إلى ما لا نهاية، على الرغم من أن سعتها تتناقص، وغالبًا ما يتم إهمال المكونات ذات الرتب العليا في مسائل التصميم العملية. ^{[ 7 ]}

إشارة نطاق أساسي جيبية

رياضيًا، يمكن تقريب إشارة تعديل النطاق الأساسي بإشارة موجة جيبية مستمرة بتردد f _m . تُسمى هذه الطريقة أيضًا بتعديل النغمة المفردة . تكامل هذه الإشارة $x_{m}(t)=\cos(2\pi f_{m}t)$ يكون:

\int _{0}^{t}x_{m}(\tau )d\tau ={\frac {\sin \left(2\pi f_{m}t\right)}{2\pi f_{m}}}\,

في هذه الحالة، يتبسط التعبير عن y(t) أعلاه إلى: ^{[ 8 ]}

y(t)=A_{c}\cos \left(2\pi f_{c}t+{\frac {f_{\Delta }}{f_{m}}}\sin \left(2\pi f_{m}t\right)\right)\,

حيث السعة $A_{m}\,$ يتم تمثيل الموجة الجيبية المعدلة في انحراف الذروة $f_{\Delta }=K_{f}A_{m}$ (انظر انحراف التردد ).

يمكن تمثيل التوزيع التوافقي لموجة حاملة جيبية معدلة بإشارة جيبية كهذه باستخدام دوال بيسل ؛ وهذا يوفر الأساس لفهم رياضي لتعديل التردد في مجال التردد. ^{[ 8 ]}

مؤشر التعديل

كما هو الحال في أنظمة التضمين الأخرى، يشير مؤشر التضمين إلى مقدار تغير المتغير المضمّن حول مستواه غير المضمّن. ويرتبط هذا المؤشر بتغيرات تردد الموجة الحاملة .

h={\frac {\Delta {}f}{f_{m}}}={\frac {f_{\Delta }\left|x_{m}(t)\right|}{f_{m}}}

أين $f_{m}\,$ يمثل أعلى مكون تردد موجود في إشارة التضمين x _m ( t )، و $\Delta {}f\,$ يمثل انحراف التردد الأقصى ، أي أقصى انحراف للتردد اللحظي عن تردد الموجة الحاملة. في حالة تعديل الموجة الجيبية، يُلاحظ أن معامل التعديل هو نسبة انحراف التردد الأقصى للموجة الحاملة إلى تردد الموجة الجيبية المعدلة.

لو $h\ll 1$ يُطلق على هذا التعديل اسم تعديل التردد ذي النطاق الضيق (NFM)، ويبلغ عرض نطاقه تقريبًا $2f_{m}\,$ أحيانًا يكون مؤشر التعديل $h<0.3$ يُعتبر NFM، بينما تُعتبر مؤشرات التضمين الأخرى FM واسع النطاق (WFM أو FM). ^{[ 8 ]}

بالنسبة لأنظمة التضمين الرقمي، على سبيل المثال، تضمين إزاحة التردد الثنائي (BFSK)، حيث تقوم إشارة ثنائية بتضمين الموجة الحاملة، يتم إعطاء مؤشر التضمين بواسطة:

h={\frac {\Delta {}f}{f_{m}}}={\frac {\Delta {}f}{\frac {1}{2T_{s}}}}=2\Delta {}fT_{s}\

أين $T_{s}\,$ هو رمز النقطة، و $f_{m}={\frac {1}{2T_{s}}}\,$ يُستخدم التردد الأعلى للموجة الثنائية المُعدِّلة اصطلاحًا، على الرغم من أنه من الأدق القول بأنه التردد الأساسي الأعلى للموجة الثنائية المُعدِّلة. في حالة التعديل الرقمي، يكون التردد الحامل هو التردد الأعلى للموجة الثنائية المُعدِّلة. $f_{c}\,$ لا يتم إرسالها مطلقًا. بل يتم إرسال أحد ترددين، إما $f_{c}+\Delta f$ أو $f_{c}-\Delta f$ ، اعتمادًا على الحالة الثنائية 0 أو 1 لإشارة التضمين.

لو $h\gg 1$ يُطلق على هذا التعديل اسم FM واسع النطاق ، ويبلغ عرض نطاقه تقريبًا $2f_{\Delta }\,$ على الرغم من أن تقنية FM ذات النطاق العريض تستخدم نطاقًا تردديًا أكبر، إلا أنها قادرة على تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء بشكل ملحوظ؛ على سبيل المثال، مضاعفة قيمة $\Delta {}f\,$ مع الحفاظ على $f_{m}$ يؤدي ثبات التردد إلى تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء بمقدار ثمانية أضعاف. ^{[ 9 ]} (قارن هذا مع طيف انتشار التردد المتغير ، الذي يستخدم انحرافات تردد واسعة للغاية لتحقيق مكاسب معالجة مماثلة لأنماط طيف الانتشار التقليدية والمعروفة).

في حالة موجة FM المعدلة نغميًا ، إذا تم تثبيت تردد التعديل وزيادة معامل التعديل، فإن عرض نطاق إشارة FM (وهو عرض نطاق غير مهمل) يزداد، لكن المسافة بين الأطياف تبقى ثابتة؛ حيث تتناقص قوة بعض المكونات الطيفية بينما تزداد قوة مكونات أخرى. أما إذا تم تثبيت انحراف التردد وزيادة تردد التعديل، فإن المسافة بين الأطياف تزداد.

