تعديل الحلقة

في مجال الإلكترونيات ، يُعدّ التضمين الحلقي وظيفةً لمعالجة الإشارات ، وهو تطبيقٌ لمزج الترددات ، حيث يتم دمج إشارتين لإنتاج إشارة خرج. إحدى الإشارتين، وتُسمى الموجة الحاملة، تكون عادةً موجة جيبية أو موجة بسيطة أخرى ؛ أما الإشارة الأخرى فتكون عادةً أكثر تعقيداً وتُسمى إشارة الدخل أو إشارة المضمّن .

يستمد مُعدِّل الحلقة اسمه من التصميم الأصلي الذي تتخذ فيه الدائرة التناظرية للثنائيات شكل حلقة، وهي حلقة ثنائية . ^{[ 2 ]} تشبه الدائرة مقوم الجسر ، باستثناء أن جميع الثنائيات الأربعة مستقطبة في نفس الاتجاه.

تُشبه عملية التضمين الحلقي عملية التضمين السعوي ، مع اختلاف أن الأخير يُحوّل إشارة المُعدِّل إلى قيمة موجبة قبل ضربها بالموجة الحاملة، بينما في الأول تُضرب إشارة المُعدِّل غير المُحوّلة بالموجة الحاملة. ينتج عن ذلك أن التضمين الحلقي لموجتين جيبيتين بترددين 1500 و400  هرتز يُنتج إشارة خرج هي مجموع موجتين جيبيتين، إحداهما بتردد 1900 هرتز والأخرى بتردد 1100 هرتز. يُعرف هذان الترددان باسم النطاقات الجانبية . إذا احتوت إحدى إشارات الدخل على توافقيات مهمة (كما هو الحال في الموجات المربعة )، فإن صوت الخرج يختلف تمامًا، لأن كل توافقية تُولِّد زوجًا خاصًا بها من النطاقات الجانبية غير المرتبطة توافقيًا. ^{[ 3 ]}

يشير إلى إشارة الموجة الحاملة بواسطة${\displaystyle c(t)}$إشارة المُعدِّل بواسطة${\displaystyle x(t)}$وإشارة الخرج بواسطة${\displaystyle y(t)}$(أين${\displaystyle t}$يشير إلى الوقت)، وتقترب عملية التضمين الحلقي من عملية الضرب :

${\displaystyle y(t)=x(t)\;c(t).}$

لو${\displaystyle c(t)}$و${\displaystyle x(t)}$هي موجات جيبية بترددات${\displaystyle f_{c}}$و${\displaystyle f_{x}}$على التوالي، ثم${\displaystyle y(t)}$هي مجموع موجتين جيبيتين ( مختلفتين في الطور )، إحداهما بتردد${\displaystyle f_{c}+f_{x}}$والآخر ذو التردد${\displaystyle f_{c}-f_{x}}$هذا نتيجة للمتطابقة المثلثية :

${\displaystyle \sin(u)\,\sin(v)={\frac {1}{2}}\left(\cos(uv)-\cos(u+v)\right).}$

بدلاً من ذلك، يمكن للمرء أن يستخدم حقيقة أن الضرب في المجال الزمني هو نفسه الالتفاف في مجال التردد .

وبالتالي، تُخرج مُعدِّلات الحلقة مجموع وفرق الترددات الموجودة في كل شكل موجي. تُنتج عملية تعديل الحلقة هذه إشارة غنية بالترددات الجزئية . لا تبرز الموجة الحاملة ولا الإشارة الواردة في الخرج، ومن الناحية المثالية، لا تكون موجودة على الإطلاق.

يُنتج مُذبذبان، بترددات مُرتبطة توافقيًا ومُعدَّلة حلقيًا ضد بعضهما البعض، أصواتًا لا تزال مُلتزمة بالنغمات التوافقية الجزئية، ولكنها تحتوي على تركيبة طيفية مُختلفة تمامًا. عندما لا تكون ترددات المُذبذبين مُرتبطة توافقيًا، يُنتج التعديل الحلقي نغمات غير توافقية ، وغالبًا ما يُنتج أصواتًا شبيهة بأصوات الأجراس أو أصواتًا معدنية.

