Hoe om 'n FM-golfvorm te demoduleer

Radiofrekwensie-demodulasie
Lees meer oor twee tegnieke om die basisbandsein van 'n frekwensie-gemoduleerde draer te herwin.

Frekwensiemodulasie bied verbeterde prestasie bo amplitude-modulasie, maar dit is ietwat moeiliker om die oorspronklike inligting uit 'n FM-golfvorm te onttrek. Daar is 'n paar verskillende maniere om FM te demoduleer; op hierdie bladsy bespreek ons ​​twee. Een daarvan is eenvoudig, en die ander meer ingewikkeld.

Die skep van die sein
Soos in Hoe om 'n AM Waveform te demoduleer, gebruik ons ​​LTspice om FM-demodulasie te ondersoek, en weereens moet ons eers frekwensiemodulasie uitvoer sodat ons iets het om te demoduleer. 

As u terugkyk op die bladsy oor analoge frekwensiemodulasie, sal u sien dat die wiskundige verwantskap minder eenvoudig is as dié van amplitude-modulasie. 

Met AM het ons eenvoudig 'n offset bygevoeg en dan gewone vermenigvuldiging uitgevoer. Met FM moet ons voortdurend wisselende waardes toevoeg tot die hoeveelheid binne 'n sinus (of kosinus) -funksie, en verder is hierdie kontinue wisselende waardes nie die basisbandsein nie, maar eerder die integrale deel van die basisbandsein.

Gevolglik kan ons nie 'n FM-golfvorm genereer deur gebruik te maak van 'n arbitrêre gedragsspanningsbron en 'n eenvoudige wiskundige verwantskap soos met AM nie. Dit blyk egter dat dit eintlik makliker is om 'n FM-sein te genereer. Ons gebruik eenvoudig die SFFM-opsie vir 'n normale spanningsbron:

Die volgende “kring” is al wat ons nodig het om 'n FM-golfvorm te skep wat bestaan ​​uit 'n draer van 10 MHz en 'n sinusvormige basisbandsein van 1 MHz:




Let daarop dat die modulasie-indeks vyf is; 'n hoër modulasie-indeks maak dit makliker om die frekwensievariasies te sien. Die volgende plot toon die golfvorm wat deur die SFFM-spanningsbron geskep is.

Demodulasie: die High Pass-filter
Die eerste demodulasietegniek waarna ons sal kyk, begin met 'n hoëdeurlaatfilter. Ons neem aan dat ons met smalband FM te doen het. Ons moet die hoogdeurlaatfilter so ontwerp dat die verswakking aansienlik sal wissel binne 'n frekwensieband waarvan die breedte twee keer die bandwydte van die basisbandsein is. Laat ons hierdie konsep deeglik verken.

Die ontvangde FM-sein het 'n spektrum wat rondom die draerfrekwensie gesentreer is. Die breedte van die spektrum is ongeveer gelyk aan twee keer die bandbreedte van die basisbandsein; die faktor van twee is die resultaat van die verskuiwing van die positiewe en negatiewe basisbandfrekwensies, en dit is "ongeveer" gelyk omdat die integrasie wat op die basisbandsein toegepas word, die vorm van die gemoduleerde spektrum kan beïnvloed. 

Dus is die laagste frekwensie in die gemoduleerde sein ongeveer gelyk aan die draerfrekwensie minus die hoogste frekwensie in die basisbandsein, en die hoogste frekwensie in die gemoduleerde sein is ongeveer gelyk aan die draerfrekwensie plus die hoogste frekwensie in die basisbandsein.

Ons hoëdeurlaatfilter moet 'n frekwensierespons hê wat veroorsaak dat die laagste frekwensie in die gemoduleerde sein aansienlik verswak word as die hoogste frekwensie in die gemoduleerde sein. As ons hierdie filter op 'n FM-golfvorm toepas, wat sal die resultaat wees? Dit sal so wees:

Hierdie plot vertoon sowel die oorspronklike FM-golfvorm as die hoë-deursyfergolfvorm vir vergelyking. Die volgende plot wys net die gefilterde golfvorm, sodat u dit duideliker kan sien.