يمكن تصنيف تعديل التردد إلى نوعين: ضيق النطاق إذا كان التغير في تردد الموجة الحاملة مساويًا تقريبًا لتردد الإشارة، وواسع النطاق إذا كان التغير في تردد الموجة الحاملة أعلى بكثير (معامل التعديل > 1) من تردد الإشارة. ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]} على سبيل المثال، يُستخدم تعديل التردد ضيق النطاق (NFM) في أنظمة الراديو ثنائية الاتجاه مثل خدمة راديو العائلة (Family Radio Service )، حيث يُسمح للموجة الحاملة بالانحراف بمقدار 2.5 كيلوهرتز فقط أعلى وأسفل التردد المركزي، مع إشارات صوتية لا يتجاوز عرض نطاقها 3.5 كيلوهرتز. أما تعديل التردد واسع النطاق فيُستخدم في البث الإذاعي بتقنية FM ، حيث تُبث الموسيقى والكلام بانحراف يصل إلى 75 كيلوهرتز عن التردد المركزي، مع إشارة صوتية بعرض نطاق يصل إلى 20 كيلوهرتز وموجات حاملة فرعية تصل إلى 92 كيلوهرتز.

دوال بيسل

في بحثه المنشور عام ١٩٢٢ حول تعديل التردد (FM)، أشار كارسون إلى توليد عدد لا نهائي من الترددات الجانبية عند تعديل تردد الموجة الحاملة بتردد الإشارة، وتُعبّر سعاتها عن طريق دوال بيسل. ويُحدد تردد الإشارة المُعدِّلة المسافة الفاصلة بين الترددين، بينما تعتمد السعة على معامل التعديل. ويُستخدم جدول دوال بيسل من النوع الأول لتحديد سعات الترددات الجانبية. ^{[ ٦ ]}^{[ ٥ ]}^{: ٢١٤}

في حالة الموجة الحاملة المُعدَّلة بموجة جيبية واحدة، يمكن حساب طيف التردد الناتج باستخدام دوال بيسل من النوع الأول، كدالة لعدد النطاقات الجانبية ومعامل التعديل. يوضح الشكل سعة الموجة الحاملة والنطاقات الجانبية لمعاملات تعديل مختلفة لإشارات FM. عند قيم محددة لمعامل التعديل، تصبح سعة الموجة الحاملة صفرًا، وتتركز كل طاقة الإشارة في النطاقات الجانبية. ^{[ 7 ]}

بما أن النطاقات الجانبية تقع على جانبي الموجة الحاملة، يُضاعف عددها، ثم يُضرب في تردد التضمين لحساب عرض النطاق. على سبيل المثال، ينتج عن انحراف 3 كيلوهرتز مُضمّن بنغمة صوتية بتردد 2.2 كيلوهرتز معامل تضمين قدره 1.36. لنفترض أننا اقتصرنا على النطاقات الجانبية التي لا يقل سعتها النسبية عن 0.01. عندئذٍ، يُظهر فحص الرسم البياني أن معامل التضمين هذا سينتج عنه ثلاثة نطاقات جانبية. عند مضاعفة هذه النطاقات الثلاثة، نحصل على (6 × 2.2 كيلوهرتز) أو عرض نطاق مطلوب قدره 13.2 كيلوهرتز.

مؤشر التعديل	سعة النطاق الجانبي
مؤشر التعديل	الناقل	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
0.00	1.00
0.25	0.98	0.12
0.5	0.94	0.24	0.03
1.0	0.77	0.44	0.11	0.02
1.5	0.51	0.56	0.23	0.06	0.01
2.0	0.22	0.58	0.35	0.13	0.03
2.40483	0.00	0.52	0.43	0.20	0.06	0.02
2.5	-0.05	0.50	0.45	0.22	0.07	0.02	0.01
3.0	-0.26	0.34	0.49	0.31	0.13	0.04	0.01
4.0	-0.40	-0.07	0.36	0.43	0.28	0.13	0.05	0.02
5.0	-0.18	-0.33	0.05	0.36	0.39	0.26	0.13	0.05	0.02
5.52008	0.00	-0.34	-0.13	0.25	0.40	0.32	0.19	0.09	0.03	0.01
6.0	0.15	-0.28	-0.24	0.11	0.36	0.36	0.25	0.13	0.06	0.02
7.0	0.30	0.00	-0.30	-0.17	0.16	0.35	0.34	0.23	0.13	0.06	0.02
8.0	0.17	0.23	-0.11	-0.29	-0.10	0.19	0.34	0.32	0.22	0.13	0.06	0.03
8.65373	0.00	0.27	0.06	-0.24	-0.23	0.03	0.26	0.34	0.28	0.18	0.10	0.05	0.02
9.0	-0.09	0.25	0.14	-0.18	-0.27	-0.06	0.20	0.33	0.31	0.21	0.12	0.06	0.03	0.01
10.0	-0.25	0.04	0.25	0.06	-0.22	-0.23	-0.01	0.22	0.32	0.29	0.21	0.12	0.06	0.03	0.01
12.0	0.05	-0.22	-0.08	0.20	0.18	-0.07	-0.24	-0.17	0.05	0.23	0.30	0.27	0.20	0.12	0.07	0.03	0.01

