Cara Mendemodulasi Bentuk Gelombang AM

Demodulasi Frekuensi Radio
Ketahui mengenai dua litar yang dapat mengekstrak maklumat asal dari isyarat pembawa modulasi amplitud.

Pada tahap ini kita tahu bahawa modulasi merujuk kepada pengubahsuaian sinusoid dengan sengaja sehingga dapat membawa maklumat frekuensi rendah dari pemancar ke penerima. Kami juga telah membahas banyak perincian yang berkaitan dengan kaedah yang berbeza - amplitud, frekuensi, fasa, analog, digital - maklumat pengekodan dalam gelombang pembawa.

Tetapi tidak ada alasan untuk mengintegrasikan data ke dalam sinyal yang dikirim jika kita tidak dapat mengekstrak data tersebut dari isyarat yang diterima, dan inilah sebabnya mengapa kita perlu mempelajari demodulasi. 

Litar demodulasi berkisar dari sesuatu yang sederhana seperti pengesan puncak yang diubahsuai hingga sesuatu yang rumit seperti penukaran down quadrature koheren yang digabungkan dengan algoritma penyahkodan canggih yang dilakukan oleh pemproses isyarat digital.

Membuat Isyarat
Kami akan menggunakan LTspice untuk mengkaji teknik mendodulasi bentuk gelombang AM. Tetapi sebelum kita melakukan demodulasi, kita memerlukan sesuatu yang dimodulasi.

Di halaman modulasi AM, kami melihat bahawa empat perkara diperlukan untuk menghasilkan bentuk gelombang AM. Pertama, kita memerlukan bentuk gelombang asas dan bentuk gelombang pembawa. Maka kita memerlukan litar yang dapat menambahkan offset DC yang sesuai ke isyarat baseband. 

Dan akhirnya, kita memerlukan pengganda, kerana hubungan matematik yang sesuai dengan modulasi amplitud melipatgandakan isyarat baseband yang dialihkan oleh pembawa.

Litar LTspice berikut akan menghasilkan bentuk gelombang AM.

* V1 adalah sumber voltan gelombang sinus 1 MHz yang memberikan isyarat baseband yang asal.

* V3 menghasilkan gelombang sinus 100 MHz untuk pembawa.

* Litar op-amp adalah pergeseran level (ia juga mengurangkan amplitud input sebanyak separuh). Isyarat yang datang dari V1 adalah gelombang sinus yang berayun dari –1 V hingga +1 V, dan output op-amp adalah gelombang sinus yang berayun dari 0 V hingga +1 V.

* B1 adalah "sumber voltan tingkah laku sewenang-wenangnya." Medan "nilai" adalah formula dan bukan pemalar; dalam kes ini formula adalah isyarat baseband yang dialihkan dikalikan dengan bentuk gelombang pembawa. Dengan cara ini B1 dapat digunakan untuk melakukan modulasi amplitud.

Inilah isyarat baseband yang beralih:

Dan di sini anda dapat melihat bagaimana variasi AM sesuai dengan isyarat baseband (iaitu jejak oren yang kebanyakannya dikaburkan oleh bentuk gelombang biru):

Penyahmodulatan

Seperti yang dibincangkan di halaman modulasi AM, operasi pendaraban yang digunakan untuk melakukan modulasi amplitud mempunyai kesan memindahkan spektrum baseband ke band yang mengelilingi frekuensi pembawa positif (+ fC) dan frekuensi pembawa negatif (–fC). 

Oleh itu, kita dapat memikirkan modulasi amplitud sebagai menggeser spektrum asal ke atas oleh fC dan ke bawah oleh fC. Oleh itu, mengalikan isyarat termodulasi dengan frekuensi pembawa akan memindahkan spektrum kembali ke kedudukan asalnya — iaitu, ia akan menggeser spektrum ke bawah oleh fC sehingga sekali lagi berpusat di sekitar 0 Hz.

Pilihan 1: Pendaraban dan Penapisan
Skema LTspice berikut merangkumi sumber voltan tingkah laku sewenang-wenang demodulasi; B2 mengalikan isyarat AM dengan pembawa.

