आरएफ मॉड्यूल

आरएफ मॉड्यूल (आकार संदर्भ के लिए शासक के साथ)

आरएफ मॉड्यूल (रेडियो-आवृत्ति मॉड्यूल का संक्षिप्त रूप) एक (सामान्यतः) छोटा इलेक्ट्रॉनिक उपकरण है जिसका उपयोग दो उपकरणों के बीच रेडियो सिग्नल प्रसारित करने और/या प्राप्त करने के लिए किया जाता है। अंतः स्थापित प्रणाली में किसी अन्य डिवाइस के साथ वायरलेस विधियों से संचार करना अधिकांशतः वांछनीय होता है। यह वायरलेस संचार फ्री-स्पेस ऑप्टिकल संचार या रेडियो-आवृत्ति (आरएफ) संचार के माध्यम से पूरा किया जा सकता है। कई अनुप्रयोगों के लिए, पसंद का माध्यम आरएफ है क्योंकि इसमें दृष्टि की रेखा की आवश्यकता नहीं होती है। आरएफ संचार में ट्रांसमीटर और रिसीवर (रेडियो) सम्मिलित होता है। वे विभिन्न प्रकार और श्रेणियों के होते हैं। कुछ 500 फीट तक संचारित कर सकते हैं। आरएफ मॉड्यूल सामान्यतः आरएफ सीएमओएस तकनीक का उपयोग करके अर्धचालक उपकरण निर्माण होते हैं।

रेडियो परिपथी को डिजाइन करने की कठिनाई के कारण इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन में आरएफ मॉड्यूल का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। रेडियो परिपथ की संवेदनशीलता और विशिष्ट आवृत्ति पर संचालन प्राप्त करने के लिए आवश्यक घटकों और लेआउट की स्पष्टता के कारण अच्छा इलेक्ट्रॉनिक रेडियो डिज़ाइन अत्यधिक जटिल है। इसके अतिरिक्त, विश्वसनीय आरएफ संचार परिपथ को यह सुनिश्चित करने के लिए विनिर्माण प्रक्रिया की सावधानीपूर्वक निगरानी की आवश्यकता होती है कि आरएफ प्रदर्शन पर प्रतिकूल प्रभाव न पड़े। अंत में, रेडियो परिपथ सामान्यतः विकिरणित उत्सर्जन पर सीमा के अधीन होते हैं, और ईटीएसआई या अमेरिकी संघीय संचार आयोग (एफसीसी) जैसे मानकीकरण संगठन द्वारा अनुरूपता परीक्षण और प्रमाणन की आवश्यकता होती है। इन कारणों से, डिज़ाइन इंजीनियर अधिकांशतः ऐसे एप्लिकेशन के लिए परिपथ डिज़ाइन करते हैं जिसके लिए रेडियो संचार की आवश्यकता होती है और फिर अलग डिवाइस डिज़ाइन का प्रयास करने के अतिरिक्त पूर्व-निर्मित रेडियो मॉड्यूल को ड्रॉप करते हैं, जिससे विकास पर समय और धन की बचत होती है।

आरएफ मॉड्यूल का उपयोग अधिकांशतः गेराज दरवाजा खोलने वाले, वायरलेस अलार्म या मॉनिटरिंग सिस्टम, रिमोट कंट्रोल्स, स्मार्ट सेंसर एप्लिकेशन और घर स्वचालन जैसे उपभोक्ता अनुप्रयोगों के लिए मध्यम और कम मात्रा वाले उत्पादों में किया जाता है। इन्हें कभी-कभी पुराने अवरक्त संचार डिज़ाइनों को बदलने के लिए उपयोग किया जाता है क्योंकि उन्हें लाइन-ऑफ़-विज़न ऑपरेशन की आवश्यकता नहीं होने का लाभ होता है।

