Cara Mendemodulasi Bentuk Gelombang FM

Demodulasi Frekuensi Radio
Ketahui mengenai dua teknik untuk mendapatkan semula isyarat baseband dari pembawa modulasi frekuensi.

Modulasi frekuensi menawarkan peningkatan prestasi berbanding modulasi amplitud, tetapi agak sukar untuk mengekstrak maklumat asal dari bentuk gelombang FM. Terdapat beberapa cara berbeza untuk mendemodulasi FM; di halaman ini kita akan membincangkan dua. Salah satunya agak mudah, dan yang lain lebih kompleks.

Membuat Isyarat
Seperti dalam Cara Mendemodulasi Bentuk Gelombang AM, kita akan menggunakan LTspice untuk meneroka demodulasi FM, dan sekali lagi kita perlu melakukan modulasi frekuensi terlebih dahulu sehingga kita mempunyai sesuatu untuk mendemodulasi. 

Sekiranya anda melihat kembali halaman mengenai modulasi frekuensi analog, anda akan melihat bahawa hubungan matematik kurang mudah berbanding dengan modulasi amplitud. 

Dengan AM, kami hanya menambahkan ofset dan kemudian melakukan pendaraban biasa. Dengan FM, kita perlu menambahkan nilai yang berubah-ubah secara berterusan pada kuantiti di dalam fungsi sinus (atau kosinus), dan lebih jauh lagi, nilai-nilai yang terus berubah ini bukan isyarat baseband melainkan integral dari isyarat baseband.

Akibatnya, kita tidak dapat menghasilkan bentuk gelombang FM menggunakan sumber voltan tingkah laku sewenang-wenang dan hubungan matematik sederhana, seperti yang kita lakukan dengan AM. Ternyata, sebenarnya lebih mudah untuk menghasilkan isyarat FM. Kami hanya menggunakan pilihan SFFM untuk sumber voltan biasa:

"Litar" berikut adalah semua yang kita perlukan untuk membuat bentuk gelombang FM yang terdiri daripada pembawa 10 MHz dan isyarat baseband sinusoidal 1 MHz:




Perhatikan bahawa indeks modulasi adalah lima; indeks modulasi yang lebih tinggi menjadikannya lebih mudah untuk melihat variasi frekuensi. Plot berikut menunjukkan bentuk gelombang yang dibuat oleh sumber voltan SFFM.

Demodulasi: Penapis Lulus Tinggi
Teknik demodulasi pertama yang akan kita lihat bermula dengan saringan lulus tinggi. Kami akan menganggap bahawa kami berurusan dengan FM jalur lebar. Kita perlu merancang penapis haluan tinggi supaya pelemahan bervariasi dengan ketara dalam jalur frekuensi yang lebarnya dua kali lebar jalur sinyal pita dasar. Mari kita meneroka konsep ini dengan lebih mendalam.

Isyarat FM yang diterima akan mempunyai spektrum yang berpusat di sekitar frekuensi pembawa. Lebar spektrum kira-kira sama dengan dua kali lebar jalur isyarat baseband; faktor dua hasil dari pergeseran frekuensi jalur positif dan negatif, dan ia adalah "kira-kira" sama kerana penyatuan yang diterapkan pada isyarat pita dasar dapat mempengaruhi bentuk spektrum termodulasi. 

Oleh itu, frekuensi terendah dalam isyarat termodulasi kira-kira sama dengan frekuensi pembawa tolak frekuensi tertinggi dalam isyarat baseband, dan frekuensi tertinggi dalam isyarat termodulasi kira-kira sama dengan frekuensi pembawa ditambah frekuensi tertinggi dalam isyarat baseband.

Penapis lulus tinggi kami perlu mempunyai tindak balas frekuensi yang menyebabkan frekuensi terendah dalam isyarat termodulat dilemahkan secara signifikan lebih tinggi daripada frekuensi tertinggi dalam isyarat termodulasi. Sekiranya kita menggunakan penapis ini pada bentuk gelombang FM, apa hasilnya? Ia akan menjadi seperti ini:

Plot ini menunjukkan bentuk gelombang FM yang asli dan bentuk gelombang yang ditapis tinggi, untuk tujuan perbandingan. Petak seterusnya menunjukkan hanya bentuk gelombang yang ditapis, supaya anda dapat melihatnya dengan lebih jelas.

