مقدمه
امروزه امنيت مخابرات از مهم ترين مباحث مطرح شده در مخابرات نظامي و غيره نظامي مي باشد امنيت كانال ارتباطي در اين مقوله از اهميت ويژه اي بر خوردار است . يكي از مهم ترين خطراتي كه امنيت كانال را تهديد مي كند بحث شنود مي باشد براي رفع اين معضل راه هايي پيشنهاد شده است كه از جمله آنها استفاده از LED و ديود هاي ليزري براي ارسال و دريافت اطلاعات است از

مزيت هايي كه اين فرستنده دارد اين است كه احتمال شنود در فضا بسيار كم مي باشد چون ابتدا نور بصورت يك بيم در فضا منتشر مي شود وبه محض اينكه مانعي بر سر راه آن قرار گيرد سريع فرستنده متوجه مي شود. دومين علت آن است كه پيدا كردن مسير ارسال در فضا بسيار دشوار است.
در اين پروژه از LED براي ارسال و دريافت اطلاعات استفاده شده است.
با اندكي تغيرات در مدار مي توان به جاي LED از ديود ليزري استفاده
كرد.
LED ها از نوع ديودهاي مادون قرمز مي باشند. و نور مادون قرمز نا مرئي و فركانس آن بين مي باشد.
در اين پايان نامه سعي شده است در مورد فرستنده و گيرنده بطور جدا گانه بحث شود و كار تك تك اجزا توضيح داده شود و در مورد مدارات راه انداز ديودهاي نوري نيز توضيحات مختصري آورده شده است.

همچنين مدارات IC ها مربوطه و يك نوع ديود فرستنده گيرنده مادون قرمز كه در سيستمهاي كنترل از راه دور تلويزيون استفاده مي شود در ضميمه پايان نامه آورده شده است. دراين جا بر خود لازم مي دانم كه ازجناب آقاي مهندس معيني منش كه حق استادي برگردن بنده دارند مراتب قدر داني و تشكررا بجا آورم.
(بهمن ماه ۱۳۸۳)

مدار فرستنده

سيگنال ما كه از طريق ميكروفن يا وسيله صوتي وارد مدار مي شود، ابتدا براي كنترل آن از ولوم استفاده مي كنيم تا از به اشباع رفتن تقويت كننده جلوگيري كنيم.
توسط تقويت كننده LM386 سيگنال ورودي را تقويت و پايه ۶ ،LM567 وارد مي كنيم.
LM567 براي رمز گشايي تن (Tone Decoder) طراحي شده است. در اين IC يك ترانزيستور اشباع فراهم شده كه وقتي سيگنالي در طول باند مورد نظر به آن برسد بعنوان سوئيچ عمل مي كند.

مدار آن شامل دو ردياب (Detector) I، Q مي باشد كه بوسيله VCOبا تعيين فركانس مركزي عمل آشكار سازي را انجام مي دهد.
قطعات بيروني كه به مدار اضافه مي كنيم براي تعيين فركانس مركزي، پهناي باند و تاخير خروجي استفاده مي شوند. فركانس مركزي آن بوسيله فرمول زير قابل محاسبه است:

خازن به پايه ۶ و ولوم متصل به پايه ۵ و۶ مي باشد.
پايه ۸ كه خروجيIC مي باشد و تن مورد نظر ما را بصورت پالس توليد كرده به ديود هاي مادون قرمز فرستنده متصل كرده ايم .
توسط ولوم جريان ديودهاي فرستنده قابل كنترل مي شود كه با افزايش جريان نور مادون قرمز ديودها بيشتر شده و مي توان از مدار در فاصله دورتري استفاده كرد.در اينجا براي اينكه بتوان فاصله بين فرستنده و گيرنده را افزايش دهيم بجاي يك ديود از سه ديود استفاده كرده ايم.
لازم به يادآوري است كه ديودهاي فرستنده وگيرنده بايد روبروي هم قرار گيرند وحداكثر زاويه اي كه نسبت به هم پيدا مي كنند بايد كمتر از ۳۰ درجه باشد.

