Kuinka demoduloida AM-aaltomuoto

Radiotaajuuden demodulointi
Opi kahdesta piiristä, jotka voivat poimia alkuperäisen tiedon amplitudimoduloidulta kantoaaltosignaalilta.

Tässä vaiheessa me tiedämme, että modulaatio tarkoittaa tarkoituksellisesti modifioitua sinimuotoa siten, että se voi kuljettaa alemman taajuuden tietoa lähettimestä vastaanottimelle. Olemme käsittäneet myös monia yksityiskohtia, jotka liittyvät kantoaallon koodauksen eri menetelmiin - amplitudiin, taajuuteen, vaiheeseen, analogiseen, digitaaliseen -.

Mutta ei ole mitään syytä integroida dataa lähetettyyn signaaliin, jos emme voi poimia sitä tietoa vastaanotetusta signaalista, ja siksi meidän on tutkittava demodulointia. 

Demodulointipiirit vaihtelevat jostakin niin yksinkertaisesta kuin modifioitu huippudetektori aina niin monimutkaiseksi kuin koherentti kvadratuurin alasmuuntaminen yhdistettynä hienostuneisiin dekoodausalgoritmeihin, jotka suorittaa digitaalinen signaaliprosessori.

Signaalin luominen
Käytämme LTspiceä tekniikoiden tutkimiseen AM-aaltomuodon demoduloimiseksi. Mutta ennen demodulointia tarvitsemme jotain, joka on moduloitu.

AM-modulaatiosivulla näimme, että AM-aaltomuodon luomiseen tarvitaan neljä asiaa. Ensinnäkin tarvitsemme kantataajuuskaistan ja kantoaallon muodon. Tarvitsemme silloin piirin, joka voi lisätä asianmukaisen tasavirran kantataajuussignaaliin. 

Ja lopuksi tarvitsemme kertoimen, koska amplitudimodulaatiota vastaava matemaattinen suhde kertoo siirretyn kantataajuussignaalin kantoaallolla.

Seuraava LTspice-piiri tuottaa AM-aaltomuodon.

* V1 on 1 MHz: n siniaaltojännitelähde, joka tarjoaa alkuperäisen kantataajuussignaalin.

* V3 tuottaa kantoaallolle 100 MHz: n siniaalto.

* Op-amp-piiri on tasonsiirto (se myös vähentää tulon amplitudia puoleen). V1: stä tuleva signaali on siniaalto, joka vaihtelee –1 V: sta +1 V: iin, ja op-amp: n lähtö on siniaaltoa, joka vaihtelee 0 V: sta +1 V: iin.

* B1 on "mielivaltainen käyttäytymisen jännitelähde". Sen "arvo" -kenttä on pikemminkin kaava kuin vakio; tässä tapauksessa kaava on siirretty kantataajuussignaali kerrottuna kantoaallon muodolla. Tällä tavalla B1: tä voidaan käyttää suorittamaan amplitudimodulaatio.

Tässä on siirretty kantataajuussignaali:

Ja täällä voit nähdä, kuinka AM-variaatiot vastaavat kantataajuussignaalia (ts. Oranssi jälki, jonka sininen aaltomuoto enimmäkseen peittää):

Demodulointi

Kuten AM-modulaatiosivulla on keskusteltu, amplitudimodulaation suorittamiseen käytetyllä kertolaskuoperaatiolla on kantataajuusspektrin siirtäminen kaistalle, joka ympäröi positiivista kantoaaltotaajuutta (+ fC) ja negatiivista kantoaaltotaajuutta (–fC). 

Siksi voimme ajatella amplitudimodulaatiota siirtävän alkuperäistä spektriä fC: llä ylöspäin ja fC: tä alaspäin. Tästä seuraa, että moduloidun signaalin kertominen kantoaaltotaajuudella siirtää spektrin takaisin alkuperäiseen asemaansa - ts. Se siirtää spektriä alaspäin fC: llä siten, että se keskittyy jälleen 0 Hz: n ympärille.

Vaihtoehto 1: kertolasku ja suodatus
Seuraava LTspice-kaavio sisältää demoduloivan mielivaltaisen käyttäytymisjännitelähteen; B2 kertoo AM-signaalin kantoaallolla.