Dengan menggunakan penapis, kita mengubah modulasi frekuensi menjadi modulasi amplitud. Ini adalah pendekatan yang mudah untuk demodulasi FM, kerana ini memungkinkan kita memanfaatkan litar pengesan sampul yang telah dikembangkan untuk digunakan dengan modulasi amplitud. Penapis yang digunakan untuk menghasilkan bentuk gelombang ini tidak lebih dari lorong tinggi RC dengan frekuensi pemotongan kira-kira sama dengan frekuensi pembawa.

Kebisingan Amplitud

Kesederhanaan skema demodulasi ini secara semula jadi membuat kita berfikir bahawa itu bukan pilihan berprestasi tertinggi, dan sebenarnya pendekatan ini mempunyai kelemahan besar: sensitif terhadap variasi amplitud. 

Sinyal yang dihantar akan mempunyai sampul yang tetap kerana modulasi frekuensi tidak melibatkan perubahan pada amplitud pembawa, tetapi isyarat yang diterima tidak akan mempunyai sampul yang tetap kerana amplitud pasti dipengaruhi oleh sumber ralat.

Oleh itu, kita tidak dapat merancang demodulator FM yang boleh diterima hanya dengan menambahkan penapis lulus tinggi ke demodulator AM. Kita juga memerlukan limiter, yang merupakan rangkaian yang mengurangkan variasi amplitud dengan membatasi isyarat yang diterima ke amplitud tertentu. 

Kewujudan ubat yang mudah dan berkesan untuk variasi amplitud ini membolehkan FM mengekalkan ketahanannya yang lebih besar (berbanding AM) terhadap kebisingan amplitud: Kami tidak boleh menggunakan pembatas dengan isyarat AM kerana menyekat amplitud merosakkan maklumat yang dikodkan dalam pembawa. FM, sebaliknya, menyandikan semua maklumat dalam ciri temporal isyarat yang dihantar.

Demodulasi: Gelung Berkunci Fasa
Gelung terkunci fasa (PLL) dapat digunakan untuk membuat litar berprestasi tinggi tetapi kompleks untuk demodulasi FM. PLL dapat "mengunci" frekuensi bentuk gelombang masuk. Ia melakukannya dengan menggabungkan pengesan fasa, penapis lulus rendah (aka "gelung penapis"), dan pengayun voltan (VCO) ke dalam sistem maklum balas negatif, seperti berikut:

Setelah PLL terkunci, ia dapat membuat sinusoid output yang mengikuti variasi frekuensi pada sinusoid masuk. Bentuk gelombang keluaran ini akan diambil dari output VCO. 

Namun, dalam aplikasi demodulator FM, kita tidak memerlukan sinusoid output yang mempunyai frekuensi yang sama dengan isyarat input. Sebaliknya, kami menggunakan output dari gelung penapis sebagai isyarat demodulasi. Mari lihat mengapa ini mungkin berlaku.

Pengesan fasa menghasilkan isyarat yang sebanding dengan perbezaan fasa antara bentuk gelombang masuk dan output VCO. Penapis gelung melancarkan isyarat ini, yang kemudian menjadi isyarat kawalan untuk VCO. 

Oleh itu, jika frekuensi isyarat masuk terus meningkat dan menurun, isyarat kawalan VCO harus meningkat dan menurun dengan sewajarnya untuk memastikan bahawa frekuensi output VCO tetap sama dengan frekuensi input. Dengan kata lain, output saringan gelung adalah isyarat yang variasi amplitudnya sesuai dengan variasi frekuensi input. Ini adalah bagaimana PLL mencapai demodulasi frekuensi.

Ringkasan

* Dalam LTspice, sinusoid termodulasi frekuensi dapat dihasilkan dengan menggunakan pilihan SFFM untuk sumber voltan standard.

* Teknik demodulasi FM yang mudah dan berkesan melibatkan penapis lulus tinggi (untuk penukaran FM-ke-AM) diikuti dengan demodulator AM.

* Demodulator FM berdasarkan saringan tinggi yang didahului oleh pembatas untuk mencegah variasi amplitud daripada menyumbang ralat pada isyarat demodulasi.

* Gelung terkunci fasa dapat digunakan untuk mencapai demodulasi FM berprestasi tinggi. Penggunaan PLL litar bersepadu menjadikan pendekatan ini tidak terlalu rumit daripada yang disangka.

Tinggalkan pesanan 

Senarai mesej