व्यावसायिक रूप से उपलब्ध आरएफ मॉड्यूल में सामान्यतः कई वाहक आवृत्तियों का उपयोग किया जाता है, जिनमें औद्योगिक, वैज्ञानिक और चिकित्सा (आईएसएम) रेडियो बैंड जैसे 433.92 मेगाहर्ट्ज, 915 मेगाहर्ट्ज और 2400 मेगाहर्ट्ज सम्मिलित हैं। इन आवृत्तियों का उपयोग संचार के लिए रेडियो के उपयोग को नियंत्रित करने वाले राष्ट्रीय और अंतर्राष्ट्रीय नियमों के कारण किया जाता है। कम दूरी के उपकरण बिना लाइसेंस के उपलब्ध आवृत्तियों जैसे 315 मेगाहर्ट्ज और 868 मेगाहर्ट्ज का भी उपयोग कर सकते हैं।

आरएफ मॉड्यूल ज़िग्बी, ब्लूटूथ लो एनर्जी, या वाई-फाई जैसे आरएफ संचार के लिए परिभाषित प्रोटोकॉल का अनुपालन कर सकते हैं, या वे मालिकाना प्रोटोकॉल प्रयुक्त कर सकते हैं।

आरएफ मॉड्यूल के प्रकार

आरएफ मॉड्यूल शब्द को छोटे इलेक्ट्रॉनिक सब असेंबली परिपथ बोर्ड के कई अलग-अलग प्रकारों, आकारों और आकारों पर प्रयुक्त किया जा सकता है। इसे कार्यक्षमता और क्षमता की विशाल विविधता वाले मॉड्यूल पर भी प्रयुक्त किया जा सकता है। आरएफ मॉड्यूल में सामान्यतः मुद्रित परिपथ बोर्ड, ट्रांसमिट या प्राप्त परिपथ, एंटीना (रेडियो), और होस्ट प्रोसेसर से संचार के लिए सीरियल इंटरफ़ेस प्रसारित सम्मिलित होता है।

अधिकांश मानक, प्रसिद्ध प्रकार यहां सम्मिलित हैं:

• ट्रांसमीटर मॉड्यूल
• रिसीवर मॉड्यूल
• ट्रांसीवर मॉड्यूल
• चिप मॉड्यूल पर सिस्टम

ट्रांसमीटर मॉड्यूल

आरएफ ट्रांसमीटर मॉड्यूल छोटा प्रिंटेड परिपथ बोर्ड संयोजन है। पीसीबी उप-असेंबली रेडियो तरंग और मॉडुलन को प्रसारित करने में सक्षम है जो डेटा ले जाने के लिए तरंग है। ट्रांसमीटर मॉड्यूल सामान्यतः माइक्रोनियंत्रक के साथ कार्यान्वित किए जाते हैं जो मॉड्यूल को डेटा प्रदान करेगा जिसे प्रसारित किया जा सकता है। आरएफ ट्रांसमीटर सामान्यतः विनियमन के अधीन होते हैं जो अधिकतम स्वीकार्य ट्रांसमीटर विद्युत् उत्पादन, हार्मोनिक्स और बैंड एज आवश्यकताओं को निर्धारित करते हैं।

रिसीवर मॉड्यूल

एक आरएफ रिसीवर मॉड्यूल मॉड्यूलेटेड आरएफ सिग्नल प्राप्त करता है, और इसे डिमॉड्यूलेशन करता है। आरएफ रिसीवर मॉड्यूल दो प्रकार के होते हैं: सुपरहेटरोडाइन रिसीवर और पुनर्योजी परिपथ सुपररीजेनरेटिव मॉड्यूल सामान्यतः कम लागत और कम विद्युत् वाले डिज़ाइन होते हैं जो वाहक तरंग से मॉड्यूलेटेड डेटा निकालने के लिए एम्पलीफायरों की श्रृंखला का उपयोग करते हैं। सुपररीजेनेरेटिव मॉड्यूल सामान्यतः स्पष्ट नहीं होते क्योंकि उनके संचालन की आवृत्ति तापमान और विद्युत् आपूर्ति वोल्टेज के साथ अधिक भिन्न होती है। सुपरहीटरोडाइन रिसीवर्स को सुपररीजेनरेटिव की तुलना में प्रदर्शन लाभ होता है; वे बड़े वोल्टेज और तापमान रेंज में बढ़ी हुई स्पष्टता और स्थिरता प्रदान करते हैं। यह स्थिरता निश्चित क्रिस्टल डिज़ाइन से आती है जिसका मतलब अतीत में तुलनात्मक रूप से अधिक मूल्यवान उत्पाद होता था। चूँकि, अब रिसीवर चिप डिज़ाइन में प्रगति का मतलब है कि वर्तमान में सुपरहेटरोडाइन और सुपररीजेनरेटिव रिसीवर मॉड्यूल के बीच मूल्य में बहुत कम अंतर है।

