د مخابراتو فزیک اساسات

د مخابراتو بنسټیز فزیک

مخابرات د یو ځانګړي میډیا په کارولو سره له یو ځای څخه بل ځای ته د معلوماتو لیږلو پروسه ده، یا خو تار لرونکی یا بېسیم. د هغه ټیکنالوژۍ تر شا چې موږ یې هره ورځ کاروو - ګرځنده تلیفونونه، وای فای، راډیو، تلویزیون، او حتی سپوږمکۍ - بنسټیز فزیکي اصول دي. د مخابراتو د بنسټیز فزیک پوهیدل پدې معنی دي چې پوهیدل چې څنګه سیګنالونه تولید کیږي، د الکترومقناطیسي څپو لخوا لیږدول کیږي، د لیږد میډیا لخوا رهبري کیږي، او بیا بیرته د پوهیدو وړ معلوماتو ته ترلاسه کیږي.

۱. سیګنالونه او معلومات: له پیغامونو څخه تر څپو پورې

په مخابراتو کې، معلومات د پیغام محتوا ده (غږ، متن، انځورونه، ویډیو)، پداسې حال کې چې سیګنال هغه فزیکي بڼه ده چې دا معلومات لیږدوي. سیګنال کولی شي په کیبل کې بریښنایی ولټاژ، په آپټیکل فایبر کې د رڼا شدت کې بدلون، یا په هوا کې بریښنایی مقناطیسي څپې وي.

په فزیک کې، سیګنالونه ډیری وختونه د وخت د دندو په توګه تشریح کیږي، د بیلګې په توګه \(x(t)). انالوګ آډیو سیګنالونه دوامداره څپې لري، پداسې حال کې چې ډیجیټل سیګنالونه جلا کچې لري (د مثال په توګه، 0 او 1). له انالوګ څخه ډیجیټل ته بدلون د نمونې اخیستلو او کوانټائزیشن له لارې ترسره کیږي، کوم چې په مفهومي ډول د سیګنال تیوري او د بریښنایی وسیلو فزیکي محدودیتونو سره تړاو لري.

۲. برقي مقناطیسي څپې د بار وړونکو په توګه

د عصري مخابراتو اصلي برخه الکترومقناطیسي څپې دي. د میکسویل د تیورۍ له مخې، یو بدلیدونکی بریښنایی ساحه مقناطیسي ساحه تولیدوي او برعکس، داسې څپې جوړوي چې حتی په خلا کې هم خپریدلی شي. په خلا کې د الکترومقناطیسي څپو سرعت دا دی:

\[
ج \ نږدې ۳ \ ځله ۱۰^۸ \ متن { ​​متر/ ثانیې}
\]

د فریکونسۍ (\(f\))، طول موج (\(\lambda\))، او د تکثیر سرعت (\(v\)) ترمنځ اساسي اړیکه دا ده:

\[
v = f\لمبډا
\]

په هوا کې، د تکثیر سرعت \(c\) ته نږدې دی، پداسې حال کې چې په رسنیو لکه کواکسیل کیبل یا آپټیکل فایبر کې، سرعت د موادو د ځانګړتیاوو (اجازې او نفوذ) د نفوذ له امله ټیټ دی.

۳. د فریکونسي سپیکٹرم او بانډ تخصیص

الکترومقناطیسي څپې پراخ طیف پوښي: د ټیټ فریکونسۍ راډیو څپو څخه تر لوړې فریکونسۍ ګاما وړانګو پورې. مخابرات معمولا د طیف د راډیو، مایکروویو او انفراریډ برخو څخه کار اخلي.

فریکونسی ډیری شیان ټاکي: د خنډ نفوذ، رینج، د انتن اندازه، او د چینل ظرفیت. ټیټ فریکونسی (د مثال په توګه، AM راډیو) کولی شي د تفاوت او ایونوسفیر انعکاس له امله اوږد واټن ته ورسیږي، پداسې حال کې چې لوړ فریکونسی (د مثال په توګه، 5G mmWave) کولی شي د معلوماتو لوی نرخونه ولري مګر د خنډونو لپاره ډیر حساس دي او لنډ واټن لري.

څرنګه چې سپیکٹرم محدود دی او د مداخلې لپاره حساس دی، هر هیواد د بینډ تخصیص تنظیموي ترڅو مختلف خدمات یو بل سره مداخله ونکړي.

