Sådan demoduleres en AM-bølgeform

Radiofrekvensdemodulation
Lær om to kredsløb, der kan udtrække de originale oplysninger fra et amplitudemoduleret bæresignal.

På dette tidspunkt ved vi, at modulation refererer til med vilje at modificere en sinus, så den kan transportere lavere frekvensinformation fra en sender til en modtager. Vi har også dækket mange detaljer relateret til de forskellige metoder - amplitude, frekvens, fase, analog, digital - for kodningsinformation i en bærebølge.

Men der er ingen grund til at integrere data i et transmitteret signal, hvis vi ikke kan udtrække disse data fra det modtagne signal, og det er derfor, vi har brug for at studere demodulation. 

Demodulationskredsløb spænder fra noget så simpelt som en modificeret spidsdetektor til noget så komplekst som kohærent kvadraturdunkonvertering kombineret med sofistikerede afkodningsalgoritmer udført af en digital signalprocessor.

Oprettelse af signalet
Vi bruger LTspice til at studere teknikker til demodulering af en AM-bølgeform. Men inden vi demodulerer, har vi brug for noget, der er moduleret.

På AM-modulationssiden så vi, at fire ting er nødvendige for at generere en AM-bølgeform. For det første har vi brug for en basisbåndbølgeform og en bærebølgeform. Derefter har vi brug for et kredsløb, der kan tilføje en passende DC-forskydning til basebandsignalet. 

Og endelig har vi brug for en multiplikator, da det matematiske forhold, der svarer til amplitudemodulation, multiplicerer det forskydede basebandsignal med bæreren.

Det følgende LTspice-kredsløb genererer en AM-bølgeform.

* V1 er en sinusbølgespændingskilde på 1 MHz, der giver det originale basebandsignal.

* V3 producerer en sinusbølge på 100 MHz til transportøren.

* Op-amp-kredsløbet er en niveauskifter (det reducerer også input-amplituden med halvdelen). Signalet, der kommer fra V1, er en sinusbølge, der svinger fra –1 V til +1 V, og output fra op-forstærkeren er en sinusbølge, der svinger fra 0 V til +1 V.

* B1 er en "vilkårlig adfærdsspændingskilde." Dets "værdi" -felt er en formel snarere end en konstant; i dette tilfælde er formlen det skiftede basebandsignal ganget med bærebølgeformen. På denne måde kan B1 bruges til at udføre amplitude-modulation.

Her er det skiftede basebandsignal:

Og her kan du se, hvordan AM-variationerne svarer til basebandsignalet (dvs. det orange spor, der for det meste er skjult af den blå bølgeform):

Demodulation

Som diskuteret på AM-modulationssiden har multiplikationsoperationen, der bruges til at udføre amplitude-modulation, effekten af ​​at overføre basisbåndspektret til et bånd, der omgiver den positive bærefrekvens (+ fC) og den negative bærefrekvens (–fC). 

Således kan vi tænke på amplitudemodulation som forskydning af det originale spektrum opad med fC og nedad med fC. Det følger derefter, at multiplicering af det modulerede signal med bærefrekvensen overfører spektret tilbage til sin oprindelige position - dvs. at det vil skifte spektret nedad med fC, så det igen er centreret omkring 0 Hz.

Valgmulighed 1: Multiplikation og filtrering
Det følgende LTspice-skema inkluderer en demodulering af vilkårlig adfærdsspændingskilde; B2 multiplicerer AM-signalet med transportøren.

 

Og her er resultatet:

Dette ser bestemt ikke korrekt ud. Hvis vi zoomer ind, ser vi følgende:

Og dette afslører problemet. Efter amplitudemodulation er basebåndspektret centreret omkring + fC. Ved at multiplicere AM-bølgeformen med bæreren forskydes basebåndspektret ned til 0 Hz, men det skifter også det op til 2fC (i dette tilfælde 200 MHz), fordi (som nævnt ovenfor) multiplikation flytter det eksisterende spektrum op med fC og ned med fC .

Det er således klart, at multiplikation alene ikke er tilstrækkelig til korrekt demodulation. Hvad vi har brug for er multiplikation og et lavpasfilter; filteret undertrykker spektret, der blev skiftet op til 2fC. Følgende skema inkluderer et RC lavpasfilter med en afskæringsfrekvens på ~ 1.5 MHz.

Og her er det demodulerede signal:

Denne teknik er faktisk mere kompliceret, end den ser ud, fordi fasen i modtagerens bærefrekvensbølgeform skal synkroniseres med fasen for transmitterens bærer. Dette diskuteres yderligere på side 5 i dette kapitel (Understanding Quadrature Demodulation).

Valgmulighed 2: Peak Detector

Som du kan se ovenfor i plottet, der viser AM-bølgeformen (i blåt) og den skiftede basebandbølgeform (i orange), matcher den positive del af AM-”konvolutten” basebåndssignalet. 

Udtrykket "konvolut" henviser til transportørens variationer i sinusformet amplitude (i modsætning til variationerne i den øjeblikkelige værdi af selve bølgeformen). Hvis vi på en eller anden måde kunne udtrække den positive del af AM-konvolutten, kunne vi gengive basisbåndssignalet uden at bruge en multiplikator.

Det viser sig, at det er ret let at konvertere den positive konvolut til et normalt signal. Vi starter med en spidsdetektor, som kun er en diode efterfulgt af en kondensator. 

Dioden ledes, når indgangssignalet er mindst ~ 0.7 V over spændingen på kondensatoren, og ellers fungerer det som et åbent kredsløb. Kondensatoren opretholder således spidsen for spænding: hvis den aktuelle indgangsspænding er lavere end kondensatorspændingen, falder kondensatorspændingen ikke, fordi den omvendt forspændte diode forhindrer udladning.

Vi ønsker dog ikke en spidsdetektor, der vil beholde spidsspændingen i en lang periode. I stedet ønsker vi et kredsløb, der bevarer toppen i forhold til højfrekvensvariationerne i bærebølgeformen, men ikke bevarer toppen i forhold til konvolutets lavere frekvensvariationer. Med andre ord, vi ønsker en spidsdetektor, der kun holder toppen i en kort periode. 

Vi opnår dette ved at tilføje parallel modstand, der gør det muligt for kondensatoren at udlade. (Denne type kredsløb kaldes en "lækkende spidsdetektor", hvor "lækker" refererer til udløbstien, der leveres af modstanden.) Modstanden vælges således, at udladningen er langsom nok til at udjævne bærefrekvensen og hurtig nok til at glat ikke konvolutfrekvensen ud.

Her er et eksempel på en lækkende spidsdetektor til AM-demodulation:

Bemærk, at jeg har forstærket AM-signalet med en faktor fem for at gøre spidsdetektorens indgangssignal større i forhold til diodens fremadspænding. Følgende plot formidler det generelle resultat, som vi forsøger at opnå med den lækkende spidsdetektor.

Det endelige signal viser den forventede opladning / afladningskarakteristik:




Et lavpasfilter kunne bruges til at udjævne disse variationer.

Resumé

* I LTspice kan en vilkårlig adfærdsspændingskilde bruges til at oprette en AM-bølgeform.

* AM-bølgeformer kan demoduleres ved hjælp af en multiplikator efterfulgt af et lavpasfilter.

* En enklere (og billigere) tilgang er at bruge en lækkende spidsdetektor, dvs. en spidsdetektor med parallel modstand, der gør det muligt for kondensatoren at udledes med en passende hastighed.

Læg en besked 

Message List