ट्रांसीवर मॉड्यूल

एक आरएफ ट्रांसीवर मॉड्यूल में ट्रांसमीटर और रिसीवर दोनों सम्मिलित होते हैं। परिपथ को सामान्यतः आधे-डुप्लेक्स ऑपरेशन के लिए डिज़ाइन किया गया है, चूँकि पूर्ण-डुप्लेक्स मॉड्यूल अतिरिक्त जटिलता के कारण सामान्यतः उच्च लागत पर उपलब्ध हैं।

सिस्टम ऑन ए चिप (एसओसी) मॉड्यूल

एसओसी मॉड्यूल ट्रांसीवर मॉड्यूल के समान होता है, किंतु इसे अधिकांशतः ऑनबोर्ड माइक्रोकंट्रोलर के साथ बनाया जाता है। माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग सामान्यतः रेडियो डेटा पैकेटाइजेशन को संभालने या आईईईई 802.15.4 अनुरूप मॉड्यूल जैसे प्रोटोकॉल को प्रबंधित करने के लिए किया जाता है। इस प्रकार के मॉड्यूल का उपयोग सामान्यतः उन डिज़ाइनों के लिए किया जाता है जिन्हें प्रोटोकॉल के अनुपालन के लिए अतिरिक्त प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है जब डिजाइनर इस प्रसंस्करण को होस्ट माइक्रोकंट्रोलर में सम्मिलित नहीं करना चाहता है।

होस्ट माइक्रोकंट्रोलर इंटरफ़ेस

आरएफ मॉड्यूल सामान्यतः एम्बेडेड सिस्टम, जैसे माइक्रोकंट्रोलर या माइक्रोप्रोसेसर के साथ संचार करते हैं। संचार प्रोटोकॉल में डिजी इंटरनेशनल के एक्स-बी मॉड्यूल में उपयोग किया जाने वाला यूएआरटी, एनारेन के एआईआर मॉड्यूल में उपयोग की जाने वाली सीरियल पेरिफेरल इंटरफ़ेस बस और रोविंग नेटवर्क के मॉड्यूल में उपयोग की जाने वाली यूनिवर्सल सीरियल बस सम्मिलित हैं। यद्यपि मॉड्यूल वायरलेस संचार के लिए मानकीकृत प्रोटोकॉल का उपयोग कर सकता है, माइक्रोकंट्रोलर इंटरफ़ेस पर भेजे गए कमांड सामान्यतः मानकीकृत नहीं होते हैं क्योंकि प्रत्येक विक्रेता का अपना मालिकाना संचार प्रारूप होता है। माइक्रोकंट्रोलर इंटरफ़ेस की गति उपयोग किए गए अंतर्निहित आरएफ प्रोटोकॉल की गति पर निर्भर करती है: वाई-फाई जैसे उच्च गति वाले आरएफ प्रोटोकॉल के लिए यूएसबी जैसे उच्च गति वाले सीरियल इंटरफ़ेस की आवश्यकता होती है, जबकि ब्लूटूथ लो एनर्जी जैसे धीमी डेटा दर वाले प्रोटोकॉल यूएआरटी इंटरफ़ेस का उपयोग किया जा सकता है।

आरएफ सिग्नल मॉड्यूलेशन

आरएफ ट्रांसमीटर और रिसीवर मॉड्यूल में सामान्यतः कई प्रकार की डिजिटल मॉड्यूलेशन विधियां उपयोग की जाती हैं:

• एएसके
• ओओके
• एएसके
• डायरेक्ट-सीक्वेंस स्प्रेड स्पेक्ट्रम
• आवृत्ति-होपिंग स्प्रेड स्पेक्ट्रम।

