Kā demonstrēt AM viļņu formu

Radiofrekvences demodulācija
Uzziniet par divām ķēdēm, kuras var iegūt oriģinālo informāciju no amplitūdas modulētā nesēja signāla.

Šajā brīdī mēs zinām, ka modulācija attiecas uz sinusoīda apzinātu modificēšanu tā, lai tā varētu pārvadāt zemākas frekvences informāciju no raidītāja uz uztvērēju. Mēs esam apskatījuši arī daudzas detaļas, kas saistītas ar informācijas nesēja viļņa kodēšanas dažādajām metodēm - amplitūdu, frekvenci, fāzi, analogo, digitālo.

Bet nav iemesla integrēt datus pārraidītajā signālā, ja mēs šos datus nevaram iegūt no saņemtā signāla, un tāpēc mums ir jāpēta demodulācija. 

Demodulācijas shēma svārstās no kaut kas tik vienkāršs kā modificēts pīķa detektors līdz kaut kas tik sarežģīts kā koherenta kvadrātu lejupvērsta konvertēšana apvienojumā ar sarežģītiem dekodēšanas algoritmiem, ko veic digitālais signāla procesors.

Signāla izveidošana
Mēs izmantosim LTspice, lai izpētītu paņēmienus AM viļņu formas modulēšanai. Bet pirms demodulācijas mums ir nepieciešams kaut kas modulēts.

AM modulācijas lapā mēs redzējām, ka AM viļņu formas ģenerēšanai ir vajadzīgas četras lietas. Pirmkārt, mums ir nepieciešama bāzes joslas viļņu forma un nesējviļņu forma. Tad mums ir nepieciešama ķēde, kas bāzes joslas signālam var pievienot atbilstošu līdzstrāvas nobīdi. 

Un, visbeidzot, mums ir nepieciešams reizinātājs, jo matemātiskās attiecības, kas atbilst amplitūdas modulācijai, reizina pārvietoto bāzes joslas signālu ar nesēju.

Sekojošā LTspice shēma ģenerēs AM viļņu formu.

* V1 ir 1 MHz sinusoidālo spriegumu avots, kas nodrošina sākotnējo bāzes joslas signālu.

* V3 nesējam rada 100 MHz sinusoidālo vilni.

* Op-amp ķēde ir līmeņa mainītājs (tas arī samazina ieejas amplitūdu uz pusi). Signāls, kas nāk no V1, ir sinusoidāls vilnis, kas svārstās no –1 V līdz +1 V, un op-amp izvade ir sinusoidāls vilnis, kas svārstās no 0 V līdz +1 V.

* B1 ir “patvaļīgs uzvedības sprieguma avots”. Tā “vērtības” lauks ir formula, nevis konstante; šajā gadījumā formula ir nobīdīts bāzes joslas signāls, kas reizināts ar nesēja viļņu formu. Tādā veidā B1 var izmantot amplitūdas modulācijas veikšanai.

Šeit ir nobīdīts bāzes joslas signāls:

Un šeit jūs varat redzēt, kā AM variācijas atbilst pamatjoslas signālam (ti, oranžajai pēdai, kuru lielākoties aizēno zilā viļņu forma):

demodulācijas

Kā apskatīts AM modulācijas lapā, reizināšanas operācijai, ko izmanto amplitūdas modulācijas veikšanai, bāzes joslas spektrs tiek pārnests uz joslu, kas apņem pozitīvo nesējfrekvenci (+ fC) un negatīvo nesējfrekvenci (–fC). 

Tādējādi mēs varam domāt par amplitūdas modulāciju kā sākotnējā spektra novirzīšanu uz augšu par fC un uz leju par fC. No tā izriet, ka, reizinot modulēto signālu ar nesējfrekvenci, spektrs tiks nodots atpakaļ sākotnējā stāvoklī, ti, tas nobīdīs spektru uz leju par fC tā, lai atkal būtu centrēts ap 0 Hz.

1. variants: reizināšana un filtrēšana
Sekojošajā LTspice shēmā ir ietverts patvaļīgas uzvedības sprieguma avota demodulēšana; B2 reizina AM signālu ar nesēju.

 

Un šeit ir rezultāts:

Tas noteikti neizskatās pareizi. Ja tuvinātu, mēs redzam sekojošo:

Un tas atklāj problēmu. Pēc amplitūdas modulācijas pamatjoslas spektrs ir centrēts ap + fC. Reizinot AM viļņu formu ar nesēju, pamatjoslas spektrs tiek nobīdīts līdz 0 Hz, bet tas tiek nobīdīts arī līdz 2fC (šajā gadījumā 200 MHz), jo (kā minēts iepriekš) reizināšana esošo spektru pārvieto uz augšu par fC un uz leju ar fC. .

