AM hullámforma demodulálása

Rádiófrekvencia-demoduláció
Ismerkedjen meg két olyan áramkörrel, amelyek az eredeti információt kinyerik az amplitúdóval modulált vivőjelekből.

Ezen a ponton tudjuk, hogy a moduláció a szinuszszándék szándékos módosítását jelenti, oly módon, hogy az alacsonyabb frekvenciájú információt továbbítson az adóról a vevőre. Számos részletet lefedtünk a vivőhullámban lévő információ kódolásának különböző módszereivel - amplitúdójával, frekvenciájával, fázisával, analógjával, digitálisjával - kapcsolatban.

De nincs ok az adatok integrálására egy továbbított jelbe, ha nem tudjuk kinyerni ezeket az adatokat a vett jelből, ezért tanulmányoznunk kell a demodulációt. 

A demodulációs áramkör a legegyszerűbbtől, mint a módosított csúcsdetektortól, egészen olyan összetett, mint koherens kvadratúra lefelé történő átalakításig terjed, a kifinomult dekódoló algoritmusokkal kombinálva, amelyeket egy digitális jelfeldolgozó végez.

A jel létrehozása
Az LTspice-t az AM hullámforma demodulációjának technikáinak tanulmányozására használjuk. De mielőtt demodulálnunk kell valami, amit modulálunk.

Az AM modulációs oldalon láttuk, hogy négy dologra van szükség az AM hullámforma létrehozásához. Először egy alapsávú és egy vivőhullámra van szükségünk. Ezután szükségünk van egy olyan áramkörre, amely megfelelő DC-eltolást adhat az alapsávú jelhez. 

És végül szorzóra van szükségünk, mivel az amplitúdómodulációnak megfelelő matematikai kapcsolat megsokszorozza az elmozdult alapsávú jelet a vivővel.

A következő LTspice áramkör AM hullámformát generál.

* A V1 egy 1 MHz-es szinuszhullámú feszültségforrás, amely biztosítja az eredeti alapsávú jelet.

* A V3 100 MHz-es szinuszhullámot generál a vivő számára.

* Az op-amp áramkör szintváltó (ez szintén felére csökkenti a bemeneti amplitúdót). A V1-ből származó jel szinuszhullám, amely –1 V-ról +1 V-ra ingadozik, és az op-amp kimenete egy szinuszhullám, amely 0 V-tól +1 V-ig ingadozik.

* B1 egy "önkényes viselkedési feszültségforrás". Az „érték” mező inkább képlet, mint állandó; ebben az esetben a képlet a eltolt alapsávú jel szorzata a vivőhullámmal. Ily módon a B1 felhasználható amplitúdómoduláció végrehajtására.

Itt van az elcsúszott alapsávú jel:

És itt láthatja, hogy az AM variációk megfelelnek az alapsávú jelnek (azaz a narancssárga nyomatnak, amelyet leginkább a kék hullámforma vesz el):

Demoduláció

Amint azt az AM modulációs oldalon tárgyaltuk, az amplitúdó moduláció végrehajtására alkalmazott szorzási műveletnek az az eredménye, hogy az alapsáv spektrumát a pozitív vivőfrekvenciát (+ fC) és a negatív vivő frekvenciát (–fC) körülvevő sávra továbbítja. 

Tehát úgy gondolhatjuk az amplitúdómodulációra, hogy az eredeti spektrumot fC-vel felfelé és fC-vel lefelé toljuk. Ebből következik, hogy a modulált jelnek a vivőfrekvenciával való megszorozásával a spektrum visszakerül az eredeti helyzetébe, vagyis a spektrumot lefelé tolja el fC-vel úgy, hogy ismét 0 Hz körüli középpontba álljon.

1. lehetőség: Szorzás és szűrés
A következő LTspice vázlat egy önkényes viselkedési feszültségforrást demodulál; A B2 szorozza az AM jelet a vivővel.

 

És itt van az eredmény:

Ez határozottan nem tűnik helyesnek. Nagyítás esetén a következőket látjuk:

És ez felfedi a problémát. Az amplitúdó moduláció után az alapsáv spektruma + fC körül van. Ha az AM hullámformát megszorozzuk a vivővel, akkor az alapsáv spektruma lecsökken 0 Hz-re, de 2fC-ig (ebben az esetben 200 MHz-ig), mivel (amint fentebb már említettük) a szorzás a meglévő spektrumot fC-vel felfelé és lefelé fC-vel továbbmozgatja. .