۴. تعدیل: د څپو په اړه معلومات لوړول

د معلوماتو سیګنالونه په ندرت سره "خام" لیږدول کیږي پرته له تنظیم څخه. معمولا، معلومات د ماډل کولو پروسې له لارې په کیریر سیګنال باندې سپر کیږي. په فزیکي توګه، ماډل کول د کیریر څپې پیرامیټرو بدلولو معنی لري:

۱. د امپلیټیوډ موډولیشن (AM): د معلوماتو سیګنال په تعقیب د کیریر امپلیټیوډ بدلیږي.
۲. د فریکونسۍ تعدیل (FM): د کیریر فریکونسۍ د معلوماتو سره سم بدلیږي.
۳. د پړاو تعدیل (PM) / PSK (ډیجیټل): د کیریر پړاو د یو ټاکلي ارزښت له مخې بدلیږي.

ماډولیشن لیږد ډیر اغیزمن کوي، مداخله کموي، او ډیری کاروونکو ته اجازه ورکوي چې د FM ملټي پلیکسینګ، OFDM، یا سپریډ سپیکٹرم په څیر تخنیکونو له لارې سپیکٹرم شریک کړي.

۵. د ځواک، ډمپینګ، او د مربع برعکس قانون

په بېسیم لیږد کې، د ترلاسه شوي سیګنال ځواک د واټن سره کمیږي. په ساده ډول، د یو شان وړانګو سرچینې لپاره، د بریښنا شدت د مربع قانون معکوس تعقیبوي:

\[
زه \propto \frac{1}{r^2}
\]

خو، په حقیقي نړۍ کې، تکثیر د انعکاس، خپریدلو، جذبولو، او څو لارې لخوا هم اغیزمن کیږي. په کیبلونو کې، د بریښنا کمښت ته کموالی ویل کیږي، چې معمولا په ډیسیبل (dB) کې څرګندیږي. د بریښنا تناسب لپاره عمومي فورمول دا دی:

\[
\text{dB} = 10 \log_{10}\left(\frac{P_2}{P_1}\right)
\]

د dB مفهوم خورا مهم دی ځکه چې دا د لوګاریتمیک رقمونو په بڼه د امپلیفیر ګټې، کیبل ضایعاتو، او سیسټم حاشیو محاسبه اسانه کوي.

۶. د شور او سیګنال څخه شور تناسب (SNR)

هیڅ مخابراتي سیسټم له مداخلې څخه پاک نه دی. شور د ډیری سرچینو څخه راځي: د تودوخې الکترون حرکت (تودوخې شور)، د وسیلو مداخله، د نورو کاروونکو مداخله، او حتی د اتموسفیر پیښې.

د سیګنال په استقبال کې یو له خورا مهم فزیک مفکورو څخه د سیګنال-ټو-شور تناسب (SNR) دی، کوم چې د سیګنال ځواک او شور ځواک تناسب دی. لوړ SNR پدې معنی دی چې سیګنال بیرته ترلاسه کول اسانه دي، پداسې حال کې چې ټیټ SNR د معلوماتو غلطیو چانس زیاتوي.

د تودوخې شور د معادلې له مخې اټکل کیدی شي:

\[
ن = kTB
\]

د بولټزمان ثابت سره \(k\)، \(T\) تودوخه (کیلوین)، او \(B\) فریکونسي بینډ ویت. دا معادله ښیي چې څومره چې بینډ ویت پراخه وي، هغومره شور معرفي کیږي، نو د سیسټم ډیزاین تل د معلوماتو ظرفیت او شور مقاومت ترمنځ سوداګري شامله ده.

۷. بینډ ویت، د چینل ظرفیت، او د شینن حد

بینډ ویت د فریکونسیو هغه حد دی چې سیګنال یې کاروي. په مخابراتو فزیک کې، بینډ ویت مستقیم د معلوماتو د لیږدولو چټکتیا سره تړاو لري. د معلوماتو تیوري د شانن تیورم له لارې یو بنسټیز حد چمتو کوي:

\[
ج = ب \log_2(1+\text{SNR})
\]

چیرې چې \(C\) د چینل ظرفیت (بټونه/ثانیه) دی. دا یوازې یو تخنیکي فورمول نه دی، بلکې د فزیکي معلوماتو حد دی: د ورکړل شوي بینډ ویت او SNR لپاره د ترلاسه کولو وړ اعظمي نظري ډیټا ظرفیت. عصري ټیکنالوژي لکه 4G/5G، Wi-Fi 6/7، او سپوږمکۍ مخابرات په دوامداره توګه د چینل کوډ کولو (د غلطۍ اصلاح) او ماډل کولو سره د شینن حد ته نږدې کیږي.