قاعدة كارسون

تنص قاعدة كارسون ، وهي قاعدة عامة ، على أن الإشارة المعدلة التردد تقع ضمن نطاق ترددي معين. $B_{T}\,$ من: ^{[ 8 ]}^{: 146}

B_{T}=2\left(\Delta f+f_{m}\right)=2f_{m}(h+1)

أين $\Delta f\,$ ، كما هو مُعرَّف أعلاه، هو أقصى انحراف للتردد اللحظي $f(t)\,$ من تردد الموجة الحاملة المركزية $f_{c}$ ، $h$ معامل التضمين هو نسبة انحراف التردد إلى أعلى تردد في إشارة التضمين، و $f_{m}\,$ هي أعلى تردد في إشارة التضمين. لا يمكن تطبيق قاعدة كارسون إلا على الإشارات الجيبية. أما بالنسبة للإشارات غير الجيبية:

B_{T}=2(\Delta f+W)=2W(D+1)

حيث W هو أعلى تردد في إشارة التضمين ولكنه غير جيبي بطبيعته و D هو نسبة الانحراف وهي نسبة انحراف التردد إلى أعلى تردد لإشارة التضمين غير الجيبية.

تقليل الضوضاء

توفر تقنية التضمين الترددي (FM) نسبة إشارة إلى ضوضاء (SNR) محسّنة، مقارنةً بتقنية التضمين السعوي (AM ) على سبيل المثال . فمقارنةً بنظام التضمين السعوي الأمثل، عادةً ما تكون نسبة الإشارة إلى الضوضاء في تقنية التضمين الترددي أقل من مستوى إشارة معين يُسمى عتبة الضوضاء، ولكن فوق مستوى أعلى - عتبة التحسين الكامل أو عتبة التهدئة الكاملة - تتحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء بشكل ملحوظ مقارنةً بتقنية التضمين السعوي. ويعتمد هذا التحسن على مستوى التضمين والانحراف. بالنسبة لقنوات الاتصالات الصوتية النموذجية، تتراوح التحسينات عادةً بين 5 و15 ديسيبل. ويمكن لبث التضمين الترددي باستخدام انحراف أوسع تحقيق تحسينات أكبر. وتُستخدم تقنيات إضافية، مثل التركيز المسبق على ترددات الصوت العالية مع إزالة التركيز المقابل في جهاز الاستقبال، لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء الإجمالية في دوائر التضمين الترددي. ولأن إشارات التضمين الترددي لها سعة ثابتة، فإن أجهزة استقبال التضمين الترددي تحتوي عادةً على محددات تزيل ضوضاء التضمين السعوي، مما يزيد من تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء. ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}

تطبيق

تعديل

يمكن توليد إشارات FM باستخدام تعديل التردد المباشر أو غير المباشر:

يمكن تحقيق تعديل التردد المباشر عن طريق تغذية جهد الصوت المعدل مباشرة إلى مذبذب يتم التحكم فيه بالجهد . ^{[ 6 ]}
في التضمين غير المباشر للتردد، تُدمج إشارة الرسالة لتوليد إشارة مُضمّنة الطور . تُستخدم هذه الإشارة لتضمين مذبذب مُتحكم فيه بالبلورة ، ثم تُمرر النتيجة عبر مُضاعف تردد لإنتاج إشارة مُضمّنة التردد. في هذا التضمين، يتم توليد إشارة مُضمّنة التردد ضيقة النطاق، مما يؤدي لاحقًا إلى إشارة مُضمّنة التردد واسعة النطاق، ولذلك يُعرف هذا التضمين بالتضمين غير المباشر للتردد. ^{[ 14 ]}

إزالة التضمين

توجد العديد من دوائر كشف إشارات التضمين الترددي (FM). إحدى الطرق الشائعة لاستعادة إشارة المعلومات هي استخدام مُمَيِّز فوستر-سيلي أو كاشف النسبة . يمكن استخدام حلقة قفل الطور كمزيل تضمين FM. ^{[ 6 ]}^{: 415-419.} يكشف كشف الميل إشارة FM باستخدام دائرة رنانة ذات تردد رنين مُزاح قليلاً عن تردد الموجة الحاملة. يتم تحويل موجة FM الداخلة، ذات السعة الثابتة والتردد اللحظي، إلى موجة FM ذات تردد لحظي وسعة لحظية، ثم تُرسل إلى كاشف الغلاف. ^{[ 5 ]}^{: 224-228.} قد تكشف أجهزة استقبال AM بعض إرسالات FM بهذه الطريقة، على الرغم من أنها لا تُعد وسيلة فعالة للكشف عن بث FM.

في تطبيقات الراديو المعرّف بالبرمجيات ، يمكن إجراء عملية فك التضمين باستخدام تحويل هيلبرت (المُنفّذ كمرشح) لاستعادة الطور اللحظي، ثم اشتقاق هذا الطور (باستخدام مرشح آخر) لاستعادة التردد اللحظي. بدلاً من ذلك، يمكن استخدام خلاط معقد متبوعًا بمرشح تمرير نطاقي لتحويل الإشارة إلى نطاق التردد الأساسي، ثم المتابعة كما سبق. بالنسبة للإشارات المأخوذة عينات منها، يمكن تقريب كشف الطور، وبالتالي كشف تضمين التردد، بأخذ عينة IQ (المعقدة) وضربها في المرافق المعقد لعينة IQ السابقة. $x[n]\cdot {\overline {x[n-1]}}$ [ ¹⁵^{] إذا تم أخذ عينات الإشارة المعدلة عند أو أعلى}^من Nyquist، فإن هذا يسمح باستعادة تغييرات الطور شبه الفورية.

