سیگنال ژنراتور (Signal Generator) یا سورس چیست؟

در آزمایشگاه مخابرات  بسیاری از مواقع لازم است سیگنالی را به عنوان تست با مشخصه های دلخواه تولید و روانه مدار کرد تا به عنوان منبع ورودی، نویز، یا هر عامل خارجی دیگری که فقط تحت کنترل کاربر باشد مورد استفاده قرار گیرد. در این گونه مواقع، که کم هم نیستند، اهمیت سیگنال ژنراتور ها بیشتر مشخص می شود. سوال اساسی اینجاست که دستگاه سیگنال ژنراتور چیست؟ باید گفت آن ها به صورت کلی تجهیزاتی هستند که به عنوان یک منبع تولید کننده سیگنال مورد استفاده قرار گرفته و سیگنال های مختلف با مشخصه های دلخواه را تولید می کنند. وقتی صحبت از تولید یک سیگنال با مشخصه های خاص می شود باید توجه ویژه ای به تعاریف و شاخصه های هر سیگنال داشت. بنابراین ضمن معرفی مشخصه های هر سیگنال و در خلال آن، به معرفی پارامتر هایی که در دستگاه های سیگنال ژنراتور مهم است خواهیم پرداخت تا خواننده با مفهوم و هدف تولید سیگنال آشنا شود.

انواع سیگنال: سیگنال ها را با معیار های متفاوت به انواع مختلفی تقسیم می کنند که شایع ترین آن ها تقسیم به دو نوع سیگنال آنالوگ و سیگنال دیجیتال است. هر چند هر دوی آن ها در فضا سوار بر امواج الکترومغناطیس که ماهیت آن آنالوگ است می شوند، اما از حیث نوع داده ای که منتقل می شود یا مدولاسیون آن، به دو نوع آنالوگ و دیجیتال تقسیم می گردند. نوع دیجیتال بر اساس مفهوم صفر و یکی شکل گرفته است حال آنکه نوع آنالوگ می تواند هر مقدار و هر پیامی را بدون کد های صفر و یک منتقل کند. تمامی دستگاه های سیگنال ژنراتور سیگنال را بر پایه آنالوگ تولید می کنند اما برخی از مدل های پیشرفته تر سیگنال ژنراتور توانایی تولید دقیق سیگنال دیجیتال را هم دارند که از آن ها تحت عنوان سیگنال ژنراتور های دیجیتال یاد می شود. تولید سیگنال دیجیتال منوط به آن است که دستگاه از مدولاسیون های دیجیتال پشتیبانی کند. تعریف مدولاسیون در ادامه خواهد آمد.

توان: مفهوم توان معادل قدرت یک سیگنال است. به این صورت که هرچه توان بالاتری داشته باشد قادرست مسافت بیشتری را قبل از تضعیف بپیماید. مفهوم توان را نباید با دامنه سیگنال اشتباه گرفت. دامنه یک سیگنال می تواند تا 10 ولت باشد اما توان آن کم، یا برعکس دامنه آن در حد چند میلی ولت باشد اما با توان بسیار بالایی که دارد بتواند در شعاع چند صد متری در هوا تاثیرگذار باشد. توان سیگنال موضوع اساسی سیگنال ژنراتور هاست وقتی که نوع کانکتور یا خروجی دستگاه مد نظر باشد. معمولا برای توان های مختلف دستگاه خروجی های مختلف را ارائه داده است. که بر اساس نیاز خود حتما باید به حداکثر توانی که هر خروجی دستگاه به ما می دهد توجه کرد. همچنین توانی که دستگاه برای هر فرکانس ارائه می دهد با مصرف برق و جریانی که دستگاه از سیستم برق ما می کشد رابطه دارد (این رابطه با افزایش فرکانس بصورت صعودی درجه دو افزایش می یابد) که باید با توجه به دستورالعمل های ایمنی دستگاه به آن توجه ویژه ای کرد.

دامنه: دامنه یکی دیگر از مشخصات اصلی هر سیگنال است که به اختلاف بین حداکثر و حداقل مقدار سیگنال گفته می شود. همانطور که می دانید برق شهر سیگنالی ست با حداکثر دامنه 320 ولت، فرکانس 50 هرتز و مقدار موثر 220 ولت. مقدار میانگین یا DC برق شهر نیز صفر است. البته در کاربری های آزمایشگاهی و پژوهشی ما عمدتا به دامنه های بالا نیازی نداریم و حتی دامنه های بالا ممکن است در طرف گیرنده باعث اشباع دستگاه و از کالیبره خارج شدن آن شود. بنابراین با راهنمایی های کارشناس دستگاه باید در انتخاب دامنه مناسب برای سیگنال دقت کرد. معمولا حداکثر دامنه تولیدی دستگاه های سیگنال ژنراتور 5 ولت می باشد.