إذا كانت إشارة الموجة الحاملة عبارة عن موجة مربعة بتردد${\displaystyle f_{c}}$، والتي يحتوي توسيع فورييه الخاص بها على التردد الأساسي وسلسلة من التوافقيات الفردية ذات السعة المتناقصة :

${\displaystyle c(t)=\sin f_{c}t+{\frac {1}{3}}\sin 3f_{c}t+{\frac {1}{5}}\sin 5f_{c}t+{\frac {1}{7}}\sin 7f_{c}t+\ldots }$

وتردد الموجة الحاملة${\displaystyle f_{c}}$يكون على الأقل ضعف الحد الأقصى لتردد إشارة التضمين${\displaystyle x(t)}$ثم تكون النتيجة سلسلة من النسخ المكررة من${\displaystyle x(t)}$في مناطق متزايدة من طيف التردد. ^{[ 4 ]} على سبيل المثال، لنفترض${\displaystyle x(t)}$يمثل موجة جيبية بتردد 100  هرتز، والموجة الحاملة${\displaystyle c(t)}$لنفترض أن لدينا موجة مربعة مثالية بتردد 300  هرتز. يتضمن الخرج حينها موجات جيبية بترددات 100±300  هرتز، و100±900  هرتز، و100±1500  هرتز، و100±2100  هرتز، وهكذا، بسعات متناقصة وفقًا لتحليل فورييه للموجة المربعة الحاملة. إذا كان تردد الموجة الحاملة أقل من ضعف التردد الأعلى للإشارة، فإن إشارة الخرج الناتجة تحتوي على مكونات طيفية من كلٍّ من الإشارة والموجة الحاملة تتحد في المجال الزمني.

لأن الخرج لا يحتوي على مكونات المعدِّل الفردي أو مكونات الموجة الحاملة، يقال إن معدِّل الحلقة عبارة عن خلاط متوازن مزدوج ، ^{[ 5 ]} حيث يتم قمع كلتا إشارتي الإدخال (غير موجودتين في الخرج) - يتكون الخرج بالكامل من مجموع نواتج مكونات التردد للإدخالين.

اخترع فرانك أ. كوان مُعدِّل الحلقة عام 1934 وحصل على براءة اختراع عام 1935 ^{[ 6 ]} كتحسين لاختراع كلايد ر. كيث في مختبرات بيل . ^{[ 7 ]} كان التطبيق الأصلي في مجال الاتصالات الهاتفية التناظرية لتقنية تعدد الإرسال بتقسيم التردد لنقل إشارات صوتية متعددة عبر كابلات الهاتف. ومنذ ذلك الحين، تم تطبيقه في نطاق أوسع من الاستخدامات، مثل عكس الصوت ، وأجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية ، والموسيقى الإلكترونية .

بينما يصف براءة اختراع كوان الأصلية دائرة تحتوي على حلقة من أربعة ثنائيات، استخدمت التطبيقات اللاحقة ترانزستورات FET كعناصر تبديل.

يتضمن مُعدِّل الحلقة مرحلة إدخال، وحلقة من أربعة ثنائيات تُثار بإشارة حاملة، ومرحلة إخراج. تحتوي مرحلتا الإدخال والإخراج عادةً على محولات ذات نقاط مركزية باتجاه حلقة الثنائيات. على الرغم من وجود بعض أوجه التشابه بين حلقة الثنائيات ومقوم الجسر، إلا أن جميع الثنائيات في مُعدِّل الحلقة تشير إلى نفس الاتجاه، إما باتجاه عقارب الساعة أو عكسها.

يقوم التيار الحامل، الذي يتناوب بين التيار الموجب والسالب، في أي لحظة بتوصيل زوج من الثنائيات، وعكس انحياز الزوج الآخر. ينقل الزوج الموصل الإشارة من الملف الثانوي للمحول الأيسر إلى الملف الابتدائي للمحول الأيمن. إذا كان طرف التيار الحامل الأيسر موجبًا، فإن الثنائيات العلوية والسفلية تعمل. أما إذا كان هذا الطرف سالبًا، فإن الثنائيات الجانبية تعمل، ولكنها تُحدث انعكاسًا في القطبية بين المحولين. يشبه هذا العمل إلى حد كبير عمل مفتاح DPDT ( ثنائي القطب، ثنائي الاتجاه ) المُصمم لعكس التوصيلات.

