Hoe om 'n AM-golfvorm te demoduleer

Radiofrekwensie-demodulasie
Lees meer oor twee stroombane wat die oorspronklike inligting uit 'n amplitude-gemoduleerde draarsignaal kan onttrek.

Op hierdie punt weet ons dat modulasie verwys na die opsetlike modifisering van 'n sinusvorming sodat dit laer frekwensie-inligting vanaf 'n sender na 'n ontvanger kan dra. Ons het ook baie besonderhede behandel wat verband hou met die verskillende metodes - amplitude, frekwensie, fase, analoog, digitaal - van koderingsinligting in 'n draagolf.

Daar is egter geen rede om data in 'n gestuurde sein te integreer as ons nie die data uit die ontvangde sein kan onttrek nie, en daarom moet ons demodulasie bestudeer. 

Demodulasie-stroombane wissel van iets so eenvoudig soos 'n gemodifiseerde piekdetektor tot iets so ingewikkeld soos samehangende kwadratuur-omskakeling gekombineer met gesofistikeerde dekoderingsalgoritmes uitgevoer deur 'n digitale seinverwerker.

Die skep van die sein
Ons sal LTspice gebruik om tegnieke vir die demodulering van 'n AM-golfvorm te bestudeer. Maar voordat ons demoduleer, het ons iets nodig wat gemoduleer is.

Op die AM-modulasie-bladsy het ons gesien dat vier dinge nodig is om 'n AM-golfvorm te genereer. Eerstens het ons 'n golfbandvorm en 'n golfvorm nodig. Dan benodig ons 'n stroombaan wat 'n toepaslike GS-offset by die basisbandsein kan voeg. 

Uiteindelik het ons 'n vermenigvuldiger nodig, aangesien die wiskundige verwantskap wat ooreenstem met amplitude-modulasie die verskuifde basisbandsein met die draer vermenigvuldig.

Die volgende LTspice-kring sal 'n AM-golfvorm genereer.

* V1 is 'n sinusgolfspanningsbron van 1 MHz wat die oorspronklike basisbandsein lewer.

* V3 lewer 'n 100 MHz sinusgolf vir die draer.

* Die op-amp-stroombaan is 'n vlakversteller (dit verminder ook die inset amplitude met die helfte). Die sein vanaf V1 is 'n sinusgolf wat van –1 V tot +1 V swaai, en die uitset van die op-amp is 'n sinusgolf wat van 0 V tot +1 V swaai.

* B1 is 'n “arbitrêre gedragspanningsbron.” Die 'waarde'-veld is 'n formule eerder as 'n konstante; in hierdie geval is die formule die verskuifde basisbandsein vermenigvuldig met die draagolfvorm. Op hierdie manier kan B1 gebruik word om amplitude-modulasie uit te voer.

Hier is die verskuifde basisbandsein:

En hier kan u sien hoe die AM-variasies ooreenstem met die basisbandsein (dit wil sê, die oranje spoor wat meestal deur die blou golfvorm verduister word):

Demodulasie

Soos bespreek op die AM-modulasie-bladsy, het die vermenigvuldigingsbewerking wat gebruik word om amplitude-modulasie uit te voer die effek van die oordrag van die basisbandspektrum na 'n band rondom die positiewe draerfrekwensie (+ fC) en die negatiewe draerfrekwensie (–fC). 

Ons kan dus aan amplitude-modulasie dink as die oorspronklike spektrum opwaarts skuif deur fC en afwaarts deur fC. Dit volg dus dat die vermenigvuldiging van die gemoduleerde sein met die draerfrekwensie die spektrum na die oorspronklike posisie sal terugplaas - dit wil sê, dit sal die spektrum afwaarts skuif deur fC, sodat dit weer rondom 0 Hz gesentreer is.

Opsie 1: Vermenigvuldiging en filter
Die volgende LTspice-skema bevat 'n demodulerende arbitrêre gedragspanningsbron; B2 vermenigvuldig die AM-sein met die draer.

 

En hier is die resultaat:

Dit lyk beslis nie korrek nie. As ons inzoom, sien ons die volgende:

En dit onthul die probleem. Na amplitude-modulasie is die basisbandspektrum rondom + fC gesentreer. Vermenigvuldiging van die AM-golfvorm met die draer verskuif die basisbandspektrum tot 0 Hz, maar dit skuif dit ook tot 2fC (in hierdie geval 200 MHz), omdat (soos hierbo aangedui) vermenigvuldiging die bestaande spektrum opwaarts beweeg deur fC en af ​​met fC .