پيش تقويت كننده
اولين قسمتي كه سيگنال بسيار ضعيف را دريافت مي كند طبقه تقويت كننده اوليه مي باشد . امپدانس كه مقدار آن متناسب با حساسيت تقويت كننده است بستگي به اينكه چه نوع سيگنالي را از نقطه نظر دامنه ، دريافت مي كند متغييراست. ورودي تقويت كننده هاي اوليه معمولاً : هد مغناطيسي ، ميكروفون ، پيكاب هاي مختلف خروجي تيونر راديو ، و غيره ميباشد كه در اينجا ديود

گيرنده نور مادون قرمز است ،كه هر كدام بهره (ولتاژ) مخصوص به خود دارد . هر نوع تصحيح در كيفيت صدا در تقوت كننده صورت مي پذيرد ، كه اين كار توسط مدار هاي صافي صورت مي پذيرد (مانند فيلتر هاي تن كنترل و پالس كنترل ). امكان دارد كه آمپلي فاير اوليه به صورت مخلوط كننده هم عمل كند بدين معني كه تقويت كننده در حين بالا بردن ولتاژ چند سيگنال، با ولتاژ هاي متفاوت يا مساوي را دريافت كرده است ، با يكديگر مخلوط كند و دامنه چند سيگنال دريافتي را بطور

مساوي در خروجي اش ظاهر كند . شكل زيرمدار آمپلي فاير LM386 است كه ما در فرستنده و گيرنده خويش استفاده كرده ايم را نشان مي دهد.
LM386 بگونه اي طراحي شده است كه ولتاژ مصرفي آن پايين است و بوسيله پايه هاي ۱و۸ مي توان گين مدار را نيز كنترل كرد. اگر پايه هاي ۱و۸ باز باشند گين مدار حدود ۲۰ (db26) مي باشد واگر بين پايه هاي ۱و۸ خازن ومقاومت قرار دهيم گين مدار بين ۲۰۰-۲۰ (db46-26) قابل كنترل خواهد بود.

مدارهاي قفل شونده با فاز (PLL)
PLL مداري است كه در آن فركانس و فاز موج خروجي يك نوسانساز مدولاسيون فركانس (يا نوسانسازقابل كنترل با ولتاژ:VCO)از موج ورودي متابعت مي نمايد. شكل زير نمودار بلوكي اين مدار را نشان مي دهد .

سيگنال خطا (u1) موج ورودي(yi)

سيگنال فرمان (u2) موج خروجي (yo)

اصول كار مدار
موج ورودي و موج خروجي VOC ،( ) به يك آشكار ساز فاز
اعمال مي شوند. خروجي اين آشكار ساز تابعي از اختلاف فاز اين دو موج است كه بصورت سيگنال خطا پس از عبور ازيك فيلتر پايين گذر در قسمت فيلتر حلقه به عنوان سيگنال فرمان به ورودي نوسان ساز مدولاسيون فركانس (VCO) داده مي شود به طوري كه فاز موج خروجي نوسان ساز از فازسيگنال ورودي متابعت مي نمايد. براي تشريح بيشتر مدار، با استفاده از روابط رياضي نحوه كار قسمت هاي مختلف در امواج ورودي به اين قسمت ها مورد برسبي قرار مي گيرد .

نحوه كار مدار
را فركانس زاويه اي موج ورودي و را فركانس زاويه اي مركزي VCO مي گيريم. فرض كنيد كه مدار در قسمت ورودي VCO داراي سيگنال فرمان نباشد در اين صورت مدار را اصطلاحاً قفل نشده
مي نامند همچنين فرض كنيد كه اموج ورودي ( ) و خروجي VCO ،

( ) امواج سينوسي باشند و فركانس ثابت بماند و فعلاً تغييري نكند:

(۱)
(۲)

مقادير زاويه ثابت فاز يعني ( ) و ( ) بستگي به انتخاب مبدا زمان دارد. به طور كلي و با يكديگر اختلاف دارند و امواج مربوط به هيچ وجه با يكديگر هماهنگ (سنكرون ) نيستند. چنانچه خروجي آشكار ساز بصورت سينوسي بيان شود، سيگنال خروجي اين آشكار ساز ( ) برابر است با :

(۳)
چون امواج و با يكديگر هماهنگ نيستند، موج خروجي آشكار ساز فاز ( ) يك موج سينوسي با دامنه ماكزيمم و فركانس زاويه اي آن برابر با تفاضل فركانس هاي زاويه اي امواج و است.
حال فرض كنيم حلقه پس خورد مدار را با بستن كليذ S (شكل زير) وصل كنيم در نتيجه سيگنال از طريق مدار به عنوان فرمان به بخش VCO اعمال شود.