شکل موج: سیگنال هایی که به صورت تک تن (تک فرکانس) تولید می شوند یا مدوله می گردند عموما شکل موج کلی سینوسی دارند. اما گاه لازم است سیگنال هایی با شکل موج های مختلف داشته باشیم تا پاسخ سیستم و مدار خود را به انواع ورودی ها مشاهده و بررسی کنیم. (فاکنشن ژنراتور) اینجاست که باید به سراغ شکل موج هایی چون مثلثی (برای بررسی ورودی شیب)، پالسی (برای بررسی ورودی پله) و سایر شکل موج ها همچون سینوسی، دندانه اره ای، رمپی و… برویم. از آنجا که شکل موج های غیر سینوسی کاربرد های دانشگاهی و پژوهشی دارند این قابلیت از دستگاه های میان رده سیگنال ژنراتور حذف شده تا تمرکز دستگاه به روی تولید سیگنال های تک تن یا دو تن با مشخصه های خاص باشد. از این دستگاه ها عموما تحت عنوان سیگنال ژنراتور یاد می شود. مدل های پیشرفته تر و بسیار گران تر سیگنال ژنراتور ها وجود دارند که از هر گونه شکل موجی پشتیبانی می کنند و با برنامه ریزی که کاربر به دستگاه می دهند هر نوع شکل موجی حتی غیر از مثلثی، پالسی و سینوسی را تولید می کنند. ازین تجهیزات فوق حرفه ای تحت عنوان سیگنال ژنراتور های برداری یا VSG یاد می کنند.

فرکانس (فرکانس حامل): فرکانس عبارتست از میزان نوسان در یک ثانیه. یا بعبارت دقیق تر، مولفه های تشکیل دهنده یک سیگنال. سیگنال ها از نظر فرکانس به دسته های بسیار متنوع و مختلف با کارایی های متفاوت تقسیم می شوند. از سیگنال های با فرکانس پایین (طول موج بالا) در انتقال صوت و تصویر و ارتباط های بیسیم تحت عنوان امواج رادیویی استفاده می شود حال آنکه فرکانس های متوسط کاربری های نظامی و آشکار سازی دارند و از فرکانس های خیلی بالا مانند اشعه ایکس و گاما در کاربری های پزشکی استفاده می شود. عمده کاربری های سیگنال در حوزه انتقال اطلاعات است که در طیف امواج رادیویی قرار دارد. به این ترتیب که فرکانس های بین 30 کیلوهرتز تا 30 گیگاهرتز، انواع استفاده های ارتباطی بشر را پوشش داده است. از کد های مورس و باینری که بین کشتی ها و هواپیماها رد و بدل می شود تا تلویزیون آنالوگ و دیجیتال و حتی امواج وای فای و ارتباطات سیار. به تازگی هم با معرفی وای گیگ پا را از این مرز فراتر گذاشته ایم. (باید توجه شود که این فرکانس مرتبط با پیام نبوده و فرکانس حامل پیام است. در حالیکه می توان فرکانس های تک تن با این اعداد درست کرد، اگر سیگنال حاوی پیام و مدوله باشد این فرکانس مربوط به حامل است. مثلا فرکانس سیگنال رادیو حدود 100 مگاهرتز است در حالیکه می دانیم فرکانس صوت انسان فقط تا 4 کیلوهرتز مولفه دارد.) یکی از پارامتر های بسیار مهم هر تجهیز تست یا اندازه گیری سیگنال، پهنای باند آن است. به حداکثر فرکانسی که یک دستگاه سیگنال ژنراتور می تواند تولید و ارسال کند، پهنای باند کاری دستگاه گفته می شود. که باید حتما با توجه به نیاز خود به سیگنال هایی با فرکانس متفاوت، اقدام به انتخاب و خرید دستگاه کرد. پهنای باند کاری دستگاه های فانکشن ژنراتور تا 200 مگاهرتز و سیگنال ژنراتور تا 50 گیگاهرتز متغیر است.