विस्तृत विवरण, लाभ और हानि ऊपर लिंक किए गए लेखों में सूचीबद्ध हैं।

आरएफ मॉड्यूल प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक

किसी भी अन्य आरएफ डिवाइस की तरह, आरएफ मॉड्यूल का प्रदर्शन कई कारकों पर निर्भर करेगा। उदाहरण के लिए, ट्रांसमीटर शक्ति को बढ़ाकर, बड़ी संचार दूरी प्राप्त की जाएगी। चूँकि, इसके परिणामस्वरूप ट्रांसमीटर डिवाइस पर अधिक विद्युत ऊर्जा की खपत होगी, जिससे बैटरी चालित उपकरणों का परिचालन जीवन कम हो जाएगा। इसके अतिरिक्त, उच्च संचारित शक्ति का उपयोग करने से सिस्टम को अन्य आरएफ उपकरणों के साथ हस्तक्षेप की अधिक संभावना हो जाएगी, और वास्तव में संभवतः क्षेत्राधिकार के आधार पर डिवाइस अवैध हो सकता है। तदनुसार, रिसीवर की संवेदनशीलता बढ़ने से प्रभावी संचार सीमा भी बढ़ेगी, किंतु अन्य आरएफ उपकरणों के हस्तक्षेप के कारण संभावित रूप से खराबी भी हो सकती है।

संचार लिंक के प्रत्येक छोर पर मिलान किए गए एंटेना का उपयोग करके समग्र प्रणाली के प्रदर्शन में सुधार किया जा सकता है, जैसे कि पहले वर्णित है।

अंत में, किसी विशेष प्रणाली की लेबल की गई दूरस्थ दूरी को सामान्यतः बिना किसी हस्तक्षेप के खुली हवा में दृष्टि विन्यास की रेखा में मापा जाता है, किंतु अधिकांशतः रेडियो तरंग संकेतों को अवशोषित करने के लिए दीवारें, फर्श या घने निर्माण जैसी बाधाएं होंगी, इसलिए अधिकांश व्यावहारिक स्थितियों में प्रभावी परिचालन दूरी निर्दिष्ट से कम होती है।

मॉड्यूल भौतिक कनेक्शन

मॉड्यूल भौतिक कनेक्शन: भूमि ग्रिड सरणी, थ्रू-होल, और कैस्टेलेटेड बोर्डलेट (बाएं से दाएं)

आरएफ मॉड्यूल को मुद्रित परिपथ बोर्ड से जोड़ने के लिए विभिन्न विधियों का उपयोग किया जाता है, या तो थ्रू-होल तकनीक या सतह-माउंट तकनीक के साथ। थ्रू-होल तकनीक मॉड्यूल को सोल्डरिंग के बिना डालने या हटाने की अनुमति देती है। सरफेस-माउंट तकनीक मॉड्यूल को अतिरिक्त असेंबली चरण के बिना पीसीबी से जोड़ने की अनुमति देती है। आरएफ मॉड्यूल में उपयोग किए जाने वाले भूतल पर्वत प्रौद्योगिकी में लैंड ग्रिड श्रेणी (एलजीए) और कैस्टेलेटेड पैड सम्मिलित हैं। एलजीए पैकेज छोटे मॉड्यूल आकारों की अनुमति देता है क्योंकि पैड सभी मॉड्यूल के नीचे होते हैं किंतु कनेक्टिविटी को सत्यापित करने के लिए कनेक्शन का एक्स-रे किया जाना चाहिए। कैस्टेलेटेड छेद कनेक्शन के ऑप्टिकल निरीक्षण को सक्षम करते हैं किंतु पैड को समायोजित करने के लिए मॉड्यूल फ़ुटप्रिंट को भौतिक रूप से बड़ा बना देते है।

आरएफ मॉड्यूल में प्रयुक्त वायरलेस प्रोटोकॉल

आरएफ मॉड्यूल, विशेष रूप से एसओसी मॉड्यूल, अधिकांशतः पूर्व-परिभाषित वायरलेस मानक के अनुसार संचार करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, जिनमें सम्मिलित हैं:

• ज़िग्बी
• ब्लूटूथ कम ऊर्जा
• वाईफ़ाई
• आईईईई 802.15.4
• जेड वेव

चूँकि, आरएफ मॉड्यूल भी अधिकांशतः मालिकाना प्रोटोकॉल का उपयोग करके संचार करते हैं, जैसे कि गेराज दरवाजा खोलने वालों में उपयोग किया जाता है।

विशिष्ट अनुप्रयोग

• वाहन मॉनिटरिंग
• रिमोट कंट्रोल
• टेलीमेटरी
• छोटी दूरी का वायरलेस नेटवर्क
• वायरलेस मीटर रीडिंग
• अभिगम नियंत्रण प्रणाली
• सुरक्षा प्रणालियां
• एरिया पेजिंग
• औद्योगिक डेटा अधिग्रहण प्रणाली
• रेडियो टैग रीडिंग
• आरएफ संपर्क रहित स्मार्ट कार्ड
• डेटा टर्मिनल
• वायरलेस अग्नि सुरक्षा प्रणाली
• जैविक संकेत अधिग्रहण
• जलविज्ञान और मौसम संबंधी निगरानी
• रोबोट रिमोट कंट्रोल
• वायरलेस डेटा ट्रांसमिशन
• डिजिटल वीडियो/ऑडियो प्रसारण
• होम ऑटोमेशन, जैसे रिमोट लाइट/स्विच
• औद्योगिक रिमोट कंट्रोल, टेलीमेट्री और रिमोट सेंसिंग
• विभिन्न प्रकार के कम दर वाले डिजिटल सिग्नल के लिए अलार्म सिस्टम और वायरलेस ट्रांसमिशन
• विभिन्न प्रकार के घरेलू उपकरणों और इलेक्ट्रॉनिक्स परियोजनाओं के लिए रिमोट कंट्रोल
• आरएफ वायरलेस नियंत्रण से संबंधित कई अन्य अनुप्रयोग क्षेत्र
• बुजुर्ग लोगों की निगरानी के लिए वेब सर्वर

अंतिम उत्पाद एकीकरण की स्थितियों में आरएफ मॉड्यूल प्रमाणीकरण

एक एकीकृत, आज्ञाकारी आरएफ मॉड्यूल (आजकल अधिकांश IoT उपकरणों की तरह) पर आधारित अंतिम नियामक उत्पाद अनुपालन सामान्य गलतफहमी है। देशों के विनियमन (FCC, CE, ​​की आवश्यक आवश्यकताओं के अनुरूप मॉड्यूल /services/business/permits/federallyregulatedindustrysectors/broadcastingtele communicationsregulation.html ICES, ANATEL आदि) संभवतः ही कभी अंतिम उत्पाद को कवर करता है। चूँकि, इसका मतलब यह नहीं है कि अनुपालन आरएफ मॉड्यूल को एकीकृत करते समय पूर्ण अनुपालन परीक्षण की आवश्यकता होती है। अनुरूप मॉड्यूल को एकीकृत करने के बहुत सारे लाभ हैं।

आरएफ मॉड्यूल आज के उपभोक्ता उत्पाद में आवश्यक है किंतु अंतिम उत्पाद का केवल भाग है। पिछले कुछ वर्षों में रेडियो मॉड्यूल विकसित हुए हैं। ऑनबोर्ड वोल्टेज नियामक, एकीकृत एंटीना सामान्यतः यह सुनिश्चित करने का प्रयास करते हैं कि रेडियो घटनाएँ समान रहें, चाहे उनका होस्ट कुछ भी हो। आईएसओ 17025 मान्यता प्राप्त ईएमसी, आरएफ प्रयोगशाला में अपने उत्पाद का परीक्षण और प्रमाणित करते समय आप अनुपालन के लिए मॉड्यूलर स्तर पर अधिकांश आरएफ स्पेक्ट्रम माप का उल्लेख कर सकते हैं।

अंत में यह अंतिम उत्पाद है जिसे नियमों का अनुपालन करने की आवश्यकता है। स्वास्थ्य, सुरक्षा, विकिरण की संवेदनशीलता जैसे पक्षो को मॉड्यूलर स्तर पर कवर नहीं किया जा सकता है।

बाहरी संबंध

• F. Egan, William (2003). Practical RF System Design. Wiley-IEEE Press. ISBN 978-0-471-20023-9.
• Fairall, John (2002). An Introduction to low power radio. RF Solutions Ltd. ISBN 978-0-9537231-0-2.