التطبيقات

تأثير دوبلر

في عام 1968، لاحظ شنيتزلر أن بعض الخفافيش تخفض تردد انبعاث تحديد الموقع بالصدى بمقدار 13 إلى 16 كيلوهرتز، تعويضًا عن انزياحات دوبلر الناتجة عن حركة الخفاش نفسه. يضمن تعويض انزياح دوبلر ، أو تعديل التردد الديناميكي، ضبط تردد الصدى العائد على النحو الأمثل ليتناسب مع مركز السمع لدى الخفاش. ^{[ 16 ]}^{[ 17 ]}

تخزين الأشرطة المغناطيسية

تُستخدم تقنية تعديل التردد (FM) أيضًا بترددات متوسطة في أنظمة تسجيل الفيديو التناظرية (بما في ذلك VHS ) لتسجيل أجزاء الإضاءة (الأبيض والأسود) من إشارة الفيديو. عادةً، يُسجل مكون اللون كإشارة تعديل السعة (AM) تقليدية، باستخدام إشارة FM ذات التردد الأعلى كإشارة انحياز . تُعد تقنية FM الطريقة الوحيدة الممكنة لتسجيل مكون الإضاءة ("الأبيض والأسود") للفيديو على الشريط المغناطيسي (واسترجاع الفيديو منه) دون تشويه؛ إذ تتميز إشارات الفيديو بنطاق واسع من مكونات التردد - من بضعة هرتزات إلى عدة ميغاهرتزات ، وهو نطاق واسع جدًا بحيث لا تستطيع المعادل التعامل معه بسبب الضوضاء الإلكترونية التي تقل عن -60 ديسيبل . كما تحافظ تقنية FM على الشريط عند مستوى التشبع، ما يُعد شكلًا من أشكال تقليل الضوضاء ؛ ويمكن للمحدد إخفاء الاختلافات في مخرج التشغيل، كما أن تأثير التقاط FM يُزيل التداخل والتشويش المسبق . يمكن أن تساعد نغمة تجريبية مستمرة، إذا تمت إضافتها إلى الإشارة - كما تم في V2000 والعديد من تنسيقات النطاق العالي - في الحفاظ على الارتعاش الميكانيكي تحت السيطرة والمساعدة في تصحيح القاعدة الزمنية .

تتميز أنظمة التضمين الترددي هذه بكونها غير اعتيادية، إذ تقل نسبة تردد الموجة الحاملة إلى أقصى تردد للتضمين فيها عن اثنين؛ على عكس البث الصوتي بتقنية التضمين الترددي، حيث تبلغ النسبة حوالي 10000. على سبيل المثال، لنفترض موجة حاملة بتردد 6 ميجاهرتز مُضمّنة بمعدل 3.5 ميجاهرتز؛ وفقًا لتحليل بيسل ، تقع النطاقات الجانبية الأولى على 9.5 و2.5 ميجاهرتز، بينما تقع النطاقات الجانبية الثانية على 13 ميجاهرتز و-1 ميجاهرتز. ينتج عن ذلك نطاق جانبي معكوس الطور على +1 ميجاهرتز؛ عند فك التضمين، ينتج عن ذلك خرج غير مرغوب فيه بتردد 5 ميجاهرتز (6 - 1). يجب تصميم النظام بحيث يتم تقليل هذا الخرج غير المرغوب فيه إلى مستوى مقبول. ^{[ 18 ]}

صوت

تُستخدم تقنية تعديل التردد (FM) أيضًا في الترددات الصوتية لتوليف الصوت. وقد شاع استخدام هذه التقنية، المعروفة باسم توليف التردد (FM) ، بفضل أجهزة التوليف الرقمية المبكرة ، وأصبحت ميزة قياسية في العديد من أجيال بطاقات الصوت الخاصة بأجهزة الكمبيوتر الشخصية .

راديو

كان إدوين هوارد أرمسترونغ (1890-1954) مهندسًا كهربائيًا أمريكيًا، وهو مخترع راديو التضمين الترددي واسع النطاق (FM). ^{[ 19 ]} حصل على براءة اختراع الدائرة التجديدية عام 1914، وجهاز الاستقبال الفائق التغاير عام 1918، والدائرة التجديدية الفائقة عام 1922. ^{[ 20 ]} قدّم أرمسترونغ بحثه بعنوان "طريقة للحد من التشويش في الإشارات اللاسلكية بواسطة نظام التضمين الترددي" (الذي وصف راديو FM لأول مرة) أمام فرع نيويورك لمعهد مهندسي الراديو في 6 نوفمبر 1935. نُشر البحث عام 1936. ^{[ 21 ]} بدأت أول محطة تجريبية، W2XMN ، البث عام 1937. ^{[ 22 ]}

