مضخم الطاقة الميكروويف

أنواع مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة

مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة تُغطي موجات الترددات العالية من 1 جيجاهرتز إلى أكثر من 100 جيجاهرتز. تتواجد مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة في العديد من الأنواع:

• مُضخم منخفض الضوضاء (LNA)

  وظيفة مُضخم منخفض الضوضاء (LNA) هي تضخيم إشارة ضعيفة دون إضافة الكثير من الضوضاء. تُستخدم أنظمة الاستقبال، مثل تلك المستخدمة في الرادار أو الاتصالات الساتلية، عادةً مُضخمات منخفضة الضوضاء. تُعمل مُضخمات منخفضة الضوضاء على مجموعة متنوعة من الترددات، بما في ذلك الترددات الراديوية، والموجات المُتْرَجِعَة، والموجات المُتْرَجِعَة المُليمتِرية.

• مُضخم أداة القياس

  حفزت الحاجة إلى معالجة دقيقّة للإشارات منخفضة الضوضاء في أجهزة الاختبار والقياس تطوير مُضخمات أداة القياس. تُعدّ قدرتها العالية على التضخيم وعرض النطاق التردديّ مفيدة لتضخيم الإشارات من مصادر مشوهة مثل أجهزة الاستشعار في المعدات الطبية التشخيصية والمختبرية.

• مُضخم أنبوب الموجة المتّصلة (TWTA)

  تُستخدم مُضخمات أنبوب الموجة المتّصلة (TWTAs) بشكل كبير في أنظمة الاتصالات الساتلية والبث، بالإضافة إلى أنظمة الحرب الإلكترونية. تتمتع مُضخمات أنبوب الموجة المتّصلة (TWTAs) بعرض النطاق التردديّ والقدرة اللازمة لتشغيل الرادار والاتصال بشكل خاص عبر مسافات كبيرة.

• مُضخم GaN

  تُستخدم مُضخمات GaN في نطاق ترددات VHF إلى EHF (الترددات العالية جدًا إلى الترددات العالية جدًا) لإرسال واستقبال إشارات الرادار والحرب الإلكترونية والاتصالات. تُعدّ مُضخمات GaN رائعة لتوفير الطاقة والكفاءة لهذه التطبيقات بفضل ذلك.

  تتمتع مُضخمات GaN بفجوة طاقة واسعة تجعلها قادرة على تحمل الفولتيات. تُعدّ نطاقات الترددات من L-band إلى K-band من أفضل نطاقات عمل مُضخمات GaN.

• مُضخم عريض النطاق

  يمكن تضخيم إشارة ذات طيف واسع بواسطة مُضخم دون الحاجة إلى ضبط أو تعديل خارجي. تُستخدم هذه المُضخمات كمُضخمات طاقة عريضة النطاق في أنظمة الاتصالات.

• مُضخمات LEO و MEO و GEO

  تُعدّ مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة ضرورية لاتصالات الأقمار الصناعية، ويعتمد تصميمها على مدار القمر الصناعي. تُتعامل مُضخمات LEO مع الإشارات في مدار الأرض المنخفض، بينما تُعمل مُضخمات MEO مع الأقمار الصناعية في مدار الأرض المتوسط، بينما تُستخدم مُضخمات GEO للأقمار الصناعية الثابتة بالنسبة للأرض. تم تصميم كل مُضخم للتغلب على التحديات المُرتبطة بمداره، مثل درجات الحرارة القصوى وظروف الضغط.

• مُبدّل RF SPDT مُدمج مع مُضخم

  يمكن لمُبدّل الترددات الراديوية مع مُضخم مُدمج اختيار أحد مسارين مختلفين. يُستخدم مُضخم لتعزيز قوة إشارة التردد الراديوي، دون إضعاف الإشارة، وتوجيه تلك الإشارة إلى الخرج المُختار.