موج خروجي موج ورودي

S

از آنجا كه پس خورد مدار منفي است، چنانچه فركانس ورودي در محدوده مناسبي براي مدار باشد، پس از مدتي نوسانات ، مدار به حالت قفل با ورودي در خواهد آمد. هماهنگي موج خروجي را با موج ورودي مي توان به صورت زير بيان كرد.

به عبارت ديگر ،بسته شدن حلقه پس خورد باعث خواهد شد كه زاويه فاز به صورت يك تابع خطي از زمان مانند رابطه (۴) درآيد:

(۴)

همچنين، سيگنال خروجي آشكار ساز فاز و يا به عبارت ديگر ، سيگنال

خطا، به صورت سيگنال dc درآمده وبا فرض اينكه آشكار ساز فاز از نوع سينوسي باشد مقدار آن برابر است با:

(۵)

فيلتر حلقه مورد استفاده در مدار ازنوع پايين گذر است. در نتيجه، سيگنال بصورت dcبدون هيچ گونه مانعي از آن عبور مي كند وبصور سيگنال فرمان در مي آيد:

نوسان ساز vco از نوع نوسان ساز مدولاسيون فركانس به عبارت ديگر، باكنترلولتاژ ورودي است وفركانس زاويه اي لحظه اي آن تابعي خطي از دامنه سيگنال فرمان در اطراف فركانس زاويه اي مركزي نوسانساز است. با توجه به رابطه(۲) مي توان نوشت:

فركانس زاويه اي لحظه اي

از طرف ديگر، فركانس زاويه اي لحظه اي كه توسط vco توليد مي شود تابعي از وسيگنال فرمان است يا:

در نتيجه:

(۶)

در رابطه (۶)، ضريب ثابت و بيانگر حساسيت مدولاسيون نوسانساز vco است. باجايگزيني روابط (۴) و(۵) در رابطه (۶) به دست مي آوريم.

ودر نتيجه :

بنابراين، سيگنال خطاي (خروجي آشكار ساز فاز) را مي توان به صورت زير بيان كرد:

حال مي توان بيان نمود كه در ا صل دو موج و هماهنگ
(سنكرون) نبوده اند. موج با فركانس و فاز وموج بافركانس وفاز مشخص مي شوند ، به طوري كه و كاملا ً مستقل از و هستند. در نتيجه، دراين حالت مدار به صورت خارج از قفل عمل مي كند.
زماني كه مدار در حال كار است موج به صورت سنكرون با موج در آيد ودر اين حالت هر دو موج داراي فركانس زاويه اي مشابه يعني ولي اختلاف فاز – ، كه بوسيله رابطه (۷) مشخص مي شود، هستند.
اختلاف فاز بين دو موج يك خروجي به صورت يك ولتاژ مستقيم در آشكار ساز فاز ايجاد مي كند كه پس از گذشتن از فيلتر به عنوان يك سيگنال فرمان به ورودي مدولاسيون vco داده مي شود. اين مقدار برابر است با:

با توجه به روابط فوق مشخص مي شود كه در حقيقت، به علت سيگنال است كه vco فركانس زاويه اي خود را از مقدار فركانس مركزي خود ( ) تغيير مي دهد و آن را برابر فركانس زاويه اي موج ورودي يعني مي سازد. بنابرين رابطه زير نتيجه مي شود:

چنانچه اختلاف فركانس بين موج ورودي وموج خروجي vco يعني به هنگام قفل نبودن مدار مقداري جزئي باشد، عملا ً فاز دو موج با يكديگر هماهنگ مي شود و همانند زماني كه مدار قفل باشد، فازها مشابه خواهند بود.
مصارف و كاربرد PLL
مدار PLL به صورت گسترده اي در سيستمهاي ارتباطي مدرن، رادارها، اندازه گيري از راه دور، سيستمهاي فرماندهي، كنترل زمان و فركانس وهمچنين سيستمهاي اندازه گيري به كار مي رود. به علت اهميت ويژه اي كه كاربرد PLL كسب نموده است ومصارف گوناگوني كه مخصوصا ًدر امر هماهنگي (سنكرونيزاسيون) ، تعقيب و دنبال نمودن امواج حامل، آشكار سازي همزمان در سيگنال هاي ديجيتال وآنالوگ، ايجاد فركانسهاي مختلف در سيستمهاي گوناگون يافته است، كتب ومقالات فراواني در اين زمينه به چاپ رسيده است.