Tad ir skaidrs, ka ar reizināšanu vien nepietiek, lai pareizi demodulētu. Mums ir nepieciešams reizinājums un zemas caurlaidības filtrs; filtrs nomāc spektru, kas tika nobīdīts līdz 2fC. Šajā shēmā ir ietverts RC zemfrekvences filtrs ar izslēgšanas frekvenci ~ 1.5 MHz.

Un šeit ir demodulēts signāls:

Šis paņēmiens faktiski ir sarežģītāks, nekā šķiet, jo uztvērēja nesējfrekvences viļņu fāze ir jāsinhronizē ar raidītāja nesēja fāzi. Tas ir sīkāk apskatīts šīs nodaļas 5. lappusē (izpratne par kvadrātu demodulāciju).

2. risinājums: pīķa detektors

Kā redzat iepriekš diagrammā, kurā parādīta AM viļņa forma (zilā krāsā) un mainītā bāzes joslas viļņa forma (oranžā krāsā), AM “aploksnes” pozitīvā daļa atbilst pamatjoslas signālam. 

Termins “apvalks” attiecas uz nesēja sinusoidālās amplitūdas variācijām (pretstatā pašas viļņu formas momentānās vērtības variācijām). Ja mēs kaut kā varētu iegūt AM aploksnes pozitīvo daļu, mēs varētu reproducēt bāzes joslas signālu, neizmantojot reizinātāju.

Izrādās, ka ir diezgan viegli pārveidot pozitīvo aploksni normālā signālā. Mēs sākam ar maksimumu detektoru, kas ir tikai diode, kam seko kondensators. 

Diode tiek vadīta, ja ieejas signāls ir vismaz ~ 0.7 V virs sprieguma uz kondensatora, un pretējā gadījumā tas darbojas kā atvērta ķēde. Tādējādi kondensators uztur maksimālo spriegumu: ja pašreizējais ieejas spriegums ir zemāks par kondensatora spriegumu, kondensatora spriegums nesamazinās, jo apgriezti nobīdes diode novērš izlādi.

Tomēr mēs nevēlamies maksimuma detektoru, kas ilgu laiku saglabā maksimālo spriegumu. Tā vietā mēs vēlamies ķēdi, kas saglabā maksimumu attiecībā pret nesējviļņu augstfrekvences variācijām, bet neiztur maksimumu attiecībā pret apvalka zemākās frekvences variācijām. Citiem vārdiem sakot, mēs vēlamies maksimumu detektoru, kas maksimumu notur tikai īsu laika posmu. 

Mēs to panākam, pievienojot paralēlu pretestību, kas ļauj kondensatoram izlādēties. (Šāda veida shēmas sauc par “caurspīdīgu maksimumu detektoru”, kur “caurlaidīgs” attiecas uz izlādes ceļu, ko nodrošina rezistors.) Pretestība tiek izvēlēta tā, lai izlāde būtu pietiekami lēna, lai izlīdzinātu nesējfrekvenci, un pietiekami ātra, lai neizlīdziniet aploksnes frekvenci.

Šeit ir noplūdušu maksimumu detektora piemērs AM demodulācijai:

Ņemiet vērā, ka esmu pastiprinājis AM signālu ar koeficientu pieci, lai maksimuma detektora ieejas signāls būtu lielāks attiecībā pret diodes priekšējo spriegumu. Šis diagramma parāda vispārējo rezultātu, ko mēs cenšamies sasniegt ar noplūdušo maksimumu detektoru.

Galīgais signāls parāda paredzamo lādēšanas / izlādes raksturlielumu:




Lai izlīdzinātu šīs variācijas, var izmantot zemas caurlaidības filtru.

Kopsavilkums

* LTspice AM viļņu formas izveidošanai var izmantot patvaļīgu uzvedības sprieguma avotu.

* AM viļņu formas var demodulēt, izmantojot reizinātāju, kam seko zemas caurlaidības filtrs.

* Vienkāršāka (un lētāka) pieeja ir izmantot noplūdušu maksimumu detektoru, ti, maksimumu detektoru ar paralēlu pretestību, kas kondensatoram ļauj izlādēties ar atbilstošu ātrumu.

Atstāj ziņu 

Message saraksts