Egyértelmű tehát, hogy a szorzás önmagában nem elegendő a megfelelő demodulációhoz. Szükségünk van szorzásra és aluláteresztő szűrőre; a szűrő elnyomja a spektrumot, amelyet 2fC-ra elmozdítottak. A következő vázlat egy RC aluláteresztő szűrőt tartalmaz, amelynek határfrekvenciája ~ 1.5 MHz.

És itt van a demodulált jel:

Ez a technika valójában bonyolultabb, mint amilyennek látszik, mert a vevő vivőfrekvenciájú hullámformájának fázist szinkronizálni kell az adó vivőjének fázisával. Ezt részletesebben tárgyaljuk e fejezet 5. oldalán (A kvadratúra demoduláció megértése).

2. lehetőség: csúcsérzékelő

Mint fentebb láthatjuk az ábrán, amely az AM hullámformát (kék színben) és az elmozdított alapsávú hullámformát (narancssárga színben) mutatja, az AM „burkolójának” pozitív része megegyezik az alapsáv jelével. 

A „boríték” kifejezés a hordozó szinuszos amplitúdójának variációira utal (szemben a hullámforma pillanatnyi értékének változásával). Ha az AM boríték pozitív részét valahogy kinyerhetnénk, akkor az alapsávú jelet szaporító használata nélkül reprodukálhatnánk.

Kiderült, hogy meglehetősen könnyű a pozitív borítékot normál jellé alakítani. Egy csúcsdetektorral kezdjük, amely csak egy dióda, amelyet egy kondenzátor követ. 

A dióda akkor vezet, amikor a bemeneti jel legalább ~ 0.7 V-rel meghaladja a kondenzátor feszültségét, egyébként nyitott áramkörként működik. Így a kondenzátor fenntartja a csúcsfeszültséget: ha az aktuális bemeneti feszültség alacsonyabb, mint a kondenzátor feszültsége, akkor a kondenzátor feszültsége nem csökken, mivel a fordítottan előfeszített dióda megakadályozza a kisülést.

Nem akarjuk azonban azt a csúcsdetektorot, amely hosszú ideig megtartja a csúcsfeszültséget. Ehelyett olyan áramkört akarunk, amely megtartja a csúcsot a hordozó hullámforma nagyfrekvenciájú variációihoz viszonyítva, de nem tartja meg a csúcsot a boríték alacsonyabb frekvenciájú variációihoz viszonyítva. Más szavakkal, olyan csúcsdetektorra van szükség, amely csak rövid ideig tartja a csúcsot. 

Ezt a párhuzamos ellenállás hozzáadásával érjük el, amely lehetővé teszi a kondenzátor kisülését. (Az ilyen típusú áramkört „szivárgásos csúcsdetektornak” nevezzük, ahol a „szivárgás” az ellenállás által biztosított kisülési útra vonatkozik.) Az ellenállást úgy választják meg, hogy a kisülés elég lassú legyen a vivőfrekvencia kiegyenlítésére, és elég gyors ahhoz, hogy ne simítsa ki a boríték gyakoriságát.

Íme egy példa egy szivárgó csúcsdetektorra az AM demodulációhoz:

Vegye figyelembe, hogy az AM jelet ötszörösére erősítettem meg annak érdekében, hogy a csúcsdetektor bemeneti jele nagyobb legyen a dióda előremenő feszültségéhez viszonyítva. A következő ábra azt az általános eredményt adja, amelyet a szivárgó csúcsdetektorral próbálunk elérni.

A végső jel a várt töltési / kisülési jellemzőt mutatja:




Aluláteresztő szűrőt lehet használni ezeknek a változásoknak a kiegyenlítésére.

Összegzésként

* Az LTspice-ben egy önkényes viselkedési feszültségforrás felhasználható AM hullámforma létrehozására.

* Az AM hullámformák demodulálhatók szorzóval, majd aluláteresztő szűrővel.

* Egy egyszerűbb (és olcsóbb) megközelítés a szivárgó csúcsdetektor használata, azaz egy csúcsdetektor, amelynek párhuzamos ellenállása lehetővé teszi a kondenzátor számára a megfelelő sebességű kisülést.

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista