Як демодулювати форму хвилі AM

Радіочастотна демодуляція
Дізнайтеся про два схеми, які можуть отримати вихідну інформацію з сигналу несучої, модульованого амплітудою.

На даний момент ми знаємо, що модуляція стосується навмисної модифікації синусоїди, щоб вона могла переносити інформацію низької частоти від передавача до приймача. Ми також висвітлювали багато деталей, пов'язаних з різними методами - амплітудою, частотою, фазовим, аналоговим, цифровим - кодуванням інформації в несучій хвилі.

Але немає причини інтегрувати дані в переданий сигнал, якщо ми не можемо витягти ці дані з прийнятого сигналу, і саме тому нам потрібно вивчити демодуляцію. 

Схема демодуляції варіюється від чогось простого, як модифікований піковий детектор, до чогось такого ж складного, як когерентна квадратурна конверсія в поєднанні зі складними алгоритмами декодування, що виконуються цифровим процесором сигналу.

Створення сигналу
Ми будемо використовувати LTspice для вивчення методів демодуляції форми хвилі AM. Але перш ніж ми демодулюємо, нам потрібно щось модульоване.

На сторінці модуляції AM ми побачили, що для створення форми хвилі AM потрібно чотири речі. По-перше, нам потрібна форма сигналу основної смуги та хвиля несучої. Тоді нам потрібна схема, яка може додати відповідне зміщення постійного струму до сигналу базової смуги. 

І нарешті, нам потрібен множник, оскільки математичне співвідношення, що відповідає амплітудній модуляції, це множення зміщеного сигналу базової смуги на носія.

Наступна схема LTspice генерує форму хвилі AM.

* V1 - це синусоїдальне джерело напруги 1 МГц, яке забезпечує вихідний сигнал базової смуги.

* V3 виробляє синусоїду хвилі 100 МГц для носія.

* Схема підсилювача - це зміщувач рівня (вона також зменшує амплітуду входу вдвічі). Сигнал, що надходить від V1, - синусоїда, яка коливається від –1 В до +1 В, а вихідний підсилювач - синусоїда, яка коливається від 0 В до +1 В.

* B1 - "довільне джерело поведінкової напруги". Поле «значення» - це формула, а не константа; у цьому випадку формула - це зміщений сигнал базової смуги, помножений на форму хвилі несучої. Таким чином B1 можна використовувати для виконання амплітудної модуляції.

Ось зміщений сигнал базової смуги:

І тут ви можете побачити, як зміни AM відповідають сигналу базової смуги (тобто помаранчевому сліду, який переважно затьмарений блакитною формою хвилі):

Демодуляція

Як обговорюється на сторінці модуляції АМ, операція множення, яка використовується для амплітудної модуляції, призводить до перенесення спектра базової смуги в смугу, що оточує позитивну несучу частоту (+ fC) і негативну несучу частоту (–fC). 

Таким чином, ми можемо вважати амплітудну модуляцію як зміщення вихідного спектру вгору на fC і вниз на fC. З цього випливає, що множення модульованого сигналу на несучу частоту перенесе спектр назад у вихідне положення - тобто, він змістить спектр вниз на fC таким чином, щоб він знову був зосереджений навколо 0 Гц.

Варіант 1: Множення та фільтрування
Наступна схема LTspice включає демодулююче довільне джерело напруги поведінки; B2 помножує сигнал AM на носій.

 

І ось результат:

Це точно не виглядає правильно. Якщо ми збільшуємо масштаб, ми бачимо наступне:

І це виявляє проблему. Після амплітудної модуляції спектр базової смуги зосереджується навколо + fC. Помноження сигналу AM на носій зміщує спектр основної смуги вниз до 0 Гц, але він також зміщує його до 2fC (у цьому випадку 200 МГц), оскільки (як зазначено вище) множення переміщує існуючий спектр вгору на fC і вниз на fC .

Тоді зрозуміло, що одне розмноження недостатньо для правильної демодуляції. Потрібно множення та фільтр низьких частот; фільтр пригнічує спектр, зміщений до 2fC. Наступна схема включає RC низькочастотний фільтр із частотою обрізання ~ 1.5 МГц.

І ось демодульований сигнал:

Ця методика насправді є більш складною, ніж представляється, оскільки фаза сигналу несучої частоти приймача повинна бути синхронізована з фазою несучої передавача. Про це йдеться далі на сторінці 5 цієї глави (Розуміння квадратурної демодуляції).

Варіант 2: Піковий детектор

Як ви бачите вище на графіку, що показує форму хвилі AM (синім кольором) та зміщенну форму хвилі основної смуги (помаранчевим кольором), позитивна частина AM конвертики відповідає рівню сигналу базової смуги. 

Термін "огинаюча" позначає зміни носія в синусоїдальній амплітуді (на відміну від варіантів миттєвого значення самої форми хвилі). Якби ми могли якось дістати позитивну частину конверти AM, ми могли б відтворити сигнал базової смуги без використання множника.

Виявляється, перетворити позитивну оболонку в звичайний сигнал досить просто. Ми починаємо з пікового детектора, який є просто діодом, за яким йде конденсатор. 

Діод проводить, коли вхідний сигнал на напругу на конденсаторі знаходиться на щонайменше на 0.7 В, інакше він діє як розімкнутий контур. Таким чином, конденсатор підтримує пікову напругу: якщо напруга входу струму нижче напруги конденсатора, напруга конденсатора не зменшується, оскільки діод зворотного зміщення перешкоджає розряду.

Однак ми не хочемо пікового детектора, який буде зберігати пікову напругу протягом тривалого періоду часу. Натомість ми хочемо схему, яка зберігає пік відносно високочастотних варіацій форми несучої хвилі, але не зберігає пік щодо варіацій нижньої частоти оболонки. Іншими словами, ми хочемо пікового детектора, який тримає пік лише на короткий проміжок часу. 

Ми досягаємо цього, додаючи паралельний опір, що дозволяє конденсатору розряджатися. (Цей тип ланцюга називається "випромінювальним піком", де "протікає" відноситься до шляху розряду, що забезпечується резистором.) Опір вибирається таким, щоб розряд був досить повільним, щоб згладити несучу частоту і досить швидкий, щоб не згладжувати частоту конверта.

Ось приклад детектора протікаючих піків для демодуляції AM:

Зауважте, що я посилив сигнал AM в п’ять разів, щоб збільшити вхідний сигнал детектора піку щодо напруги переднього діода. Наступний сюжет передає загальний результат, який ми намагаємося досягти за допомогою детектора непрохідних піків.

Кінцевий сигнал демонструє очікувану характеристику заряду / розряду:




Низький прохідний фільтр може використовуватися для згладження цих варіацій.

Підсумки

* У LTspice довільне поведінкове джерело напруги може бути використане для створення сигналу AM.

* Форми хвиль AM можна демодулювати за допомогою множника з подальшим низькочастотним фільтром.

* Більш простий (і дешевший) підхід полягає у використанні негерметичного пікового детектора, тобто пікового детектора з паралельним опором, який дозволяє конденсатору розряджатися з відповідною швидкістю.

Залишити повідомлення 

список повідомлень