پیام: به سیگنالی که در سیگنال اصلی ضرب فرکانسی می شود، پیام می گویند. ازین ضرب بعنوان مفهوم ریاضی مدولاسیون نیز یاد می کنند. به این ترتیب می توان یک سیگنال را با سیگنالی (اصطلاحا حامل) که تمام مشخصات آن دست ماست، به دامنه و فرکانس یا فاز مورد نظر برد. (اصطلاحا برای انتقال در کانال مورد نظر آماده کرد.) سیگنال پیام در تجهیزات سیگنال ژنراتور هم می تواند به صورت یک سیگنال عادی و تست که توسط خود دستگاه تولید می شود باشد و هم با استفاده از ورودی میکروفون دستگاه، از صدا بعنوان ورودی و پیامی که می خواهد ارسال شود استفاده کرد. در این صورت دستگاه ما باید از ورودی میکروفون یا Audio in پشتیبانی کند.

مدولاسیون: مفهوم مدولاسیون با مفهوم انتقال پیام از طریق امواج گره خورده است. اگر سیگنال خام ما از نظر دامنه، فرکانس یا فاز به نحوی تغییر کند تا آماده ارسال به کانال های مخابراتی دیگر (هوا، کابل و..) شود بطوریکه بتوان پیامی را با آن منتقل کرد می گویند سیگنال مدوله شده است و به این پروسه مدولاسیون سیگنال می گویند. مدولاسیون ها به انواع مدولاسیون دامنه، مدولاسیون فرکانس و مدولاسیون فاز تقسیم می شوند و تولید یک سیگنال با مدولاسیون خاص از اهمیت ویژه ای برخوردار است. همانطور که می دانیم اکثر دستگاه های ارتباطی آنالوگ و دیجیتال از فرایند مدولاسیون استفاده می کنند. برای مثال سیگنال رادیو یک سیگنال مدوله شده است یا هنگام کار با گوشی تلفن همراه، سیگنال ها در حوزه دیجیتال مدوله و دمدوله می شوند. بیشتر دستگاه های سیگنال ژنراتور از مدولاسیون های آنالوگ پشتیبانی می کنند به این صورت که می توان سیگنالی با مدولاسیون دلخواه و مشخصات منحصر به فرد تولید کرد. پشتیبانی سیگنال ژنراتور از مدولاسیون ها مخصوصا وقتی به حوزه دیجیتال و تنوع زیاد مدولاسیون های آن می رسد اهمیت خاصی پیدا می کند تا بعنوان یکی از پارامتر های مهم دستگاه، طیف قیمتی وسیعی را نیز به وجود آورد.

کدینگ: اغلب سیگنال های مدوله شده دیجیتال از سیستم های کدگذاری استفاده می کنند تا سیگنال فقط برای گیرنده های خاصی قابل دریافت و فهمیده شدن باشد و از این طریق امنیت را برای پیام خود فراهم می کنند. با توجه به این که گفتیم اطلاعات سیگنال دیجیتال به صورت ارسال صفر و یک متوالی است، کدینگ به فرآیند تغییر ترتیب این صفر و یک ها گفته می شود تا فقط برای گیرنده شناس و قابل دریافت باشد. به عکس این فرایند که در گیرنده اتفاق می افتاد دیکدینگ گفته می شود. به همین ترتیب فرآیند کدینگ در اغلب سیگنال ژنراتورهایی که از مدولاسیون های دیجیتال پشتیبانی می کنند تعبیه شده است تا با استفاه از سیستم های رایج کدینگ، سیگنال دیجیتال را ارسال کند. جدول استاندارد های کدینگ سیگنال دیجیتال یکی دیگر از عوامل مهم تعیین قیمت سیگنال ژنراتور می باشد که عموما در کاربری های حرفه ای و در تجهیزات رده بالا مطرح است.

صنایع الکترونیک و  مخابرات

سیگنال ژنراتور signal generator از تجهیزات اساسی در صنایع الکترونیک و  مخابرات جهت تحلیل و بررسی سیگنال های با فرکانس بالاست. ازین جهت تهیه محصولات با کیفیت و مطمئن با قیمت مناسب همواره چالش اساسی سازمان­ها و ارگان­ها، دانشگاه ها و موسسات آموزشی و پژوهشی بوده است. شرکت هامون طیف ارتباط که کار خود را از سال 1385 در زمینه تجهیزات اندازه گیری الکترونیک و مخابرات شروع کرده و با همکاری موثر با دانشگاه های برتر کشور به فعالیت خود ادامه می دهد، انواع تحلیل گر طیف، تحلیل گر شبکه، اسیلوسکوپ و سیگنال ژنراتور های متعددی را با کاربری های مختلف که عموما برای دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی و یا سازمان­ها و ارگان­های خاص مناسب است از معتبرترین برندهای بین المللی مانند Keysight (Agilent) و Rohde & Schwarz و … وارد کرده و اقدام به تامین نیاز مشتری از طریق مشاوره های حضوری و غیر حضوری با کارشناسان متخصص و خدمات پس از فروش مطمئن کرده است.