• مُضخمات الاتصالات والبث

  تُستخدم هذه المُضخمات لزيادة الطاقة اللازمة للإرسال. تُضمن هذه المُضخمات إمكانية إرسال الإشارات عبر مسافات طويلة، وامتلاكها القوة للوصول إلى أجهزة الاستقبال. من الأمثلة على ذلك مُضخمات الترددات الراديوية للهواتف المحمولة، ومُضخمات الدفع للواي فاي، ومُضخمات بث التلفزيون. كل هذه المُضخمات تهدف إلى تحسين التغطية والجودة للاتصال.

• مُضخمات الرادار

  لكي تُمكن أنظمة الرادار من اكتشاف الأهداف بدقة وضمن نطاق معين، يجب على المُضخمات توفير إشارة نظيفة ذات قدرة عالية. تُستخدم مُضخمات ATE لمعدات الاختبار الآلية المُستخدمة في تصنيع وصيانة الأجهزة الإلكترونية مثل الرادار. يُمكن للتقنيين تشغيل اختبارات تشخيصية على أنظمة الرادار. تُوفر هذه المُضخمات أدوات القياس الدقيقة اللازمة للحفاظ على الأجهزة الحساسة مثل الرادار.

  تُستخدم المُضخمات في الحرب الإلكترونية والرادار، حيث تُمكنها إنتاج إشارات نظيفة ذات قدرة عالية، لتكون أساسًا لأنظمة اكتشاف موثوقة.

وظائف وميزات مختلف مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة

تُعدّ مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة أجهزة إلكترونية مُعقدة قد تختلف وظائفها باختلاف مجال التطبيق. تشمل بعض الوظائف الأساسية المُشتركة:

• تضخيم الإشارة: تُعدّ وظيفتها الرئيسية تضخيم إشارات الترددات الراديوية المُتْرَجِعَة الضعيفة، بحيث يمكن إرسالها عبر مسافات طويلة دون أن تُفقد أو تتدهور بسبب الامتصاص والتشتت من خلال الغلاف الجوي.
• النقل: تُمكن مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة من نقل المعلومات في جميع أنظمة الاتصالات اللاسلكية الحديثة، من خلال زيادة طاقة جهاز الإرسال، لِإِشاعة إشارة عبر منطقة واسعة (أبراج الهاتف المحمول) أو عبر كابل (الأجهزة الطبية النسائية).
• توليد الإشعاع: في أنظمة الرادار، تُولّد مُضخمات MHz إشارات الترددات الراديوية ذات القدرة العالية التي يتم توجيهها للخارج واستقبال إشارات الصدى من الأهداف لاكتشافها، وقياس مختلف المعلمات مثل المدى، والسرعة، والحجم، وشكل الأهداف، و التعرف عليها.
• معالجة الإشارة: يمكن لمُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة أيضًا تنفيذ بعض وظائف معالجة الإشارات مثل الحدّ، والترشيح، أو المزج، وهي ضرورية لتحضير الإشارات قبل استخدامها أو قياسها.
• أجهزة القياس: تُستخدم هذه المُضخمات لاكتشاف أو قياس إشارات الترددات الراديوية الضعيفة في البحوث العلمية، والتشخيص الطبي، والتطبيقات الصناعية.

تطبيقات مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة

تُستخدم مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة بشكل شائع في العديد من التطبيقات الصناعية. يُعزى نطاق تطبيقها الواسع إلى قدرتها على نقل إشارات عالية الطاقة لمسافات طويلة. تشمل بعض تطبيقاتها:

• الاتصالات: كما ذُكر سابقًا، تعتمد الهواتف المحمولة، واتصالات الأقمار الصناعية، وأنظمة الرادار على هذه الأجهزة لزيادة قوة الإشارة ومنع فقدان المعلومات عبر مسافات طويلة.
• التسخين الراديوي الصناعي: في مصانع التصنيع وبعض العمليات الصناعية، تُستخدم مُضخمات MHz لتطبيقات التسخين الراديوي مثل صهر المعادن، وعلاج البلاستيك، واللحام، وغيرها من عمليات التسخين التي تتطلب تسخينًا مُتحكمًا به باستخدام إشارات الترددات الراديوية ذات القدرة العالية.
• التطبيقات الطبية: تُستخدم مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة أيضًا في التطبيقات الطبية مثل الاستئصال الراديوي، وخزعة الخلايا، وبعض الإجراءات التشخيصية التي تتطلب إرسال إشارات الترددات الراديوية ذات القدرة العالية عبر الجسم لإجراء جراحة طفيفة التوغل، أو الحصول على صور طبية.
• بث الموجات المُتْرَجِعَة: تُرسل الأجهزة المُضخمات إشارات من أبراج الموجات المُتْرَجِعَة، بحيث يمكن استقبال إشارات التلفزيون والراديو بواسطة هوائيات من محطات مختلفة أو أجهزة مُتصلة بشبكة.

تطبيقات مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة

بالإضافة إلى دورها الحاسم في صناعة الاتصالات، تُستخدم مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة في قطاعات مثل الفضاء، والدفاع، والبحوث، والإلكترونيات الاستهلاكية. في الفضاء والدفاع، تُستخدم المُضخمات في أنظمة الرادار للمراقبة، وتتبع الأهداف، وتوجيه الصواريخ. تُستخدم أيضًا في أنظمة الحرب الإلكترونية لإعاقة رادار العدو ونظاماته الاتصالية. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة في حمولات الأقمار الصناعية لإرسال الإشارات ومهام استكشاف الفضاء العميق.

تُستخدم مؤسسات البحث العلمي والمختبرات مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة لإجراء تجارب في فيزياء المادة المُكثّفة، والإلكترونيات الكمومية، وعلوم المواد. في الإلكترونيات الاستهلاكية، تُعدّ المُضخمات مكونًا أساسيًا للأجهزة اللاسلكية مثل الهواتف المحمولة، وأجهزة توجيه الواي فاي، والتلفزيونات. تُحسّن المُضخمات قوة الإشارة وتُوسّع نطاق تشغيل هذه الأجهزة.

تُستخدم مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة في مختلف الصناعات لتطبيقات متنوعة:

• راديو الهاتف المحمول: تُستخدم في أنظمة راديو الهاتف المحمول.
• مُرسلات التلفزيون: تُستخدم مُرسلات التلفزيون مُضخمات لإخراج إشارات الترددات الراديوية ذات القدرة العالية، والتي تُبث عبر مناطق واسعة.
• مُعادِلات الأقمار الصناعية: تُحتوي أقمار الاتصالات على مُضخمات (عادةً مجموعات LNA/MA) تُعزز الإشارات المُستقبلة من الأرض قبل إعادة بثها.
• أنظمة الرادار: تستخدم العديد من أنظمة الرادار مُضخمات عالية الطاقة لتوليد إشارات الترددات الراديوية أو المُتْرَجِعَة النبضية لاكتشاف الأهداف، وتتبعها، وما إلى ذلك.
• أنظمة الحرب الإلكترونية: غالبًا ما تتضمن إعاقة وتضليل رادار/اتصالات العدو إشارات الترددات الراديوية أو المُتْرَجِعَة المُضخمة بالطاقة.
• البحوث العلمية: قد تستخدم مختبرات دراسة البلازما، وحزم الجسيمات، ومختلف ظواهر الموجات الكهرومغناطيسية مُضخمات عالية الطاقة في تجاربها.
• التطبيقات الطبية: تتطلب بعض أجهزة التصوير والعلاج الطبي تضخيم الطاقة عند ترددات الترددات الراديوية/الموجات المُتْرَجِعَة.