كما يوحي الاسم، يتطلب تعديل التردد واسع النطاق (WFM) نطاقًا تردديًا أوسع للإشارة مقارنةً بتعديل السعة ، وذلك باستخدام إشارة تعديل مكافئة؛ مما يجعل الإشارة أكثر مقاومة للضوضاء والتداخل . كما أن تعديل التردد أكثر مقاومة لظاهرة تلاشي سعة الإشارة. ونتيجةً لذلك، تم اختيار تعديل التردد كمعيار للتعديل في الإرسال الإذاعي عالي التردد وعالي الدقة ، ومن هنا جاء مصطلح " راديو FM " (مع أن هيئة الإذاعة البريطانية BBC أطلقت عليه لسنوات عديدة اسم "راديو VHF" لأن البث التجاري لراديو FM يستخدم جزءًا من نطاق VHF - وهو نطاق بث FM ). تستخدم أجهزة استقبال FM كاشفًا خاصًا لإشارات FM، وتُظهر ظاهرة تُعرف بتأثير الالتقاط ، حيث "يلتقط" الموالف الإشارة الأقوى لمحطتين على نفس التردد مع رفض الأخرى (قارن هذا بموقف مماثل في جهاز استقبال AM، حيث يمكن سماع كلتا المحطتين في وقت واحد). قد يؤدي انحراف التردد أو نقص الانتقائية إلى تجاوز محطة لأخرى على قناة مجاورة . كان انحراف التردد مشكلة في أجهزة الاستقبال المبكرة (أو الرخيصة). قد يؤثر عدم كفاية الانتقائية على أي جهاز ضبط.

يمكن استخدام إشارة FM واسعة النطاق لنقل إشارة ستيريو ؛ ويتم ذلك من خلال تعدد الإرسال وفك تعدد الإرسال قبل وبعد عملية FM. وتتشابه عملية تعديل وفك تعديل FM في كل من عمليات الستيريو والأحادية.

تُستخدم تقنية التضمين الترددي (FM) بشكل شائع على ترددات الراديو عالية التردد (VHF) لبث الموسيقى والكلام بجودة عالية . في خدمات البث ، حيث تُعدّ جودة الصوت مهمة، يُستخدم عادةً التضمين الترددي واسع النطاق. كما يُبث صوت التلفزيون التناظري باستخدام التضمين الترددي. أما التضمين الترددي ضيق النطاق (NBFM) فيُستخدم للاتصالات الصوتية في أجهزة الراديو التجارية والهواة . في أجهزة الراديو ثنائية الاتجاه ، يُستخدم التضمين الترددي ضيق النطاق (NBFM) لتوفير عرض النطاق الترددي لخدمات الراديو الأرضية والبحرية المتنقلة وغيرها.

يمكن استخدام مضخم تبديل عالي الكفاءة للترددات الراديوية لإرسال إشارات FM (وغيرها من الإشارات ذات السعة الثابتة ). بالنسبة لقوة إشارة معينة (مقاسة عند هوائي الاستقبال)، تستهلك مضخمات التبديل طاقة بطارية أقل ، وعادةً ما تكون تكلفتها أقل من المضخم الخطي . وهذا يمنح FM ميزة إضافية على طرق التضمين الأخرى التي تتطلب مضخمات خطية، مثل AM و QAM .

تشير التقارير إلى أنه في الخامس من أكتوبر عام 1924، قدم البروفيسور ميخائيل أ. بونش-برويفيتش ، خلال محادثة علمية وتقنية في مختبر نيجني نوفغورود للراديو ، عرضاً عن طريقته الجديدة في الاتصالات الهاتفية، والتي تعتمد على تغيير فترة التذبذبات. وقد تم إجراء تجربة عملية لتعديل التردد على نموذج المختبر. ^{[ 23 ]}

تكنولوجيا مساعدة السمع

تُعدّ أنظمة تعديل التردد تقنية مساعدة واسعة الانتشار ومتوفرة تجاريًا، تُحسّن فهم الكلام من خلال رفع نسبة الإشارة إلى الضوضاء في أذن المستخدم. تُعرف أيضًا باسم أجهزة التدريب السمعي ، وهو مصطلح يُشير إلى أي نظام لتضخيم الصوت لا يُصنّف كمعين سمعي . تعمل هذه الأنظمة على زيادة مستوى الإشارة من المصدر بمقدار 15 إلى 20 ديسيبل. ^{[ 24 ]} يستخدم أنظمة تعديل التردد الأشخاص الذين يعانون من ضعف السمع، وكذلك الأطفال الذين تتأثر قدرتهم على السمع باضطرابات مثل اضطراب المعالجة السمعية أو اضطراب نقص الانتباه مع فرط النشاط . ^{[ 25 ]} بالنسبة للأشخاص الذين يعانون من فقدان السمع الحسي العصبي ، تُحسّن أنظمة تعديل التردد إدراك الكلام مقارنةً بالمعينات السمعية. ويمكن دمجها مع المعينات السمعية التي توضع خلف الأذن، مما يسمح للمستخدم بتغيير الإعدادات. ^{[ 26 ]} تُعدّ أنظمة تعديل التردد أكثر ملاءمة وأقل تكلفة من البدائل الأخرى مثل زراعة القوقعة ، ولكن العديد من المستخدمين لا يستخدمونها بشكل متكرر نظرًا لظهورها الواضح وحاجتها إلى إعادة الشحن. ^{[ 27 ]}