۸. د لیږد رسنۍ: کیبل، آپټیکل فایبر، او خالي ځای

الف) د مسو کیبل (تاو شوی جوړه، کواکسیل)
په مسو کیبلونو کې، سیګنالونه د لارښود شوي الکترومقناطیسي څپو په توګه خپریږي. بریښنایی مقاومت، په لوړ فریکونسۍ کې د پوستکي اغیز، او ظرفیت د کموالي او تحریف لامل کیږي. کواکسیل کیبلونه د دوی د محافظت له امله د تاو شوي جوړې په پرتله د مداخلې په وړاندې ډیر مقاومت لري.

ب) آپټیکل فایبر
اپټیکل فایبر د رڼا په کارولو سره معلومات لیږدوي، معمولا د لیزرونو. د دې اصلي فزیکي اصل بشپړ داخلي انعکاس دی ځکه چې د کور او پوښ ترمنځ د انعکاس شاخص توپیر لري. اپټیکل فایبر ډیر ټیټ کموالی او ډیر لوړ بینډ ویت لري، چې دا د نړیوال انټرنیټ ملا تیر جوړوي.

ج) د ازاد فضا خپرېدل (راډیو او مایکروویو)
په بېسیم مخابراتو کې، څپې د هوا له لارې د انعکاس، تفرقې او خپراوي په څیر پیښو له لارې خپریږي. په لوړو فریکونسیو کې، د لید کرښه خورا مهمه کیږي، نو انتنونه ډیری وختونه په برجونو کې ځای پر ځای کیږي یا سپوږمکۍ کارول کیږي.

۹. انتن: جریان په څپو بدلوي

انتن هغه وسیله ده چې د بریښنایی سیګنالونو او الکترومقناطیسي څپو سره پل جوړوي. کله چې د انتن له لارې بدلیدونکی جریان تیریږي، ګړندی چارجونه الکترومقناطیسي څپې خپروي.

د مخابراتو فزیک کې د انتن مهم ځانګړتیاوې عبارت دي له:
- لاسته راوړنه (لارښوونه ګټه): بیم په یو ټاکلي لوري متمرکز کړئ.
– د وړانګو نمونه: څنګه انرژي فضا ته خپریږي.
- قطبي کول: د بریښنایی ساحې سمت (عمودی، افقی، ګرد).

د لیږدونکي او ترلاسه کونکي قطبي کولو مطابقت مهم دی: د قطبي کولو بې اتفاقي کولی شي ترلاسه شوي بریښنا د پام وړ کمه کړي.

۱۰. پایله: ولې فزیک د مخابراتو په زړه کې دی

مخابرات یوازې د وسایلو یا غوښتنلیکونو په اړه ندي، بلکه د فزیک د قوانینو مستقیم تطبیق دی: الکترومقناطیسي څپې، انرژي او ځواک، کموالی، حرارتي شور، او حتی د معلوماتو ظرفیت محدودیتونه. د مخابراتي ټیکنالوژۍ پراختیا، د انلاګ راډیو څخه تر 5G شبکو او د لوړ سرعت فایبر آپټیکس پورې، په اصل کې د څپو، مادې او معلوماتو چلند کنټرول او غوره کولو لپاره د انسان هڅه ده.

د مخابراتو د بنسټیز فزیک په پوهیدو سره، موږ لیدلی شو چې هر تلیفون زنګ، هر ویډیو سټریم، او هر لیږل شوی پیغام د طبیعي پیښو د دقیق تنظیم پایله ده - په سرکټونو کې د الکترونونو حرکت څخه تر نظري فایبرونو کې فوټونونو پورې، د راډیو څپو پورې چې په آزاده فضا کې سفر کوي. دا پوهه نه یوازې د انجینرۍ زده کونکو او متخصصینو لپاره ګټوره ده، بلکې د دې په اړه بصیرت هم پرانیزي چې څنګه عصري نړۍ د کایناتو د بنسټیزو قوانینو له لارې سره وصل ده.