Cum să demodulăm o formă de undă AM

Demodularea prin frecvență radio
Aflați mai multe despre două circuite care pot extrage informațiile originale dintr-un semnal de purtător modulat în amplitudine.

În acest moment știm că modularea se referă la modificarea intenționată a unui sinusoid astfel încât poate transporta informații de frecvență mai mică de la un emițător la un receptor. De asemenea, am acoperit multe detalii legate de diferitele metode - amplitudine, frecvență, fază, analog, digital - de codificare a informațiilor într-o undă purtătoare.

Dar nu există niciun motiv să integrăm datele într-un semnal transmis dacă nu putem extrage datele din semnalul primit, și de aceea trebuie să studiem demodularea. 

Circuitul de demodulare variază de la ceva la fel de simplu ca un detector de vârf modificat până la ceva atât de complex precum conversia de coerență a cadraturii coerentă combinată cu algoritmi sofisticate de decodare efectuate de un procesor digital de semnal.

Crearea semnalului
Vom folosi LTspice pentru a studia tehnicile pentru demodularea unei forme de undă AM. Dar înainte de a demodula, avem nevoie de ceva care să fie modulat.

În pagina de modulare AM, am văzut că sunt necesare patru lucruri pentru a genera o formă de undă AM. În primul rând, avem nevoie de o formă de undă în bandă de bază și o formă de undă purtătoare. Apoi avem nevoie de un circuit care poate adăuga un decalaj continuu DC la semnalul benzii de bază. 

Și în final, avem nevoie de un multiplicator, deoarece relația matematică corespunzătoare modulației de amplitudine este înmulțirea semnalului de bandă de bază deplasată de către purtător.

Următorul circuit LTspice va genera o formă de undă AM.

* V1 este o sursă de tensiune de undă sinusoidală de 1 MHz care furnizează semnalul inițial al benzii de bază.

* V3 produce o undă sinusoidală de 100 MHz pentru purtător.

* Circuitul op-amper este un schimbător de nivel (reduce și jumătatea amplitudinii de intrare). Semnalul care vine de la V1 este o undă sinusoidală care se basculează de la –1 V la +1 V, iar ieșirea amperiului op este o undă sinusoidală care se basculează de la 0 V la +1 V.

* B1 este o „sursă de tensiune comportamentală arbitrară.” Câmpul său „valoric” este mai degrabă o formulă decât o constantă; în acest caz, formula este semnalul de bandă de bază deplasată înmulțit de forma de undă a purtătorului. În acest fel, B1 poate fi utilizat pentru a efectua modularea amplitudinii.

Iată semnalul benzii de bază schimbate:

Și aici puteți vedea modul în care variațiile AM ​​corespund semnalului de bandă de bază (adică urmele portocalii care sunt în mare parte întunecate de forma de undă albastră):

Demodulare

Așa cum s-a discutat în pagina de modulare AM, operația de multiplicare folosită pentru a efectua modularea amplitudinii are ca efect transferul spectrului de bandă de bază pe o bandă care înconjoară frecvența purtătoare pozitivă (+ fC) și frecvența purtătoare negativă (–fC). 

Astfel, putem gândi modularea amplitudinii ca schimbarea spectrului inițial în sus cu fC și în jos cu fC. Rezultă, apoi, că înmulțirea semnalului modulat cu frecvența purtătorului va transfera spectrul în poziția inițială - adică va muta spectrul în jos cu fC astfel încât să fie din nou centrat în jurul valorii de 0 Hz.

Opțiunea 1: Înmulțire și filtrare
Următoarea schemă LTspice include o sursă de tensiune comportamentală demodulantă; B2 înmulțește semnalul AM de către transportator.

 

Și iată rezultatul:

Acest lucru nu pare corect. Dacă facem zoom, vedem următoarele:

Și acest lucru dezvăluie problema. După modularea amplitudinii, spectrul benzii de bază este centrat în jurul + fC. Înmulțirea formei de undă AM cu purtătorul transferă spectrul benzii de bază în 0 Hz, dar îl și transferă până la 2fC (în acest caz 200 MHz), deoarece (așa cum s-a menționat mai sus), înmulțirea deplasează spectrul existent în sus cu fC și în jos cu fC .