 

Dan inilah hasilnya:

Ini jelas tidak kelihatan betul. Sekiranya kita mengezum masuk, kita melihat perkara berikut:

Dan ini mendedahkan masalahnya. Selepas modulasi amplitud, spektrum baseband berpusat di sekitar + fC. Mengalikan bentuk gelombang AM dengan pembawa mengalihkan spektrum baseband ke 0 Hz, tetapi juga menggesernya hingga 2fC (dalam hal ini 200 MHz), kerana (seperti yang dinyatakan di atas) pendaraban menggerakkan spektrum yang ada naik oleh fC dan turun oleh fC .

Oleh itu, jelas bahawa pendaraban sahaja tidak mencukupi untuk demodulasi yang betul. Apa yang kita perlukan ialah pendaraban dan penapis lulus rendah; penapis menekan spektrum yang dialihkan hingga 2fC. Skema berikut merangkumi penapis lulus rendah RC dengan frekuensi pemotongan ~ 1.5 MHz.

Dan inilah isyarat demodulasi:

Teknik ini sebenarnya lebih rumit daripada yang muncul kerana fasa bentuk gelombang frekuensi pembawa penerima mesti diselaraskan dengan fasa pembawa pemancar. Ini dibincangkan lebih lanjut di halaman 5 bab ini (Memahami Quadrature Demodulation).

Pilihan 2: Pengesan Puncak

Seperti yang anda lihat di atas dalam petak yang menunjukkan bentuk gelombang AM (berwarna biru) dan bentuk gelombang baseband yang beralih (dalam warna oren), bahagian positif dari "sampul surat" AM sepadan dengan isyarat garis dasar. 

Istilah "sampul surat" merujuk kepada variasi pembawa amplitud sinusoidal (berbanding dengan variasi nilai sesaat bentuk gelombang itu sendiri). Sekiranya kita dapat mengekstrak bahagian positif sampul surat AM, kita boleh menghasilkan semula isyarat baseband tanpa menggunakan pengganda.

Ternyata cukup mudah untuk menukar sampul positif menjadi isyarat biasa. Kita mulakan dengan alat pengesan puncak, yang hanya diod diikuti oleh kapasitor. 

Diod berlaku apabila isyarat input sekurang-kurangnya ~ 0.7 V di atas voltan pada kapasitor, dan sebaliknya ia berfungsi seperti litar terbuka. Oleh itu, kapasitor mengekalkan voltan puncak: jika voltan input semasa lebih rendah daripada voltan kapasitor, voltan kapasitor tidak menurun kerana dioda bias terbalik menghalang pembuangan.

Namun, kami tidak mahukan alat pengesan puncak yang dapat mengekalkan voltan puncak untuk jangka masa yang panjang. Sebaliknya, kami mahukan litar yang mengekalkan puncak relatif terhadap variasi frekuensi tinggi bentuk gelombang pembawa, tetapi tidak mengekalkan puncak relatif terhadap variasi frekuensi rendah sampul surat. Dengan kata lain, kita mahukan alat pengesan puncak yang menahan puncaknya hanya untuk jangka waktu yang pendek. 

Kami mencapainya dengan menambahkan rintangan selari yang membolehkan kapasitor melepaskan. (Litar jenis ini disebut "detektor puncak bocor," di mana "bocor" merujuk pada jalur pelepasan yang disediakan oleh perintang.) Rintangan dipilih sedemikian rupa sehingga pelepasan cukup lambat untuk melancarkan frekuensi pembawa dan cukup cepat untuk tidak melicinkan frekuensi sampul surat.

Berikut adalah contoh pengesan puncak bocor untuk demodulasi AM:

Perhatikan bahawa saya telah menguatkan isyarat AM dengan faktor lima untuk menjadikan isyarat input pengesan puncak lebih besar berbanding dengan voltan hadapan dioda. Petak berikut menyampaikan hasil umum yang ingin kita capai dengan alat pengesan puncak yang bocor.

Isyarat akhir menunjukkan ciri pengisian / pelepasan yang diharapkan:




Penapis lulus rendah dapat digunakan untuk menghaluskan variasi ini.

Ringkasan

* Dalam LTspice, sumber voltan tingkah laku sewenang-wenang dapat digunakan untuk membuat bentuk gelombang AM.

* Bentuk gelombang AM dapat didemodulasi menggunakan pengganda diikuti dengan saringan lulus rendah.

* Pendekatan yang lebih sederhana (dan lebih rendah) adalah dengan menggunakan alat pengesan puncak yang bocor, iaitu pengesan puncak dengan rintangan selari yang memungkinkan kapasitor melepaskan pada kadar yang sesuai.

Tinggalkan pesanan 

Senarai mesej