انظر أيضاً

رادار ذو موجة مستمرة معدلة التردد
غرد
راديو ستيريو FM
FM-UWB (FM والنطاق العريض للغاية)
تاريخ الراديو
التضمين ، للاطلاع على قائمة بتقنيات التضمين الأخرى

مراجع

↑ سميث، روبرت هـ. (1993). الآلات والاختراعات . الإسكندرية، فرجينيا: تايم لايف. ص 85. ISBN 0-8094-9704-2.
↑ جيبيليسكو ، ستان (2002). تعلم بنفسك الكهرباء والإلكترونيات . ماكجرو هيل بروفيشنال. ص 477. ISBN 978-0-07-137730-0. إرسال مفتاح إزاحة التردد لرمز مورس باستخدام fsk.
↑ روتليدج، ديفيد ب. (1999). إلكترونيات الراديو . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 310. ISBN 978-0-521-64645-1.
↑ ب. بوشاش، محرر، تحليل ومعالجة الإشارات الزمنية الترددية - مرجع شامل ، إلسيفير ساينس، أكسفورد، 2003؛ ISBN 0-08-044335-4
1 2 3 4 5 6 ناهين، بول (2024). الراديو الرياضي: داخل سحر AM وFM والنطاق الجانبي الأحادي . برينستون: مطبعة جامعة برينستون. الصفحات 74، 210-213 . ISBN 978-0-691-23531-8.
1 2 3 4 5 برتراند، رون (2022). دليل الراديو . الصفحات 405، 408-409 . ISBN 979-8-3625-5372-2.
1 2 تي. جي. توماس، إس. سي. سيكار، نظرية الاتصال ، تاتا-ماكجرو هيل 2005، ISBN 0-07-059091-5 ص 136
1 2 3 4 جيبسون، جيري (1993). مبادئ الاتصالات الرقمية والتناظرية . نيويورك: شركة ماكميلان للنشر. الصفحات 143-144 . ISBN 0-02-341860-5.
↑ دير، لورانس. "دليل تعديل التردد (FM)" (ملف PDF) . مختبرات السيليكون . S2CID 48672999. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 21 أكتوبر 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أكتوبر 2019 .
↑ لاثي، بي بي (1968). أنظمة الاتصالات ، ص 214-217. نيويورك: جون وايلي وأولاده، ISBN 0-471-51832-8.
↑ هايكين، سيمون؛ موهر، مايكل (2010). أنظمة الاتصالات . جون وايلي وأولاده. ص 110-116 . ISBN 978-81-265-2151-7.
↑ إتش بي ويستمان، محرر. (1970). بيانات مرجعية لمهندسي الراديو ( الطبعة الخامسة). هوارد دبليو سامز وشركاه. الصفحات 21-11 .
↑ آلان بلوم (2010). "الفصل 8. التضمين". في: هـ. وارد سيلفر؛ مارك ج. ويلسون (محرران). دليل الرابطة الأمريكية لهواة الراديو للاتصالات اللاسلكية . الرابطة الأمريكية لهواة الراديو. ص 8.7. ISBN 978-0-87259-146-2.
↑ هايكين، سيمون [محرر]. (2001). أنظمة الاتصالات ، الطبعة الرابعة.
↑ شيما، جيمس مايكل (1995). إزالة التضمين FM باستخدام الراديو الرقمي ومعالجة الإشارات الرقمية . جامعة فلوريدا.
↑ شنيتزلر، هـ. يو.؛ دينزينجر، أ. (2011). "النقرة السمعية وتعويض انزياح دوبلر: تكيفات للكشف عن الرفرفة في الخفافيش التي تستخدم تحديد الموقع بالصدى باستخدام إشارات CF-FM" . مجلة علم وظائف الأعضاء المقارن أ . 197 (5). مجلة علم وظائف الأعضاء المقارن أ 197: 541-559 . Bibcode : 2011JCmPA.197..541S . doi : 10.1007/s00359-010-0569-6 . PMID 20857119. تم الاسترجاع في 28 أكتوبر 2025 .
^ شنيتزلر، هانز أولريش (1968). "Die Ultraschall-Ortungslaute der Hufeisen-Fledermäuse (Chiroptera-Rhinolophidae) في verschiedenen Orientierungssituationen" . Zeitschrift für Vergleichende فسيولوجيا . 57 (4): 376– 408. بيب كود : 1968JCmPA..57..376S . دوى : 10.1007/BF00303062 . تم الاسترجاع 28 أكتوبر 2025 .
↑ "أنظمة FM ذات النطاق الترددي الاستثنائي" وقائع IEEE المجلد 112، العدد 9، ص 1664، سبتمبر 1965
↑ أ. مايكل نول ( 2001). مبادئ تكنولوجيا الاتصالات الحديثة . دار أرتيك هاوس. ص 104. ISBN 978-1-58053-284-6.
↑ US 1342885
↑ أرمسترونغ، إي إتش (مايو 1936). "طريقة للحد من التشويش في الإشارات اللاسلكية بواسطة نظام تعديل التردد". وقائع معهد مهندسي الراديو . 24 (5). IRE: 689–740 . Bibcode : 1936PIRE...24..689A . doi : 10.1109/JRPROC.1936.227383 . S2CID 43628076 .
↑ ويلتون، جيف (2018). كافيل، غاريسون (محرر). أجهزة إرسال راديو VHF (FM) في دليل الهندسة الصادر عن الرابطة الوطنية للمذيعين، الطبعة الحادية عشرة . نيويورك: روتليدج. ص 1331. ISBN 978-1-138-93051-3.
↑ ف. حب. نظام راديو جديد «راديولوبيتل». – 1924. – رقم 6. – س. 86.
↑ اللجنة المخصصة لأنظمة التردد المتغير التابعة للجمعية الأمريكية للنطق واللغة والسمع (2002) [الأصل مارس 1994]. إرشادات تركيب ومراقبة أنظمة التردد المتغير (تقرير فني) ( طبعة منقحة). الجمعية الأمريكية للنطق واللغة والسمع . doi : 10.1044/policy.GL2002-00010 .
↑ شيفر، إيرين سي؛ براينت، دانييل؛ ساندرز، كاتي؛ بالدوس، نيكول؛ ألجير، كاثرين؛ لويس، أودري؛ ترابر، جوردان؛ لايدن، بيج؛ أمين، أنيقة (1 يونيو 2014). "تركيب وتأكيد تعديل التردد لدى الأطفال ذوي السمع الطبيعي". مجلة الأكاديمية الأمريكية لعلم السمع . 25 (6): 529-540 . doi : 10.3766/jaaa.25.6.3 . ISSN 1050-0545 . PMID 25313543. EBSCO host 107832936 .
↑ لويس، م. سامانثا؛ كراندال، كارل س.؛ فالينتي، مايكل؛ إنرييتو هورن، جين (2004). "إدراك الكلام في الضوضاء: الميكروفونات الاتجاهية مقابل أنظمة تعديل التردد (FM)" . مجلة الأكاديمية الأمريكية لعلم السمع . 15 (6): 426-439 . doi : 10.3766/jaaa.15.6.4 . PMID 15341224 .
↑ مكاردل، راشيل؛ أبرامز، هارفي ب.؛ هاناث تشيشولم، تيريزا (2005). "عندما تتعطل أجهزة السمع: قصة نجاح في تقنية FM". مجلة الأكاديمية الأمريكية لعلم السمع . 16 (10): 809-821 . doi : 10.3766/jaaa.16.10.5 . PMID 16515133. EBSCO host 106441304 .

