Si të demoduloni një valë FM

Demodulimi i frekuencës së radios
Mësoni rreth dy teknikave për rikuperimin e sinjalit të brezit bazë nga një transportues i moduluar me frekuencë.

Modulimi i frekuencës ofron performancë të përmirësuar mbi modulimin e amplituda, por është disi më e vështirë të nxirret informacioni origjinal nga një formë e valës FM. Ka disa mënyra të ndryshme për të demoduluar FM; në këtë faqe do të diskutojmë dy. Njëra nga këto është mjaft e drejtpërdrejtë, dhe tjetra është më komplekse.

Krijimi i sinjalit
Si në Si të Demodulojmë një Waveform AM, ne do të përdorim LTspice për të eksploruar demodulimin FM, dhe përsëri duhet të bëjmë së pari modulimin e frekuencës në mënyrë që të kemi diçka për të demoduluar. 

Nëse e shikoni përsëri faqen në modulimin e frekuencës analoge, do të shihni se marrëdhënia matematikore është më pak e drejtpërdrejtë se ajo e modulimit të amplituda. 

Me AM, thjesht shtuam një kompensim dhe më pas kryem shumëzimin e zakonshëm. Me FM, ne duhet të shtojmë vlera të ndryshme vazhdimisht në sasinë brenda një funksioni sinus (ose kosinologjik), dhe për më tepër, këto vlera që ndryshojnë vazhdimisht nuk janë sinjali i bazës bazë, por përkundrazi integrali i sinjalit të brezit bazë.

Si pasojë, ne nuk mund të gjenerojmë një formë valë FM duke përdorur një burim arbitrar të tensionit të sjelljes dhe një marrëdhënie të thjeshtë matematikore, siç kemi bërë me AM. Megjithatë, rezulton se është në të vërtetë më e lehtë të gjenerosh një sinjal FM. Ne thjesht përdorim opsionin SFFM për një burim normal të tensionit:

"Qarku" i mëposhtëm është gjithçka që na nevojitet për krijimin e një forme valore FM të përbërë nga një bartës 10 MHz dhe një sinjal sinusoidal me bazë MHz 1 MHz:




Vini re se indeksi i modulimit është pesë; një indeks më i lartë i modulimit e bën më të lehtë për të parë ndryshimet e frekuencës. Komploti i mëposhtëm tregon formën e valës së krijuar nga burimi i tensionit SFFM.

Demodulimi: Filtri me një kalim të lartë
Teknika e parë e demodulimit që do të shikojmë fillon me një filtër të kalimit të lartë. Ne do të supozojmë se kemi të bëjmë me ngushtësi FM. Ne kemi nevojë për të hartuar filtrin e kalimit të lartë, në mënyrë që dobësimi të ndryshojë në mënyrë të konsiderueshme brenda një brezi frekuencash, gjerësia e të cilit është dy herë gjerësia e brezit të sinjalit të brezit bazë. Le ta shqyrtojmë këtë koncept më hollësisht.

Sinjali i marrë FM do të ketë një spektër që ka në qendër rreth frekuencës së bartësit. Gjerësia e spektrit është afërsisht e barabartë me dy herë gjerësinë e brezit të sinjalit të brezit bazë; faktori i dy rezulton nga zhvendosja e frekuencave pozitive dhe negative të brezit bazë, dhe është "përafërsisht" e barabartë sepse integrimi i aplikuar në sinjalin e brezit bazë mund të ndikojë në formën e spektrit të moduluar. 

Kështu që, frekuenca më e ulët në sinjalin e moduluar është afërsisht e barabartë me frekuencën bartëse minus frekuencën më të lartë në sinjalin e brezit bazë, dhe frekuenca më e lartë në sinjalin e moduluar është afërsisht e barabartë me frekuencën e bartësit plus frekuencën më të lartë në sinjalin e brezit bazë.

Filtri ynë i kalimit të lartë duhet të ketë një përgjigje të frekuencës që bën që frekuenca më e ulët në sinjalin e moduluar të dobësohet dukshëm më shumë sesa frekuenca më e lartë në sinjalin e moduluar. Nëse e aplikojmë këtë filtër në një formë valë FM, cili do të jetë rezultati? Do të jetë diçka e tillë:

Kjo komplot tregon si formën fillestare të valës FM dhe formën e valës së filtruar me kalim të lartë, për qëllime të krahasimit. Komploti tjetër tregon vetëm formën e valës së filtruar, në mënyrë që ta shihni më qartë.

