Kako demoduliramo AM-valno obliko

Demodulacija radijske frekvence
Spoznajte dva vezja, ki lahko izvlečeta izvirne informacije iz signala nosilca z amplitudno modulacijo.

V tem trenutku vemo, da se modulacija nanaša na namerno spreminjanje sinusoida, tako da lahko prenaša informacije o nižjih frekvencah od oddajnika do sprejemnika. Zajeli smo tudi številne podrobnosti, povezane z različnimi metodami - amplitudo, frekvenco, fazo, analogno, digitalno - kodiranja informacij v nosilnem valu.

Toda ni razloga, da podatke vključimo v oddani signal, če teh podatkov ne moremo izvleči iz sprejetega signala, zato moramo preučiti demodulacijo. 

Demodulacijska vezja segajo od nekaj tako preprostega kot spremenjen vršni detektor do nekaj tako zapletenega, kot je koherentna kvadratura pretvorbe v kombinaciji s prefinjenimi algoritmi dekodiranja, ki jih izvaja digitalni signalni procesor.

Ustvarjanje signala
Uporabili bomo LTspice za preučevanje tehnik za demodulacijo AM-valnega oblika. Toda preden demoduliramo potrebujemo nekaj, kar je modulirano.

Na strani z modulacijo AM smo videli, da so za ustvarjanje AM valovne oblike potrebne štiri stvari. Najprej potrebujemo valovno obliko osnovnega pasu in nosilno valovno obliko. Potem potrebujemo vezje, ki lahko doda signal ustreznega odmika DC v osnovni signal. 

In končno, potrebujemo množitelj, saj matematični odnos, ki ustreza amplitudni modulaciji, pomnoži pomaknjeni signal osnovnega pasu z nosilcem.

Naslednje vezje LTspice bo ustvarilo AM-valno obliko.

* V1 je vir sinusne napetosti 1 MHz, ki zagotavlja izvirni signal osnovnega pasu.

* V3 proizvaja 100 MHz sinusni val za nosilca.

* Vezje op-amp je premik nivoja (zmanjša tudi vhodno amplitudo za polovico). Signal, ki prihaja iz V1, je sinusni val, ki niha od –1 V do +1 V, izhod pospeševalnika pa je sinusni val, ki niha od 0 V do +1 V.

* B1 je "poljuben vir vedenjske napetosti." Njegovo "vrednost" polje je formula in ne konstanta; v tem primeru je formula pomaknjen osnovni pas, pomnožen z nosilno valovno obliko. Na ta način se B1 lahko uporablja za izvajanje amplitudne modulacije.

Tu je prestavljeni signal osnovnega pasu:

Tukaj lahko vidite, kako različice AM ustrezajo signalu osnovnega pasu (tj. Oranžni sled, ki ga večinoma zakriva modra valovna oblika):

demodulacija

Kot je razloženo na strani z AM modulacijo, ima operacija množenja, ki se uporablja za izvajanje amplitudne modulacije, učinek prenosa spektra baznega pasu v pas, ki obdaja pozitivno nosilno frekvenco (+ fC) in negativno nosilno frekvenco (–fC). 

Tako lahko mislimo, da je amplitudna modulacija premik prvotnega spektra navzgor po fC in navzdol po fC. Iz tega sledi, da bo pomnoževanje moduliranega signala z nosilno frekvenco spekter vrnilo v prvotni položaj - tj. Spekter bo premaknil navzdol za fC, tako da je spet osredotočen na okoli 0 Hz.

Možnost 1: množenje in filtriranje
Naslednja shema LTspice vključuje demodulacijski poljubni vir vedenjske napetosti; B2 pomnoži signal AM s strani nosilca.

 

In tu je rezultat:

To vsekakor ne izgleda pravilno. Če povečavamo, vidimo naslednje:

In to odkriva težavo. Po amplitudni modulaciji se spekter baznega pasu usmeri okoli + fC. Če pomnožimo AM-valno obliko z nosilcem, spekter osnovnega pasu pomaknemo na 0 Hz, vendar ga premaknemo tudi na 2fC (v tem primeru 200 MHz), ker (kot je navedeno zgoraj) množenje premakne obstoječi spekter navzgor po fC in navzdol po fC .

Jasno je torej, da samo množenje ne zadostuje za pravilno demodulacijo. Potrebujemo le množenje in nizkoprepustni filter; filter duši spekter, ki je bil premaknjen na 2fC. Naslednja shema vključuje RC nizkoprepustni filter z izklopno frekvenco ~ 1.5 MHz.

In tu je demoduliran signal:

Ta tehnika je pravzaprav bolj zapletena, kot se zdi, ker mora biti faza nosilnega frekvenčnega signala sprejemnika sinhronizirana s fazo nosilca oddajnika. To je obravnavano v nadaljevanju na strani 5 tega poglavja (Razumevanje kvadraturske demontaže).

Možnost 2: Vrhunski detektor

Kot lahko vidite zgoraj na sliki, ki prikazuje AM valovno obliko (v modri barvi) in pomaknjeno valovno obliko pasu (oranžno), se pozitivni del AM ovojnice ujema z osnovnim signalom. 

Izraz "ovojnica" se nanaša na spremembe nosilca sinusne amplitude (v nasprotju s spremembami trenutne vrednosti samega valovanja). Če bi lahko nekako izluščili pozitiven del AM ovojnice, bi lahko reproducirali signal pasu brez uporabe množitelja.

Izkaže se, da je povsem enostavno pretvoriti pozitivno ovojnico v običajen signal. Začnemo z vrhovnim detektorjem, ki je samo dioda, ki ji sledi kondenzator. 

Dioda vodi, kadar je vhodni signal vsaj ~ 0.7 V nad napetostjo na kondenzatorju, sicer pa deluje kot odprto vezje. Tako kondenzator vzdržuje vršno napetost: če je trenutna vhodna napetost nižja od napetosti kondenzatorja, se napetost kondenzatorja ne zmanjša, ker obratno pristranska dioda prepreči praznjenje.

Vendar ne želimo, da se vrhunski detektor zadrži vršno napetost dlje časa. Namesto tega želimo vezje, ki ohranja vrh v primerjavi z visokofrekvenčnimi spremembami nosilne valovne oblike, vendar ne ohrani vrha glede na nižje frekvenčne spremembe ovojnice. Z drugimi besedami, želimo vršni detektor, ki drži vrh le kratek čas. 

To dosežemo tako, da dodamo vzporedni upor, ki omogoča, da se kondenzator izprazni. (Ta vrsta vezja se imenuje "puščajoči vršni detektor", pri čemer se "pušča" nanaša na izpustno pot, ki jo zagotavlja upor.) Upor je izbran tako, da je praznjenje dovolj počasno, da izravnava nosilno frekvenco in dovolj hitro, da ne zgladi frekvence ovojnic.

Tu je primer detektorja puhastega vrha za demodulacijo AM:

Upoštevajte, da sem AM signal ojačal za faktor pet, da povečam vhodni signal detektorja glede na sprednjo napetost diode. Naslednji načrt prikazuje splošni rezultat, ki ga poskušamo doseči z detektorjem puščajočih vrhov.

Končni signal kaže značilnost pričakovanega polnjenja / praznjenja:




Za izravnavo teh sprememb bi lahko uporabili nizkoprepustni filter.

Povzetek

* V LTspice lahko poljuben vedenjski vir napetosti uporabite za oblikovanje AM-valne oblike.

* AM valovne oblike lahko demoduliramo s pomočjo množitelja, ki mu sledi nizkoprepustni filter.

* Enostavnejši (in cenovno ugodnejši) pristop je uporaba puščajočega se detektorja vrhov, tj vršnega detektorja z vzporednim uporom, ki omogoča, da se kondenzator izprazni z ustrezno hitrostjo.

Pustite sporočilo 

Seznam sporočilo