 

Ja tässä on tulos:

Tämä ei ehdottomasti näytä oikealta. Jos lähestymme, näemme seuraavan:

Ja tämä paljastaa ongelman. Amplitudimodulaation jälkeen kantataajuusspektri on keskitetty + fC: n ympärille. AM-aaltomuodon kertominen kantoaallolla siirtää kantataajuusspektrin alas 0 Hz: iin, mutta se myös siirtää sitä 2fC: iin (tässä tapauksessa 200 MHz), koska (kuten edellä todettiin) kertominen siirtää olemassa olevaa spektriä fC: llä ja alas fC: llä. .

On siis selvää, että kertominen yksin ei riitä asianmukaiseen demodulointiin. Tarvitsemme kertolaskua ja alipäästösuotinta; suodatin tukahduttaa spektrin, joka on siirretty 2fC: seen saakka. Seuraava kaavio sisältää RC alipäästösuotimen, jonka rajataajuus on ~ 1.5 MHz.

Ja tässä on demoduloitu signaali:

Tämä tekniikka on itse asiassa monimutkaisempi kuin näyttää siltä, ​​että vastaanottimen kantoaaltotaajuuden muodon vaihe on synkronoitava lähettimen kantoaallon vaiheen kanssa. Tätä käsitellään tarkemmin tämän luvun sivulla 5 (Ymmärtäminen kvadratuuriesittelystä).

Vaihtoehto 2: huipunilmaisin

Kuten yllä voi nähdä kaaviosta, joka näyttää AM-aaltomuodon (sinisellä) ja siirretyn kantataajuuskaistomuodon (oranssilla), AM-kirjekuoren positiivinen osa vastaa kantataajuussignaalia. 

Termi ”vaippa” viittaa kantoaallon sinimuotoisen amplitudin variaatioihin (toisin kuin itse aaltomuodon hetkellisen arvon muutokset). Jos voisimme jotenkin poimia positiivisen osan AM-kirjekuoresta, voisimme toistaa kantataajuussignaalin käyttämättä kertointa.

Osoittautuu, että positiivisen verhokäyrän muuttaminen normaaliksi signaaliksi on melko helppoa. Aloitamme huippuilmaisimella, joka on vain diodi, jota seuraa kondensaattori. 

Diodi johtaa, kun tulosignaali on vähintään ~ 0.7 V kondensaattorin jännitteen yläpuolella, ja muuten se toimii kuin avoin piiri. Siten kondensaattori ylläpitää huippujännitettä: Jos virran tulojännite on pienempi kuin kondensaattorin jännite, kondensaattorin jännite ei laske, koska käänteisesti esijännitetty diodi estää purkautumisen.

Emme kuitenkaan halua huippuilmaisinta, joka säilyttäisi huippujännitteen pitkään. Sen sijaan haluamme piirin, joka säilyttää huipun kantoaallon muodon korkean taajuuden variaatioihin nähden, mutta ei pidä huippua verhokäyrän alemman taajuuden variaatioihin nähden. Toisin sanoen haluamme huipunilmaisimen, joka pitää huipun vain lyhyen ajan. 

Suoritamme tämän lisäämällä rinnakkaisvastuksen, joka antaa kondensaattorin purkautua. (Tätä tyyppisiä piirejä kutsutaan ”vuotavaksi huipunilmaisimeksi”, jossa ”vuotava” viittaa vastuksen tarjoamaan purkauspolkuun.) Resistenssi valitaan siten, että purkaus on riittävän hidas tasaamaan kantoaaltotaajuutta ja riittävän nopea Älä tasoita kirjekuoren taajuutta.

Tässä on esimerkki vuotavasta huipunilmaisimesta AM-demodulointiin:

Huomaa, että olen vahvistanut AM-signaalia kertoimella viisi, jotta huipunilmaisimen tulosignaali olisi suurempi suhteessa diodin eteenpäin suuntautuvaan jännitteeseen. Seuraava kuvaaja antaa yleisen tuloksen, jota yritämme saavuttaa vuotavalla huippuilmaisimella.

Lopullisella signaalilla on odotettu varaus- / purkuominaisuus:




Alipäästösuodatinta voitaisiin käyttää näiden variaatioiden tasoittamiseen.

Yhteenveto

* LTspicessä mielivaltaista käyttäytymisjännitelähdettä voidaan käyttää AM-aaltomuodon luomiseen.

* AM-aaltomuodot voidaan demoduloida kertoimella, jota seuraa alipäästösuodin.

* Yksinkertaisempi (ja edullisempi) lähestymistapa on käyttää vuotavaa huippuilmaisinta, eli piikkien ilmaisinta, jonka vastus on rinnakkainen ja jonka avulla kondensaattori voi purkautua sopivalla nopeudella.

Jätä viesti 

viestiluettelo