Este clar, așadar, că înmulțirea singură nu este suficientă pentru demodularea corectă. Ceea ce avem nevoie este înmulțirea și un filtru low-pass; filtrul suprima spectrul care a fost deplasat până la 2fC. Următoarea schemă include un filtru RC cu trecere mică, cu o frecvență de întrerupere de ~ 1.5 MHz.

Iată semnalul demodulat:

Această tehnică este de fapt mai complicată decât pare, deoarece faza de formă de undă a purtătorului-frecvență a receptorului trebuie sincronizată cu faza purtătoare a emițătorului. Acest lucru este discutat în continuare în pagina 5 a acestui capitol (Înțelegerea demodulării cvadraturii).

Opțiunea 2: Detector de vârf

După cum puteți vedea mai sus în graficul care prezintă forma de undă AM (în albastru) și forma de undă a benzii deplasate (în portocaliu), porțiunea pozitivă a „plicului” AM se potrivește cu semnalul benzii de bază. 

Termenul „înveliș” se referă la variațiile purtătorului în amplitudinea sinusoidală (spre deosebire de variațiile valorii instantanee a formei de undă în sine). Dacă am putea extrage cumva porțiunea pozitivă a plicului AM, am putea reproduce semnalul benzii de bază fără a utiliza un multiplicator.

Se pare că este destul de ușor să convertiți plicul pozitiv într-un semnal normal. Începem cu un detector de vârf, care este doar o diodă urmată de un condensator. 

Dioda se desfășoară atunci când semnalul de intrare este cel puțin ~ 0.7 V peste tensiunea de pe condensator, iar altfel acționează ca un circuit deschis. Astfel, condensatorul menține tensiunea maximă: dacă tensiunea de intrare curentă este mai mică decât tensiunea condensatorului, tensiunea condensatorului nu scade, deoarece dioda cu părtinire inversă împiedică descărcarea.

Cu toate acestea, nu dorim un detector de vârf care să mențină tensiunea de vârf pentru o perioadă lungă de timp. În schimb, dorim un circuit care să păstreze vârful în raport cu variațiile de înaltă frecvență ale formei de undă a purtătorului, dar să nu păstreze vârful în raport cu variațiile de frecvență inferioară ale plicului. Cu alte cuvinte, dorim un detector de vârf care să mențină vârful doar pentru o perioadă scurtă de timp. 

Realizăm acest lucru adăugând o rezistență paralelă care permite condensatorului să se descarce. (Acest tip de circuit se numește „detector de vârf scurgere”, unde „scurgeră” se referă la calea de descărcare oferită de rezistență.) Rezistența este aleasă astfel încât descărcarea să fie suficient de lentă pentru a netezi frecvența purtătorului și suficient de rapidă pentru nu netezesc frecvența plicului.

Iată un exemplu de detector de vârf scurs pentru demodularea AM:

Rețineți că am amplificat semnalul AM cu un factor de cinci pentru a face semnalul de intrare al detectorului de vârf mai mare în raport cu tensiunea înainte a diodei. Următoarea diagramă prezintă rezultatul general pe care încercăm să îl obținem cu detectorul de vârf scurs.

Semnalul final prezintă caracteristica de încărcare / descărcare preconizată:




Un filtru de trecere mică ar putea fi utilizat pentru a netezi aceste variații.

Rezumat

* În LTspice, o sursă arbitrară de tensiune comportamentală poate fi utilizată pentru a crea o formă de undă AM.

* Formele de undă AM pot fi demodulate folosind un multiplicator urmat de un filtru de trecere mică.

* O abordare mai simplă (și cu costuri mai mici) este utilizarea unui detector de vârf scurs, adică un detector de vârf cu rezistență paralelă care permite condensatorului să se descarce într-un ritm adecvat.

Lăsaţi un mesaj 

Lista de mesaje