اتصال کوتاه

.

.

آن چه که همگان از «فرستنده‌ی بی‌سیم» درک می‌کنند، عبارت از تجهیزی است برای تولید و انتشار امواج، یعنی یک سامانه‌ی عمل‌گر یا فعال. اما تغییر دادن در میدان‌های الکترومغناتیسی، طوری که قابل آشکارسازی باشد، می‌تواند از راه دیگری نیز ایجاد شود. بر یک چنین امکانی می‌توان «فرستنده‌ی غیرفعال^[1]» نام نهاد که برای به‌کارگیری و استفاده از آن هنوز قانوناً هیچ پروانه یا مجوز رسمی و اداری لازم نیست. برای دوستداران الکترونیک و مخابرات این به معنای بازشدن حوزه‌ای تازه برای پژوهش و تجربه است.

هر فرد رادیوآماتور یا «شنیدگر رادیو^[2]» با حکایت‌هایی که بعضی از قدیمی‌های برق و الکترونیک تعریف می‌کنند که گویا از نیروی میدان منتشره از ایستگاه‌های فرستنده‌ی پرقدرت موج متوسط یا موج بلندِ همجوار برای تامین روشنایی استفاده کرده‌اند، آشنا هست. افزون بر این که طبق نص صریح قانون^[3]، هر گونه استفاده‌ی غیرمجاز از انرژی الکتریکیِ شبکه‌ی برق خلاف قانون و مستوجب مجازات است، باید دانست که با روش «برداشت انرژی»، می‌توان یک میدان الکترومغناتیسی غریبه را تحت تاثیر قرار داد و در آن تغییراتی را بوجود آورد.

.

.

این امر برای هر چیزی که درون یک چنین میدانی بُرده شود، معتبر است. مثلاً در رادار از بازتاب یک موج الکترومغناتیسی  استفاده می‌شود و از این طریق سرعت و جهت حرکت و موقعیت اشیاء تعیین می‌گردد.

اما حتی یک «رادیوی کریستالی» یا به عبارت دیگر یک «رادیو گوشی» ساده هم برای دریافت ایستگاه‌های فرستنده‌ی موج متوسط، از میدان الکترومغناتیسی آن‌ها مقداری انرژی را برداشت می‌کند که بتواند گوشی را، بدون استفاده از یک منبع تغذیه‌ی اضافی، به کار بیاندازد.

این موضوع بر میدان حاضر در پیرامون آنتن هر گیرنده نیز تاثیراتی دارد. حتی یک دستگاه «گرید دیپ متر^[4]» نیز «فرکانس تشدید مدار تانک» در یک نوسان‌ساز را از طریق آشکارکردنِ میزانِ جذب انرژیِ منتشره از ژنراتورش توسط مدار تحت آزمایش تعیین می‌کند.

.

محدود‌کردن برداشت انرژی به «انتقال داده در میدان نزدیک»

از همین اثر در نقل و انتقال داده‌ها از و به کارت‌های هوشمند بانکی و مانند آن‌ها، توسط فن‌آوری «انتقال داده در میدان نزدیک» (NFC)^[5] ، استفاده به عمل می‌آید. در این کاربرد یک مدار مجتمع الکترونیکی کوچک، یک «تراشه^[6]» در داخل کارت، دامنه‌ی یک میدان الکترومغناتیسی را، که توسط یک «مولد موج» در درون دستگاه خودپرداز تولید می‌گردد، «مدوله» می‌کند. این مولد موج (سیگنال ژنراتور)، همزمان، انرژیِ جذب‌شده یا ضریب بازتابش موج را درک و اندازه‌‌گیری می‌کند. در این مثال، «تغییرات در شدتِ جذب امواج»، داده‌هایی را که بر موج بازتاب مدوله شده‌اند، نمایندگی می‌کنند. البته، این فرآیند، درست مانند حالت دیپ‌متر، تنها در فاصله‌هایی که از حدود 10 سانتی‌متر بیش‌تر نیستند، عمل می‌کند.

.

اصول کار مدار ما

با وجود این که رادیوآماتورها و دوستداران مخابرات بی‌سیم اغلب به شرح و بسط مفصّل آنتن‌ها تمایل دارند، اما چنین رساله‌ای برای ساختن فرستنده‌ی غیرفعالی که در این‌جا ارایه شده، هیچ ضرورتی ندارد. پیش از هر چیز یک آنتن مورد نیاز است تا بتوان «انرژی» منتشره از یک میدان متغیر الکترومغناتیسیِ در دسترس را به وسیله‌ی آن به صورت تناوبی (نه یکنواخت و دایمی) برداشت کرد. در کنار آن، «شاهدی» لازم است که در مقایسه با «ان.اف.اس.» چند برابر حساس‌تر باشد. در این‌جا یک واکی-تاکی کوچک اف.ام. کاملاً کفایت می‌کند.

تغییر میدان می‌تواند مثلاً از طریق حرکت‌دادن آنتنی در یک میدان الکترومغناتیسی کمکی انجام گیرد یا خیلی ساده‌تر، وقتی آنتن، در نقطه‌ی اتصالات‌اش (فیش آنتن که محل برداشت انرژی است) توسط یک مولد ضربان‌های الکتریکی (پالس ژنراتور) به صورت تناوبی اتصال‌کوتاه و سپس رفع‌اتصال‌کوتاه شود. همچنین، سوئیچ‌کردن میان دو آنتن برداشت‌کننده که فاصله‌ی مکان استقرارشان از یکدیگر بیش‌تر از «لاندا دوّم» نباشد نیز قابل تصور است و احتمالاً حتی بُرد فرستنده‌ی غیرفعال را در یک محور به حداکثر هم خواهد رساند، زیرا «تراکم اعوجاج^[7]» در میدان بیش‌تر می‌شود.

همچنین، بر اثر این عملِ کلیدگری، از یک طرف بر اثر اُفت شدت میدان محلی به واسطه‌ی زیرِ بار رفتن آنتن (رفع حالت اتصال کوتاه) یک مدولاسیون دامنه‌ی القایی بوجود می‌آید، و از طرف دیگر بر اثر خارج شدن آنتن از زیر بار (اتصال کوتاه شدن فیش آنتن) یک مدولاسیون فرکانس ایجاد می‌گردد، چرا که موقعیت استقرار خطوط میدان مربوط به میدان کمکی کمی منحرف می‌گردد (تصویر زیر را ببینید).

.

.

هر دو پدیده را می‌توان توسط یک گیرنده به عنوان شاهد، مثلاً با یک واکی‌تاکی در نزدیکی آنتنِ برداشت‌کننده‌ی انرژی روی فرکانسِ میدانِ کمکی به روشنی آشکار و اثبات کرد.

«درجه‌ی مدولاسیون^[8]» و نیز «انحراف فاز^[9]» به فاصله‌ی میان فرستنده‌ی غیرفعال و گیرنده‌ی شاهد بستگی دارد، به نحوی که توسط آزمایشی ساده از روی شدّت صدا می‌توان حتی جهت میدان نسبت به سمت آنتن سوئیچ‌شونده را به دست آورد. با یک «آنتن جهت‌دار^[10]»، مثلاً یک «آنتن یاگی^[11]» و یا یک «آنتن HB9CV^[12]» موسوم به «آنتن سوییسی» این کار به صورت موثرتری انجام‌پذیر است. فاصله یا بُرد قابل‌دسترسی به «نسبت سیگنال به نویز» دامنه‌های دمدوله‌شده – یا مدولاسیون فرکانس و به ابعاد ساختار آنتن سوئیچ‌شونده بستگی دارد.

در فاصله‌ها یا بُردهای دورتر، سیگنال کلیدگریِ (در محدوده‌ی فرکانس‌های کم یا صوتی) دمدوله‌شده زیر پوششی از نویز زمینه‌ایِ فرکانس کم گیرنده واقع می‌شود و در نتیجه دیگر قابل آشکارسازی و شناسایی نخواهد بود. از لحاظ نظری، اما با پایین رفتن این اثر، اعوجاج میدان در تمام فضا و محیط همچنان وجود خواهد داشت.

.

مقایسه با «آنتن فریتی^[13]»

با این واقعیت که میدان‌های الکترومغناتیسی پس از انتشار می‌توانند «خم شوند» آشنا هستیم و این پدیده را از نحوه‌ی کار آنتن‌های فریتی می‌شناسیم. آنتن فریتی میدان‌های مغناتیسی را «دسته می‌کند» و به‌علاوه همچنین میدان الکتریکی را که به واسطه‌ی «مقاومت میدان» Z_w=376.73 Ohm از میدان مغناتیسی غیرقابل‌تجزیه است نیز به آن پیوند می‌دهد، چون خطوط میدان واقع در نزدیکی مواد فریتی، به واسطه‌ی مقاومت مغناتیسی، R_m، پایین‌ترِ این مواد (µ_r>1) ارجح هستند.  به این دلیل میدان الکترومغناتیسیِ نزدیک به آنتن فریتی ناگزیر «خم می‌شود». در نتیجه، آنتن فریتی از «سطح مفید آنتنی» (A_eff) بزرگ‌تری در مقایسه با یک سیم‌پیچ هوایی (بدون هسته‌ی فریت µr=1) با همان اندازه‌های فیزیکی برخوردار است.

البته در یک گیرنده‌ی موج متوسط فقط چگالی فلوی مغناتیسی (B) در ماده‌ی فریتی مورد استفاده قرار می‌گیرد، که موجب حصول «ولتاژ آنتن» بزرگ‌تری می‌شود.