Me aplikimin e filtrit, ne e kemi shndërruar modulimin e frekuencës në modulim amplituda. Kjo është një qasje e përshtatshme për demodulimin e FM, sepse na lejon të përfitojmë nga qark i detektorëve zarf që është zhvilluar për t’u përdorur me modulim të amplitudës. Filtri i përdorur për të prodhuar këtë formë të valës nuk ishte gjë tjetër veçse një kalim i lartë RC me një frekuencë ndërprerjeje afërsisht të barabartë me frekuencën e transportuesit.

Zhurma e Amplituda

Thjeshtësia e kësaj skeme demodulimi natyrisht na bën të mendojmë se nuk është opsioni me performancë më të lartë, dhe në fakt kjo qasje ka një dobësi të madhe: është e ndjeshme ndaj ndryshimeve të amplituda. 

Sinjali i transmetuar do të ketë një zarf të vazhdueshëm sepse modulimi i frekuencës nuk përfshin ndryshime në amplituda e transportuesit, por sinjali i pranuar nuk do të ketë një zarf të vazhdueshëm sepse amplituda ndikohet në mënyrë të pashmangshme nga burimet e gabimit.

Si pasojë, ne nuk mund të krijojmë një demodulator të pranueshëm FM thjesht duke shtuar një filtër të kalimit të lartë në një demodulator AM. Ne gjithashtu kemi nevojë për një kufizues, i cili është një qark që zbut variacionet e amplitudës duke kufizuar sinjalin e marrë në një amplitudë të caktuar. 

Ekzistenca e këtij ilaçi të thjeshtë dhe efektiv për ndryshimet në amplituda i mundëson FM të ruajë qëndrueshmërinë e saj më të madhe (krahasuar me AM) kundër zhurmës së amplitudës: Ne nuk mund të përdorim një kufizues me sinjalet AM sepse kufizimi i amplitencës korrupton informacionin e koduar në transportues. FM, nga ana tjetër, i kodon të gjitha informacionet në karakteristikat e përkohshme të sinjalit të transmetuar.

Demodulimi: Lak-Faza e Bllokuar
Një lak i bllokuar fazor (PLL) mund të përdoret për të krijuar një qark kompleks por me performancë të lartë për demodulimin FM. Një PLL mund të “mbyllet” mbi frekuencën e një forme valore në hyrje. Kjo e bën këtë duke kombinuar një detektor fazor, një filtër të ulët-kalimit (aka "filtër lak") dhe një oshilator të kontrolluar nga voltazhi (VCO) në një sistem reagimi negativ, si më poshtë:

Pasi të jetë bllokuar PLL, ajo mund të krijojë një sinusoid dalës që ndjek ndryshime të frekuencës në sinusoidin hyrës. Kjo formë e valës së daljes do të merret nga prodhimi i VCO. 

Në një aplikim të demodulatorit FM, megjithatë, nuk kemi nevojë për një sinusoid dalës që ka të njëjtën frekuencë me sinjalin hyrës. Në vend të kësaj, ne përdorim daljen nga filtri i lakut si një sinjal të demoduluar. Le të shohim pse kjo është e mundur.

Detektori i fazës prodhon një sinjal që është në përpjesëtim me ndryshimin e fazës midis formës së valës hyrëse dhe daljes së VCO. Filtri i lakit zbut këtë sinjal, i cili më pas bëhet sinjali i kontrollit për VCO. 

Kështu, nëse frekuenca e sinjalit hyrës vazhdimisht rritet dhe zvogëlohet, sinjali i kontrollit VCO duhet të rritet dhe të ulet në përputhje me rrethanat për të siguruar që frekuenca e daljes VCO mbetet e barabartë me frekuencën e hyrjes. Me fjalë të tjera, prodhimi i filtrit të lakut është një sinjal, ndryshimet e amplituda e të cilit korrespondojnë me ndryshimet e hyrjes-frekuencës. Kjo është se si një PLL realizon demodulimin e frekuencës.

përmbledhje

* Në LTspice, një sinusoid i moduluar me frekuencë mund të gjenerohet duke përdorur opsionin SFFM për burime standarde të tensionit.

* Një teknikë e thjeshtë dhe efektive e demodulimit FM përfshin një filtër të kalimit të lartë (për shndërrim FM-në-AM) i ndjekur nga një demodulues AM.

* Një zhvendosës FM me bazë të lartë të filtrit paraprihet nga një kufizues për të parandaluar ndryshimet e amplituda nga kontribuimi i gabimit në sinjalin e demoduluar.

* Një lak i bllokuar fazor mund të përdoret për të arritur deodulimin FM me performancë të lartë. Përdorimi i PLL me qark të integruar e bën këtë qasje më pak komplekse sesa mund të duket.

Lini një mesazh 

Lista mesazh