للمزيد من القراءة

كارلسون، أ. بروس (2001). أنظمة الاتصالات . العلوم/الهندسة/الرياضيات ( الطبعة الرابعة). ماكجرو هيل. ISBN 978-0-07-011127-1.
فروست، غاري ل. (2010). إذاعة إف إم المبكرة: التكنولوجيا التدريجية في أمريكا في القرن العشرين . بالتيمور، ماريلاند: مطبعة جامعة جونز هوبكنز. ISBN 978-0-8018-9440-4.
سيمور، كين (2005) [1996]. "تعديل التردد". دليل الإلكترونيات ( الطبعة الثانية). مطبعة سي آر سي. الصفحات 1188-1200 . ISBN 0-8493-8345-5.

روابط خارجية

عرض توضيحي تفاعلي عبر الإنترنت لتعديل الإشارة التناظرية باستخدام لغة بايثون في منصة جوجل كولاب ، من إعداد سي فوه.

[1] سميث، روبرت هـ. (1993). الآلات والاختراعات . الإسكندرية، فرجينيا: تايم لايف. ص 85. ISBN 0-8094-9704-2.

[2] جيبيليسكو ، ستان (2002). تعلم بنفسك الكهرباء والإلكترونيات . ماكجرو هيل بروفيشنال. ص 477. ISBN 978-0-07-137730-0. إرسال مفتاح إزاحة التردد لرمز مورس باستخدام fsk.

[3] روتليدج، ديفيد ب. (1999). إلكترونيات الراديو . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 310. ISBN 978-0-521-64645-1.

[4] ب. بوشاش، محرر، تحليل ومعالجة الإشارات الزمنية الترددية - مرجع شامل ، إلسيفير ساينس، أكسفورد، 2003؛ ISBN 0-08-044335-4

[pn-5] 1 2 3 4 5 6 ناهين، بول (2024). الراديو الرياضي: داخل سحر AM وFM والنطاق الجانبي الأحادي . برينستون: مطبعة جامعة برينستون. الصفحات 74، 210-213 . ISBN 978-0-691-23531-8.

[rb-6] 1 2 3 4 5 برتراند، رون (2022). دليل الراديو . الصفحات 405، 408-409 . ISBN 979-8-3625-5372-2.

[TGTSCS05-7] 1 2 تي. جي. توماس، إس. سي. سيكار، نظرية الاتصال ، تاتا-ماكجرو هيل 2005، ISBN 0-07-059091-5 ص 136

[jg-8] 1 2 3 4 جيبسون، جيري (1993). مبادئ الاتصالات الرقمية والتناظرية . نيويورك: شركة ماكميلان للنشر. الصفحات 143-144 . ISBN 0-02-341860-5.

[9] دير، لورانس. "دليل تعديل التردد (FM)" (ملف PDF) . مختبرات السيليكون . S2CID 48672999. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 21 أكتوبر 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أكتوبر 2019 .

[10] لاثي، بي بي (1968). أنظمة الاتصالات ، ص 214-217. نيويورك: جون وايلي وأولاده، ISBN 0-471-51832-8.