اگر بتوان یک آنتن فریت را با سرعت کافی چرخاند و همزمان با یک گیرنده‌ی دوم در نزدیک آن به یک ایستگاه فرستنده‌ی دلخواه گوش داد، می‌توان علاوه بر صدای آن ایستگاه، فرکانس چرخش آنتن فریتی را هم رصد و کشف کرد. این که در این‌جا همزمان یک مدولاسیون دامنه پیدا می‌شود، روشن است، زیرا از این اثر و تغییر دادن جهت آنتن فریتی برای دریافت حداکثری رادیویی استفاده می‌شود. اما در محدوده‌های نزدیک این پدیده همچنین یک مدولاسیون فرکانس هم پیدا می‌شود که حاصل اعوجاج در خطوط میدان آنتن است.

.

مدار پیشنهادی

تصویر زیر نشان می‌دهد که چقدر یک فرستنده‌ی غیرفعال می‌تواند ساده باشد. این مدار از یک مولد صوتی (فرکانس پایین) تشکیل شده که با استفاده از یک آی.سی. تایمر معمولی از نوع 555 ساخته می‌شود.

.

.

سیگنال خروجی از این مدار از طریق یک دیود و خازن 1 و یک مقاومت 47 اهمی یک آنتن را به صورت تناوبی سوئیچ می‌کند. مقاومت مستقیم (R_D) دیود 1 که بر اثر عبور جریان مستقیم (فوروارد) 2 میلی‌آمپری ظاهر می‌شود، با تقریب خوبی در محدوده‌ی 50 اهم قرار دارد که با اتصالات SO239 آنتن هماهنگ می‌باشد.

ترانزیستور 1 به عنوان کلید قطع/وصل کلّ مدار عمل می‌کند. این ترانزیستور مدار را هنگامی که یک آنتن با مقاومت اهمی پایین (مانند دیپل‌های خمیده، آنتن‌های کواکسیال معروف به «بازوکا»، و آنتن‌های حلقه مغناتیسی) به آن وصل شود، فعال می‌کند. بنابراین، این مدار با یک آنتن میله‌ای کار نخواهد کرد.

خازن 1 از تداوم تغذیه‌ی مدارِ کلید با ولتاژ، پس از خارج کردن آنتن از مدار، جلوگیری می‌کند. این خازن همراه با مقاومت‌های 2، 3 و 4 و  دیود 1 باید خیلی فشرده در نزدیکی فیش مادگی SO239 متمرکز قرار داده شوند تا هیچ‌گونه مولفه‌ی رآکتانس ناخواسته‌ی دیگری پدیدار نشود. با داشتن ظرفیت 1 نانوفاراد برای خازن 1، بُردی در حدود 2 متر به دست می‌آید. با فرکانس‌های پایین‌تر، مثلاً برای رسیدن به بُرد 10 متر، بایستی برای این خازن ظرفیت بیش‌تری انتخاب کرد (خازن سرامیکی با ظرفیت از 10 نانوفاراد به بالا) که مولفه‌ی رآکتانس آن در مقایسه با امپدانس 50 اهمی آنتن، کوچک باشد.

.

فرستنده‌ی غیرفعال شکار روباه

مسابقه‌های موسوم به «شکار روباه^[14]» مسابقات مفرّحی در محیط باز و در طبیعت است که در میان رادیوآماتورهای جهان مرسوم می‌باشد (فیلمی را در این زمینه ببینید) و طی آن محل اختفای یک یا چند فرستنده‌ی کوچک (روباه) پنهان شده در یک جنگل یا بیشه‌زار توسط رادیوآماتورها (شکارچیان) به کمک گیرنده‌ها و آنتن‌های جهت‌یاب پیدا می‌شود. این مسابقه علاوه بر جنبه‌ی علمی چهره‌ای ورزشی هم دارد.

.

.

مدار معرفی شده در این مقاله نیز می‌تواند در این مسابقات مورد استفاده قرار گیرد. بر خلاف شکارهای معمول روباه، شکارچی در این حالت باید خودش یک میدان کمکی مدوله نشده را روی یک فرکانس دلخواه درست کند که آنتنِ سوئیچ شونده در آن فرکانس در حالت تشدید قرار داشته باشد تا بتواند اعوجاج میدان محسوسی ایجاد کند. همزمان، شکارچی به سیگنال کمکی خودش به کمک یک گیرنده‌ی FM در محدوده‌ی فرکانس روباه گوش فرا می‌دهد.

.

.

همچنین، این موضوع نیز امکان‌پذیر است که چندین فرستنده‌ی غیرفعال با فرکانس کلیدگری‌های متفاوت در مکان‌هایی با فاصله‌ی اندک از یکدیگر مورد استفاده قرار گیرند و عملاً بتوان آن‌ها را به طور جداگانه از هم تشخیص داد.

.

.

منابع:

پایگاه اطلاع‌رسانی قوانین و مقررات کشور

ویکیپدیا

.

.

پانویس ها: