Jak demodulovat AM Waveform

Radiofrekvenční demodulace
Dozvíte se o dvou obvodech, které mohou extrahovat původní informace z amplitudově modulovaného nosného signálu.

V tomto okamžiku víme, že modulace označuje úmyslnou modifikaci sinusoidu tak, že může přenášet informace o nízké frekvenci z vysílače do přijímače. Pokryli jsme také mnoho podrobností souvisejících s různými metodami - amplituda, frekvence, fáze, analog, digitální - kódování informací v nosné vlně.

Není však důvod integrovat data do vysílaného signálu, pokud nemůžeme extrahovat data z přijatého signálu, a proto musíme studovat demodulaci. 

Demodulační obvody sahají od něčeho tak jednoduchého jako modifikovaný detektor špičky po něco tak složitého jako koherentní kvadraturní downkonverze kombinovaná se sofistikovanými dekódovacími algoritmy prováděnými digitálním signálovým procesorem.

Vytvoření signálu
LTspice použijeme ke studiu technik pro demodulaci tvaru vlny AM. Než však demodulujeme, potřebujeme něco, co je modulované.

Na stránce modulace AM jsme viděli, že pro vygenerování tvaru vlny AM jsou potřeba čtyři věci. Nejprve potřebujeme křivku základního pásma a křivku nosného. Pak potřebujeme obvod, který může přidat vhodný DC offset k signálu v základním pásmu. 

A konečně potřebujeme multiplikátor, protože matematický vztah odpovídající amplitudové modulaci znásobuje posunutý signál v základním pásmu nosnou.

Následující obvod LTspice bude generovat průběh AM.

* V1 je zdroj sínusového napětí 1 MHz, který poskytuje původní signál v základním pásmu.

* V3 produkuje sinusovou vlnu 100 MHz pro nosnou.

* Op-amp obvod je hladinový posunovač (také snižuje vstupní amplitudu o polovinu). Signál přicházející z V1 je sinusová vlna, která se otáčí od –1 V do +1 V, a výstup op-amp je sinusová vlna, která se otáčí od 0 V do +1 V.

* B1 je „libovolný zdroj napětí v chování“. Jeho „hodnotové“ pole je spíše vzorcem než konstantou; v tomto případě je vzorec posunutý signál v základním pásmu vynásobený nosnou vlnovou křivkou. Tímto způsobem může být B1 použit k provádění amplitudové modulace.

Zde je posunutý signál v základním pásmu:

A zde vidíte, jak variace AM odpovídají signálu v základním pásmu (tj. Oranžová stopa, která je většinou zakryta modrým průběhem):

Demodulace

Jak je diskutováno na stránce AM modulace, má multiplikační operace použitá k provedení amplitudové modulace účinek přenosu spektra základního pásma do pásma obklopujícího kladnou nosnou frekvenci (+ fC) a zápornou nosnou frekvenci (-fC). 

Můžeme tedy uvažovat o amplitudové modulaci jako posunu původního spektra vzhůru o fC a dolů o fC. Z toho tedy vyplývá, že vynásobením modulovaného signálu nosnou frekvencí se spektrum převede zpět do jeho původní polohy - tj. Posune spektrum směrem dolů o fC tak, že je opět vystředěno kolem 0 Hz.

Možnost 1: Násobení a filtrování
Následující schéma LTspice zahrnuje demodulační libovolný zdroj behaviorálního napětí; B2 vynásobí signál AM nosnou.

 

A tady je výsledek:

To rozhodně nevypadá správně. Pokud se přiblížíme, uvidíme následující:

A to odhaluje problém. Po amplitudové modulaci je spektrum základního pásma soustředěno kolem + fC. Násobení vlnové křivky AM nosičem posune spektrum základního pásma dolů na 0 Hz, ale také jej posouvá až na 2fC (v tomto případě 200 MHz), protože (jak je uvedeno výše) násobení posune stávající spektrum nahoru o fC a dolů o fC .

Je tedy zřejmé, že množení samo o sobě nestačí k řádné demodulaci. Potřebujeme multiplikaci a dolní propust; filtr potlačí spektrum, které bylo posunuto až na 2fC. Následující schéma obsahuje RC dolní propust s mezní frekvencí ~ 1.5 MHz.

A tady je demodulovaný signál:

Tato technika je ve skutečnosti komplikovanější, než se zdá, protože fáze vlnové křivky nosné frekvence přijímače musí být synchronizována s fází nosné vlny vysílače. Toto je podrobněji popsáno na straně 5 této kapitoly (Porozumění kvadraturní demodulaci).

Možnost 2: Špičkový detektor

Jak můžete vidět výše v grafu, který ukazuje průběh AM (v modré barvě) a posunutý průběh v základním pásmu (v oranžové barvě), kladná část „obálky“ AM odpovídá signálu v základním pásmu. 

Pojem „obálka“ označuje změny nosiče v sinusové amplitudě (na rozdíl od změn okamžité hodnoty samotného tvaru vlny). Pokud bychom mohli nějak extrahovat pozitivní část obálky AM, mohli bychom reprodukovat signál v základním pásmu bez použití multiplikátoru.

Ukázalo se, že je docela snadné převést pozitivní obálku na normální signál. Začneme špičkovým detektorem, což je jen dioda následovaná kondenzátorem. 

Dioda vede, když je vstupní signál alespoň ~ 0.7 V nad napětím na kondenzátoru a jinak funguje jako otevřený obvod. Kondenzátor tedy udržuje špičkové napětí: pokud je aktuální vstupní napětí nižší než napětí kondenzátoru, napětí kondenzátoru se nesnižuje, protože reverzní zkreslená dioda zabraňuje vybití.

Nechceme však špičkový detektor, který bude udržovat špičkové napětí po dlouhou dobu. Místo toho chceme obvod, který si zachovává pík vzhledem k vysokofrekvenčním variacím tvaru vlny nosiče, ale nezachovává pík vzhledem k nízkofrekvenčním variacím obálky. Jinými slovy, chceme detektor špičky, který drží pík pouze na krátkou dobu. 

Toho dosáhneme přidáním paralelního odporu, který umožňuje vybití kondenzátoru. (Tento typ obvodu se nazývá „detektor netěsných špiček“, kde „netěsný“ označuje vybíjecí cestu poskytovanou rezistorem.) Odpor je vybrán tak, aby byl výboj dostatečně pomalý, aby vyhladil nosnou frekvenci a dostatečně rychlý na to, aby nevyhlazujte frekvenci obálky.

Zde je příklad netěsného detektoru špiček pro AM demodulaci:

Všimněte si, že jsem zesílil signál AM pětkrát, aby se vstupní signál detektoru špičky zvýšil vzhledem k dopřednému napětí diody. Následující graf ukazuje obecný výsledek, kterého se snažíme dosáhnout pomocí detektoru netěsných špiček.

Konečný signál vykazuje očekávanou charakteristiku náboje / vybití:




K vyhlazení těchto variací lze použít dolní propust.

Shrnutí

* V LTspice lze použít libovolný zdroj napětí pro chování k vytvoření tvaru vlny AM.

* AM křivky lze demodulovat pomocí multiplikátoru následovaného dolnoprůchodovým filtrem.

* Jednodušší (a levnější) přístup je použití netěsného detektoru špičky, tj. Detektoru špičky s paralelním odporem, který umožňuje kondenzátoru vybít se odpovídající rychlostí.

Zanechat vzkaz 

Seznam zpráv