[sh-11] هايكين، سيمون؛ موهر، مايكل (2010). أنظمة الاتصالات . جون وايلي وأولاده. ص 110-116 . ISBN 978-81-265-2151-7.

[12] إتش بي ويستمان، محرر. (1970). بيانات مرجعية لمهندسي الراديو ( الطبعة الخامسة). هوارد دبليو سامز وشركاه. الصفحات 21-11 .

[13] آلان بلوم (2010). "الفصل 8. التضمين". في: هـ. وارد سيلفر؛ مارك ج. ويلسون (محرران). دليل الرابطة الأمريكية لهواة الراديو للاتصالات اللاسلكية . الرابطة الأمريكية لهواة الراديو. ص 8.7. ISBN 978-0-87259-146-2.

[14] هايكين، سيمون [محرر]. (2001). أنظمة الاتصالات ، الطبعة الرابعة.

[15] شيما، جيمس مايكل (1995). إزالة التضمين FM باستخدام الراديو الرقمي ومعالجة الإشارات الرقمية . جامعة فلوريدا.

[16] شنيتزلر، هـ. يو.؛ دينزينجر، أ. (2011). "النقرة السمعية وتعويض انزياح دوبلر: تكيفات للكشف عن الرفرفة في الخفافيش التي تستخدم تحديد الموقع بالصدى باستخدام إشارات CF-FM" . مجلة علم وظائف الأعضاء المقارن أ . 197 (5). مجلة علم وظائف الأعضاء المقارن أ 197: 541-559 . Bibcode : 2011JCmPA.197..541S . doi : 10.1007/s00359-010-0569-6 . PMID 20857119. تم الاسترجاع في 28 أكتوبر 2025 .

[17] شنيتزلر، هانز أولريش (1968). "Die Ultraschall-Ortungslaute der Hufeisen-Fledermäuse (Chiroptera-Rhinolophidae) في verschiedenen Orientierungssituationen" . Zeitschrift für Vergleichende فسيولوجيا . 57 (4): 376– 408. بيب كود : 1968JCmPA..57..376S . دوى : 10.1007/BF00303062 . تم الاسترجاع 28 أكتوبر 2025 .

[18] "أنظمة FM ذات النطاق الترددي الاستثنائي" وقائع IEEE المجلد 112، العدد 9، ص 1664، سبتمبر 1965

[19] أ. مايكل نول ( 2001). مبادئ تكنولوجيا الاتصالات الحديثة . دار أرتيك هاوس. ص 104. ISBN 978-1-58053-284-6.

[20] US 1342885

[21] أرمسترونغ، إي إتش (مايو 1936). "طريقة للحد من التشويش في الإشارات اللاسلكية بواسطة نظام تعديل التردد". وقائع معهد مهندسي الراديو . 24 (5). IRE: 689–740 . Bibcode : 1936PIRE...24..689A . doi : 10.1109/JRPROC.1936.227383 . S2CID 43628076 .

[nab-22] ويلتون، جيف (2018). كافيل، غاريسون (محرر). أجهزة إرسال راديو VHF (FM) في دليل الهندسة الصادر عن الرابطة الوطنية للمذيعين، الطبعة الحادية عشرة . نيويورك: روتليدج. ص 1331. ISBN 978-1-138-93051-3.

[23] ف. حب. نظام راديو جديد «راديولوبيتل». – 1924. – رقم 6. – س. 86.

[24] اللجنة المخصصة لأنظمة التردد المتغير التابعة للجمعية الأمريكية للنطق واللغة والسمع (2002) [الأصل مارس 1994]. إرشادات تركيب ومراقبة أنظمة التردد المتغير (تقرير فني) ( طبعة منقحة). الجمعية الأمريكية للنطق واللغة والسمع . doi : 10.1044/policy.GL2002-00010 .

[25] شيفر، إيرين سي؛ براينت، دانييل؛ ساندرز، كاتي؛ بالدوس، نيكول؛ ألجير، كاثرين؛ لويس، أودري؛ ترابر، جوردان؛ لايدن، بيج؛ أمين، أنيقة (1 يونيو 2014). "تركيب وتأكيد تعديل التردد لدى الأطفال ذوي السمع الطبيعي". مجلة الأكاديمية الأمريكية لعلم السمع . 25 (6): 529-540 . doi : 10.3766/jaaa.25.6.3 . ISSN 1050-0545 . PMID 25313543. EBSCO host 107832936 .

[26] لويس، م. سامانثا؛ كراندال، كارل س.؛ فالينتي، مايكل؛ إنرييتو هورن، جين (2004). "إدراك الكلام في الضوضاء: الميكروفونات الاتجاهية مقابل أنظمة تعديل التردد (FM)" . مجلة الأكاديمية الأمريكية لعلم السمع . 15 (6): 426-439 . doi : 10.3766/jaaa.15.6.4 . PMID 15341224 .

[27] مكاردل، راشيل؛ أبرامز، هارفي ب.؛ هاناث تشيشولم، تيريزا (2005). "عندما تتعطل أجهزة السمع: قصة نجاح في تقنية FM". مجلة الأكاديمية الأمريكية لعلم السمع . 16 (10): 809-821 . doi : 10.3766/jaaa.16.10.5 . PMID 16515133. EBSCO host 106441304 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

15

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

[ 26 ]

[ 27 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