كيفية اختيار مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة

عند بحث المشترين التجاريين عن مُضخم طاقة مُتْرَجِعَة، يضعون في الاعتبار عوامل متنوعة لضمان تلبية احتياجاتهم وتطبيقاتهم المُحددة. على سبيل المثال، قد يبحثون عن مُضخم مُصمم لنطاق تردديّ يفي بالمتطلبات التنظيمية، مثل مُضخم طاقة L-band لِمَدَى L-band (1-2 جيجاهرتز). فيما يلي عوامل إضافية قد يضعها المشترون في الاعتبار:

• إنتاج الطاقة: يُقيّم المشترون خرج الطاقة للمُضخم، ويُحددون طاقة الخرج المطلوبة لتطبيق مُحدد. يختارون مُضخمًا ذو خرج طاقة أعلى للوصول إلى نطاق أوسع، بينما يُختار مُضخم ذو خرج طاقة أقل لنطاق أقصر.
• الخطية: يؤثر خطّية المُضخم على تشوه الإشارة وجودة النقل. يُفضل المشترون الذين يعملون مع إشارات مُعقدة مُعدّلة أو معدلات نقل بيانات عالية خطية عالية لضمان دقة الإشارة وتقليل التشوه.
• الكفاءة: تُؤثر كفاءة مُضخم الطاقة على استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل. يُفضل المشترون مُضخمات من فئة AB للحصول على توازن جيد بين الخطّية والكفاءة، بينما يُفضل أولئك الذين يبحثون عن كفاءة أعلى وتشوه أقل عند الإشارات الأعلى فئة C.
• الحجم والوزن: يُنظر إلى حجم ووزن المُضخم، خاصةً في التطبيقات المحمولة. تُفضل المُضخمات المصغرة وخفيفة الوزن، مما يجعل دمجها في أنظمة ميدانية محمولة سهلاً.
• جهد إمداد الطاقة: يُؤثر جهد إمداد الطاقة لمُضخم الطاقة المُتْرَجِعَة على تصميم الدائرة وتوليد الطاقة. يُقيّم المشترون جهد الإمداد لضمان توافقه مع مصادر الطاقة المتاحة.
• التضخيم: تُحدد الكسب قدرة المُضخم على زيادة مستوى الإشارة. يُقيّم المشترون الكسب النموذجي لضمان قدرة المُضخم على توفير الإشارة الضرورية دون تشوه أو ضوضاء زائدة.
• عامل الضوضاء: يصف عامل الضوضاء أو مؤشر الضوضاء كمية الضوضاء التي يضيفها المُضخم إلى إشارة. يُنظر إلى عامل الضوضاء لتقليل تدهور الإشارة وضمان حساسية جيدة.
• الموصلات الميكانيكية: يُنظر إلى أنواع المُوصلات لضمان إمكانية توصيلها بأجهزة أو أنظمة أخرى دون مشكلات توافق.
• الحماية والتّبريد: يُقيّم المشترون ميزات الحماية وأنظمة التّبريد لضمان قدرة المُضخم على الحفاظ على الأداء والموثوقية في ظل الظروف الصعبة.

الأسئلة الشائعة

س1: ما هي وظيفة مُضخم الطاقة للموجات المُتْرَجِعَة؟

ج1: تُضخم مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة إشارات الموجات المُتْرَجِعَة الضعيفة إلى مستوى الطاقة المطلوب.

س2: ما هي استخدامات المُضخمات التي تُعمل مع الموجات المُتْرَجِعَة؟

ج2: يمكن استخدام المُضخمات التي تُعمل مع الموجات المُتْرَجِعَة في العديد من الأمور، مثل تعزيز الإشارات في أنظمة الرادار، وزيادة الإشارات في الاتصالات، ومساعدة العلماء على إجراء البحوث.

س3: ما مدى أهمية تبريد مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة؟

ج3: يُعدّ تبريد مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة مهمًا للغاية. يُضمن التبريد المناسب الأداء الجيد ويُساعد على منع تلف المُضخم.

س4: هل يمكن إصلاح المُضخمات التي تُعمل مع الموجات المُتْرَجِعَة عند تلفها؟

ج4: نعم، في بعض الحالات، يُمكن إصلاح مُضخمات الطاقة المُتْرَجِعَة إذا تلفت.