من أبرز مزايا مُعدِّل الحلقة أنه ثنائي الاتجاه: يمكن عكس تدفق الإشارة، مما يسمح باستخدام نفس الدائرة مع نفس الموجة الحاملة إما كمُعدِّل أو مُزيل تعديل ، على سبيل المثال، في أجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية منخفضة التكلفة.

تُنفذ بعض مُعدِّلات الحلقة الحديثة باستخدام تقنيات معالجة الإشارات الرقمية، وذلك ببساطة عن طريق ضرب إشارات المجال الزمني، مما يُنتج إشارة خرج مثالية تقريبًا. ويمكن توليد نواتج التشكيل البيني عن طريق اختيار وتغيير تردد موجتي الإدخال بعناية. عند معالجة الإشارات رقميًا، يتحول الالتفاف في مجال التردد إلى التفاف دائري . وفي حال كانت الإشارات واسعة النطاق ، يتسبب ذلك في تشوه التداخل ، لذا من الشائع زيادة معدل أخذ العينات أو تمرير الإشارات عبر مرشح تمرير منخفض قبل تعديل الحلقة.

تتيح شريحة SID الموجودة في جهاز كومودور 64 تعديل الموجات المثلثية باستخدام التعديل الحلقي. يتم تعديل المذبذب 1 بتردد المذبذب 3، والمذبذب 2 بتردد المذبذب 1، والمذبذب 3 بتردد المذبذب 2. يكون التعديل الحلقي معطلاً ما لم يتم ضبط مذبذب الموجة الحاملة لإنتاج موجة مثلثية، ولكن يمكن ضبط مذبذب التعديل لتوليد أي من أشكال الموجات المتاحة لديه. ومع ذلك، بغض النظر عن شكل الموجة الذي يستخدمه مذبذب التعديل، فإن التعديل الحلقي يؤدي دائمًا إلى تعديل الموجة المثلثية بموجة مربعة. ^{[ 8 ]}

في جهاز توليف الصوت ARP Odyssey (وغيره من الأجهزة في تلك الحقبة)، يكون مُعدِّل الحلقة عبارة عن دالة XOR (مُكوَّنة من أربع بوابات NAND ) تُغذَّى من مخرجات الموجة المربعة للمذبذبين. في حالة إشارات الموجة المربعة أو النبضية، يكون هذا مطابقًا لتعديل الحلقة الحقيقي.

تعمل دوائر المضاعفة التناظرية المتكاملة (مثل تلك التي تصنعها شركة Analog Devices) كمعدِّلات حلقية، بالطبع، فيما يتعلق بحدود تشغيلها ومعاملات قياسها. ويعني استخدام دوائر المضاعفة المتكاملة أن نواتج التعديل تقتصر إلى حد كبير على ترددات الجمع والطرح للمدخلات (إلا في حالة زيادة جهد الدائرة)، بدلاً من نواتج دائرة التقويم الأكثر تعقيدًا.

يؤدي وجود أي مكون تيار مستمر للموجة الحاملة إلى تدهور كبح الموجة الحاملة، وبالتالي في تطبيقات الراديو، يتم عادةً ربط الموجة الحاملة بمحول أو مكثف؛ في تطبيقات التردد المنخفض (مثل الصوت)، قد تكون الموجة الحاملة مرغوبة أو غير مرغوبة في الإخراج. ^{[ 9 ]}

تُسبب العيوب في الثنائيات والمحولات تشوهات في إشارتي الدخل. في مُعدِّلات الحلقة العملية، يمكن تقليل هذا التسريب عن طريق إدخال اختلالات معاكسة (مثل المقاومات المتغيرة أو المكثفات).

• ثيرمين

• سكوت ليمان. "شرح التأثيرات: تعديل الحلقة" . هارموني سنترال. مؤرشف من الأصل في 1 ديسمبر 2005.