Dit is dus duidelik dat vermenigvuldiging alleen nie voldoende is vir behoorlike demodulasie nie. Wat ons nodig het, is vermenigvuldiging en 'n laagdeurlaatfilter; die filter onderdruk die spektrum wat na 2fC verskuif is. Die volgende skema bevat 'n RC-laagdeurlaatfilter met 'n afsnyfrekwensie van ~ 1.5 MHz.

En hier is die gedemoduleerde sein:

Hierdie tegniek is eintlik meer ingewikkeld as wat dit blyk omdat die fase van die ontvanger se draerfrekwensie-golfvorm met die fase van die sender se draer gesinkroniseer moet word. Dit word verder bespreek op bladsy 5 van hierdie hoofstuk (Understanding Quadrature Demodulation).

Opsie 2: Piekdetektor

Soos u hierbo kan sien in die diagram wat die AM-golfvorm (in blou) en die verskuifde basisbandgolfvorm (in oranje) vertoon, stem die positiewe gedeelte van die AM-"koevert" ooreen met die basisbandsein. 

Die term “koevert” verwys na die draer se variasies in sinusvormige amplitude (in teenstelling met die variasies in die oombliklike waarde van die golfvorm self). As ons die positiewe gedeelte van die AM-koevert op een of ander manier kon onttrek, kan ons die basisbandsein weergee sonder om 'n vermenigvuldiger te gebruik.

Dit blyk dat dit maklik is om die positiewe koevert in 'n normale sein te omskep. Ons begin met 'n piekdetektor, wat net 'n diode is, gevolg deur 'n kapasitor. 

Die diode gelei wanneer die insetsein ten minste ~ 0.7 V bo die spanning op die kapasitor is, en anders werk dit soos 'n oop stroombaan. Die kondensator handhaaf dus die piekspanning: as die huidige insetspanning laer is as die kondensatorspanning, neem die kondensatorspanning nie af nie omdat die diode wat omgekeer is, die ontlading voorkom.

Ons wil egter nie 'n piekdetektor hê wat die piekspanning vir 'n lang tyd sal behou nie. In plaas daarvan wil ons 'n kring hê wat die piek behou relatief tot die hoëfrekwensie-variasies van die draergolfvorm, maar die piek nie behou in verhouding tot die laer-frekwensie-variasies van die koevert nie. Met ander woorde, ons wil 'n piekdetektor hê wat die piek slegs vir 'n kort tydjie hou. 

Dit word bewerkstellig deur parallelle weerstand by te voeg wat die kapasitor laat ontlaai. (Hierdie tipe stroombaan word 'n 'lekkende piekdetektor' genoem, waar 'lekkende' verwys na die ontladingsbaan wat deur die weerstand voorsien word.) Die weerstand word so gekies dat die afvoer stadig genoeg is om die draerfrekwensie uit te glad en vinnig genoeg om maak nie die koevertfrekwensie glad nie.

Hier is 'n voorbeeld van 'n lekkende piekdetektor vir AM-demodulasie:

Let daarop dat ek die AM-sein met 'n faktor van vyf versterk het om die piekdetektor se insetsein groter te maak in verhouding tot die voorspanning van die diode. Die volgende plot dra die algemene resultaat oor wat ons probeer bereik met die lekkende piekdetektor.

Die finale sein vertoon die verwagte lading / ontladingskenmerk:




'N Laagdeurlaatfilter kan gebruik word om hierdie variasies glad te maak.

Opsomming

* In LTspice kan 'n arbitrêre gedragspanningsbron gebruik word om 'n AM-golfvorm te skep.

* AM-golfvorms kan gedemoduleer word met behulp van 'n vermenigvuldiger gevolg deur 'n laagdeurlaatfilter.

* 'N Eenvoudiger (en laer koste) benadering is om 'n lekkende piekdetektor te gebruik, dit wil sê 'n piekdetektor met parallelle weerstand wat die kondensator toelaat om teen 'n gepaste tempo te ontlaai.

Los 'n boodskap 

boodskap Lys