Deur die filter toe te pas, het ons frekwensiemodulasie omgeskakel in amplitude-modulasie. Dit is 'n maklike benadering tot FM-demodulasie, want dit stel ons in staat om voordeel te trek uit die omhulsel-detector-stroombane wat ontwikkel is vir gebruik met amplitude-modulasie. Die filter wat gebruik word om hierdie golfvorm te vervaardig, was niks meer as 'n RC-hoë deurgang met 'n afsnyfrekwensie ongeveer gelyk aan die draerfrekwensie.

Amplitude Geraas

Die eenvoud van hierdie demodulasieskema laat ons natuurlik dink dat dit nie die opsie met die beste prestasies is nie, en dat hierdie benadering in werklikheid 'n groot swakheid is: dit is sensitief vir amplitude-variasies. 

Die gestuurde sein sal 'n konstante omhulsel hê omdat frekwensiemodulasie nie veranderinge in die amplitude van die draer behels nie, maar die ontvangde sein nie 'n konstante omhulsel het nie, omdat die amplitude onvermydelik deur foutbronne beïnvloed word.

Gevolglik kan ons nie 'n aanvaarbare FM-demodulator ontwerp deur bloot 'n hoëdeurlaatfilter by 'n AM-demodulator te voeg nie. Ons benodig ook 'n beperker, wat 'n stroombaan is wat amplitudevariasies versag deur die ontvangde sein tot 'n sekere amplitude te beperk. 

Die bestaan ​​van hierdie eenvoudige en effektiewe middel teen amplitude-variasies stel FM in staat om sy groter (in vergelyking met AM) robuustheid te handhaaf teen amplitude-geraas: ons kan nie 'n beperker met AM-seine gebruik nie, want die beperking van die amplitude beskadig die inligting wat in die draer gekodeer is. FM, daarenteen, kodeer al die inligting in die tydelike eienskappe van die gestuurde sein.

Demodulasie: die fasegesluit-lus
'N Fase-vergrendelde lus (PLL) kan gebruik word om 'n komplekse maar hoë-werkverrigtingskringbaan vir FM-demodulasie te skep. 'N PLL kan die frekwensie van 'n inkomende golfvorm “vaslê”. Dit word gedoen deur 'n fasedetektor, 'n laagdeurlaatfilter (ook bekend as 'lusfilter') en 'n spanningsbeheerde ossillator (VCO) in 'n negatiewe terugvoerstelsel te kombineer, soos volg:

Nadat die PLL gesluit is, kan dit 'n uitset sinus vorm wat volg op die frekwensie-variasies in die inkomende sinus. Hierdie uitsetgolfvorm sal geneem word vanaf die uitset van die VCO. 

In 'n FM-demodulator-toepassing het ons egter nie 'n uitsetsinus nodig wat dieselfde frekwensie het as die insetsein nie. In plaas daarvan gebruik ons ​​die uitset vanaf die lusfilter as 'n gedemoduleerde sein. Kom ons kyk waarom dit moontlik is.

Die fasedetektor lewer 'n sein wat eweredig is aan die faseverskil tussen die inkomende golfvorm en die uitset van die VCO. Die lusfilter maak hierdie sein glad, wat dan die beheersignaal van die VCO word. 

Dus, as die frekwensie van die inkomende sein konstant toeneem en afneem, moet die VCO-beheersignaal dienooreenkomstig toeneem en afneem om te verseker dat die VCO-uitgangsfrekwensie gelyk bly aan die insetfrekwensie. Met ander woorde, die uitset van die lusfilter is 'n sein waarvan die amplitudevariasies ooreenstem met die invoerfrekwensie-variasies. Dit is hoe 'n PLL frekwensie-demodulasie bewerkstellig.

Opsomming

* In LTspice kan 'n frekwensie-gemoduleerde sinus gevorm word deur die SFFM-opsie vir standaardspanningsbronne te gebruik.

* 'N Eenvoudige en effektiewe FM-demodulasietegniek behels 'n hoëdeurlaatfilter (vir FM-na-AM-omskakeling) gevolg deur 'n AM-demodulator.

* 'N FM-demodulator met 'n hoë pasfilter word voorafgegaan deur 'n beperker om te verhoed dat amplitudevariasies foute bydra tot die gedemoduleerde sein.

* 'N Fase-vergrendelde lus kan gebruik word om hoëprestasie FM-demodulasie te bewerkstellig. Die gebruik van PLL's vir geïntegreerde stroombane maak hierdie benadering minder ingewikkeld as wat dit mag lyk.

Los 'n boodskap 

boodskap Lys