Si të demoduloni një valë AM

Demodulimi i frekuencës së radios
Mësoni rreth dy qarqeve që mund të nxjerrin informacionin origjinal nga një sinjal bartës i moduluar nga amplituda.

Në këtë pikë ne e dimë se modulimi i referohet modifikimit me qëllim të një sinusoidi të tillë që të mund të mbante informacion me frekuencë më të ulët nga një transmetues në një marrës. Ne gjithashtu kemi mbuluar shumë detaje në lidhje me metodat e ndryshme — amplituda, frekuenca, faza, analoge, dixhitale — e kodimit të informacionit në një valë zgarë.

Por nuk ka asnjë arsye për të integruar të dhënat në një sinjal të transmetuar nëse nuk mund t'i nxjerrim ato të dhëna nga sinjali i marrë, dhe kjo është arsyeja pse ne duhet të studiojmë demodulimin. 

Qarku i demodulimit varion nga diçka aq e thjeshtë sa një detektor i modifikuar i pikut, deri tek diçka aq komplekse sa përmbysja e kuadratit koherent, e kombinuar me algoritme të sofistikuara të deshifrimit të kryera nga një procesor dixhital sinjalesh.

Krijimi i sinjalit
Ne do të përdorim LTspice për të studiuar teknikat për demodulimin e një forme valore të AM. Por para se të demodulojmë kemi nevojë për diçka që modulohet.

Në faqen e modulimit të AM, ne pamë se katër gjëra janë të nevojshme për të gjeneruar një valë të AM. Së pari, ne kemi nevojë për një formë të valës bazë dhe një formë të valës mbajtëse. Atëherë kemi nevojë për një qark që mund të shtojë një kompensim të duhur DC në sinjalin e brezit bazë. 

Dhe së fundi, kemi nevojë për një shumëzues, pasi marrëdhënia matematikore që korrespondon me modulimin e amplitudës është shumëzimi i sinjalit të ndërprerë të bazës bazë nga transportuesi.

Qarku vijues LTspice do të gjenerojë një formë valore të AM.

* V1 është një burim i tensionit të valës sinore prej 1 MHz që siguron sinjalin origjinal të bazës bazë.

* V3 prodhon një valë sinusit 100 MHz për transportuesin.

* Qarku op-amp është një zhvendosës i nivelit (ai gjithashtu zvogëlon amplituda e hyrjes përgjysmë). Sinjali që vjen nga V1 është një valë sinus që lëkundet nga –1 V në +1 V, dhe prodhimi i op-amp është një valë sinus që lëkundet nga 0 V në +1 V.

* B1 është një "burim arbitrar i tensionit të sjelljes". Fusha e saj "vlerë" është një formulë sesa një konstante; në këtë rast formula është sinjali i brezit bazë të zhvendosur shumëzuar me formën e valës bartëse. Në këtë mënyrë B1 mund të përdoret për të kryer modulimin e amplituda.

Këtu është sinjali i ndërprerë i bazës bazë:

Dhe këtu mund të shihni se si korrespondojnë variacionet AM me sinjalin e brezit bazik (d.m.th., gjurmët portokalli që errësohen kryesisht nga forma e valës blu):

Demodulimi

Siç u diskutua në faqen e modulimit AM, operacioni i shumëzimit i përdorur për të kryer modulimin e amplituda ka efektin e transferimit të spektrit të bazës në një brez që rrethon frekuencën pozitive të bartësit (+ fC) dhe frekuencën negative të bartësit (-fC). 

Kështu, ne mund të mendojmë për modulimin e amplitudës si zhvendosjen e spektrit origjinal lart nga fC dhe poshtë nga fC. Kështu që vijon, që shumëzimi i sinjalit të moduluar me frekuencën e bartësit do ta transferojë spektrin përsëri në pozicionin e tij origjinal - d.m.th., ai do të zhvendos spektrin poshtë nga fC, në mënyrë që të përqendrohet edhe një herë rreth 0 Hz.

Opsioni 1: Shumëzimi dhe filtrimi
Skematika LTspice e mëposhtme përfshin një burim demodulues të tensionit të sjelljes arbitrare; B2 shumëfishon sinjalin AM nga transportuesi.

 

Dhe këtu është rezultati:

Kjo përfundimisht nuk duket si e saktë. Nëse zmadhojmë, shohim sa vijon:

Dhe kjo zbulon problemin. Pas modulimit të amplituda, spektri i brezit bazë është përqendruar rreth + fC. Shumëzimi i formës valore të AM nga transportuesi zhvendos spektrin e bazës bazë në 0 Hz, por gjithashtu e zhvendos atë deri në 2fC (në këtë rast 200 MHz), sepse (siç u tha më lart) shumëzimi lëviz spektrin ekzistues lart me fC dhe poshtë me fC .

Shtë e qartë, pra, që shumëzimi vetëm nuk është i mjaftueshëm për demodulimin e duhur. Ajo që na nevojitet është shumëzimi dhe një filtër i ulët; filtri shtyp shtypjen që u zhvendos deri në 2fC. Skematika e mëposhtme përfshin një filtër të kalimit të ulët RC me një frekuencë ndërprerjeje prej 1.5 MHz.

Dhe këtu është sinjali i demoduluar:

Kjo teknikë është në të vërtetë më e komplikuar sesa duket, sepse faza e formës së valës së frekuencës bartëse të marrësit duhet të sinkronizohet me fazën e bartësit të transmetuesit. Kjo diskutohet më tej në faqen 5 të këtij kapitulli (Kuptimi i Zbërthimit të Kuadratit).

Opsioni 2: Detektori i pikut

Siç mund ta shihni më lart në komplotin që tregon formën e valës AM (me ngjyrë blu) dhe formën e valës së zhvendosur në bazën bazë (me portokalli), pjesa pozitive e "zarfit" të AM përputhet me sinjalin e brezit bazë. 

Termi "zarf" i referohet ndryshimeve të transportuesit në amplituda sinusoidale (në krahasim me ndryshimet në vlerën e menjëhershme të vetë formës së valës). Nëse ne mund të ekstraktojmë disi pjesën pozitive të zarfit AM, ne mund të riprodhonim sinjalin e bazës bazë pa përdorur shumëzuesin.

Rezulton se është mjaft e lehtë të shndërrohet zarfi pozitiv në një sinjal normal. Ne fillojmë me një detektor të pikut, i cili është vetëm një diodë e ndjekur nga një kondensator. 

Dioda kryhet kur sinjali hyrës është të paktën 0.7 V mbi tensionin në kondensator, dhe përndryshe vepron si një qark i hapur. Kështu, kondensatori mban tensionin e pikut: nëse tensioni i hyrjes aktuale është më i ulët se tensioni i kondensatorit, tensioni i kondensatorit nuk zvogëlohet sepse dioda me anën e kundërt parandalon shkarkimin.

Sidoqoftë, ne nuk duam një detektor të pikut që do të ruajë tensionin e pikut për një periudhë të gjatë kohore. Në vend të kësaj, ne duam një qark që ruan majën në lidhje me variacionet me frekuencë të lartë të formës së valës së bartësit, por nuk e mban kulmin në raport me variacionet me frekuencë më të ulët të zarfit. Me fjalë të tjera, ne duam një detektor të pikut që mban kulmin vetëm për një periudhë të shkurtër kohe. 

Ne e realizojmë këtë duke shtuar rezistencë paralele që lejon që kondensatori të shkarkohet. (Ky lloj qarkor quhet një "detektor i pikut rrjedhës", ku "rrjedh" i referohet shtegut të shkarkimit të siguruar nga rezistori.) Rezistenca zgjidhet e tillë që shkarkimi të jetë i ngadaltë aq sa të zbut frekuencën e bartësit dhe aq shpejt sa të mos e rregulloni frekuencën e zarfit.

Këtu është një shembull i një detektori të pikut pikues për demodulimin e AM:

Vini re se kam përforcuar sinjalin AM me një faktor prej pesë në mënyrë që sinjali i hyrjes së detektorit të pikut të bëhet më i madh në lidhje me tensionin përpara të diodës. Komploti i mëposhtëm përcjell rezultatin e përgjithshëm që ne po përpiqemi të arrijmë me detektorin e pikut rrjedh.

Sinjali përfundimtar tregon karakteristikën e pritshme / shkarkimit të pritur:




Një filtër me kalim të ulët mund të përdoret për të qetësuar këto ndryshime.

përmbledhje

* Në LTspice, një burim arbitrar i tensionit të sjelljes mund të përdoret për të krijuar një formë të valës AM.

* Format e valëve AM mund të demodulohen duke përdorur një shumëzues të ndjekur nga një filtër me kalim të ulët.

* Një qasje më e thjeshtë (dhe me kosto më të ulët) është përdorimi i një detektori piku rrjedh, dmth, një detektor i pikut me rezistencë paralele që lejon kondensatorin të shkarkojë në një shkallë të përshtatshme.

Lini një mesazh 

Lista mesazh