Kā demonstrēt FM viļņu formu

Radiofrekvences demodulācija
Uzziniet par divām metodēm pamatjoslas signāla atgūšanai no frekvences modulēta nesēja.

Frekvences modulācija piedāvā uzlabotu sniegumu salīdzinājumā ar amplitūdas modulāciju, taču sākotnējo informāciju no FM viļņu formas ir nedaudz grūtāk iegūt. Ir daži dažādi veidi, kā demodulēt FM; šajā lapā mēs apspriedīsim divus. Viens no tiem ir diezgan vienkāršs, bet otrs - sarežģītāks.

Signāla izveidošana
Tāpat kā sadaļā Demodulate AM Waveform, mēs izmantosim LTspice, lai izpētītu FM demodulāciju, un atkal mums vispirms jāveic frekvences modulācija, lai mums būtu ko demodulēt. 

Ja atskatīsities uz lapu par analogās frekvences modulāciju, jūs redzēsit, ka matemātiskā saistība ir mazāk viennozīmīga nekā amplitūdas modulācija. 

Ar AM mēs vienkārši pievienojām nobīdi un pēc tam veicām parasto reizināšanu. Ar FM mums ir jāpievieno nepārtraukti mainīgas vērtības sinusozes (vai kosinusa) funkcijas iekšpusē, turklāt šīs nepārtraukti mainīgās vērtības nav pamata joslas signāls, bet gan pamatjoslas signāla neatņemama sastāvdaļa.

Līdz ar to mēs nevaram ģenerēt FM viļņu formu, izmantojot patvaļīgu uzvedības sprieguma avotu un vienkāršas matemātiskas attiecības, kā mēs to darījām ar AM. Tomēr izrādās, ka patiesībā ir vieglāk ģenerēt FM signālu. Parasta sprieguma avotam mēs vienkārši izmantojam SFFM opciju:

Šī “ķēde” ir viss, kas mums nepieciešams, lai izveidotu FM viļņu formu, kas sastāv no 10 MHz nesēja un 1 MHz sinusoidālas bāzes joslas signāla:




Ņemiet vērā, ka modulācijas indekss ir pieci; lielāks modulācijas indekss ļauj vieglāk redzēt frekvences izmaiņas. Nākamais grafiks parāda SFFM sprieguma avota radīto viļņu formu.

Demodulācija: augstās caurlaides filtrs
Pirmais demodulācijas paņēmiens, kuru mēs apskatīsim, sākas ar augstās caurlaides filtru. Mēs pieņemsim, ka mums ir darīšana ar šaurjoslas FM. Augstfrekvences filtrs jāprojektē tā, lai vājināšanās ievērojami atšķirtos frekvenču joslā, kuras platums ir divreiz lielāks par bāzes joslas signāla joslas platumu. Izpētīsim šo jēdzienu rūpīgāk.

Saņemtajam FM signālam būs spektrs, kura centrā ir nesējfrekvence. Spektra platums ir aptuveni vienāds ar divkāršu pamatjoslas signāla joslas platumu; divu koeficientu iegūst no pozitīvās un negatīvās bāzes joslas frekvences nobīdes, un tas ir “aptuveni” vienāds, jo bāzes joslas signālam piemērota integrācija var ietekmēt modulētā spektra formu. 

Tādējādi zemākā modulētā signāla frekvence ir aptuveni vienāda ar nesējfrekvenci, no kuras atskaitīta augstākā frekvence pamatjoslas signālā, un augstākā modulētā signāla frekvence ir aptuveni vienāda ar nesējfrekvenci plus augstāko frekvenci bāzes joslas signālā.

Mūsu augstās caurlaides filtram ir jābūt frekvences reakcijai, kuras dēļ modulētā signāla zemākā frekvence tiek vājināta ievērojami vairāk nekā modulētā signāla augstākā frekvence. Kāds būs rezultāts, ja mēs piemērosim šo filtru FM viļņu formai? Tas būs kaut kas līdzīgs šim:

Šajā grafikā ir parādīta gan sākotnējā FM viļņu forma, gan augstfrekvences filtrētā viļņu forma salīdzināšanas nolūkā. Nākamais grafiks parāda tikai filtrēto viļņu formu, lai jūs to varētu labāk redzēt.

Izmantojot filtru, mēs esam pārvēruši frekvences modulāciju amplitūdas modulācijā. Šī ir ērta pieeja FM demodulācijai, jo tā ļauj mums gūt labumu no aplokšņu detektora shēmām, kas ir izstrādātas lietošanai ar amplitūdas modulāciju. Šīs viļņu formas iegūšanai izmantotais filtrs nebija nekas vairāk kā RC augstās caurlaides spēja ar izslēgšanas frekvenci, kas aptuveni vienāda ar nesējfrekvenci.

Trokšņi amplitūdā

Šīs demodulācijas shēmas vienkāršība, protams, liek domāt, ka tā nav visaugstākās veiktspējas iespēja, un patiesībā šai pieejai patiešām ir būtisks vājums: tā ir jutīga pret amplitūdas variācijām. 

Pārraidītajam signālam būs nemainīga aploksne, jo frekvences modulācija neietver pārvadātāja amplitūdas izmaiņas, bet saņemtajam signālam nebūs konstanta aploksne, jo amplitūdu neizbēgami ietekmē kļūdu avoti.

Līdz ar to mēs nevaram noformēt pieņemamu FM demodulatoru, vienkārši pievienojot AM demodulatoram augstas caurlaides filtru. Mums ir nepieciešams arī ierobežotājs, kas ir ķēde, kas mazina amplitūdas izmaiņas, ierobežojot saņemto signālu līdz noteiktai amplitūdai. 

Šī vienkāršā un efektīvā amplitūdas izmaiņu novēršanas līdzekļa esamība ļauj FM saglabāt tā lielāku (salīdzinājumā ar AM) noturību pret amplitūdas troksni: Mēs nevaram izmantot ierobežotāju ar AM signāliem, jo ​​amplitūdas ierobežošana sabojā pārvadātājā kodēto informāciju. FM, no otras puses, kodē visu informāciju pārraidītā signāla laikā.

Demodulācija: slēgtā fāze
Fāzes bloķētu cilpu (PLL) var izmantot, lai izveidotu sarežģītu, bet augstas veiktspējas shēmu FM demodulācijai. PLL var “fiksēt” ienākošās viļņu formas frekvenci. Tas tiek darīts, apvienojot fāzu detektoru, zemas caurlaidības filtru (sauktu arī par “cilpas filtru”) un ar spriegumu kontrolētu oscilatoru (VCO) negatīvās atgriezeniskās saites sistēmā:

Pēc tam, kad PLL ir bloķēts, tas var izveidot izvades sinusoīdu, kas seko ienākošā sinusoīda frekvences izmaiņām. Šo izejas viļņu formu ņem no VCO izejas. 

Tomēr FM demodulatora lietojumprogrammā mums nav nepieciešams izejas sinusoids, kura frekvence ir tāda pati kā ieejas signālam. Tā vietā mēs izmantojam cilpas filtra izvadi kā demodulētu signālu. Apskatīsim, kāpēc tas ir iespējams.

Fāzes detektors rada signālu, kas ir proporcionāls fāzu starpībai starp ienākošo viļņu formu un VCO izeju. Cilpas filtrs izlīdzina šo signālu, kas pēc tam kļūst par VCO vadības signālu. 

Tādējādi, ja ienākošā signāla frekvence pastāvīgi palielinās un samazinās, VCO vadības signālam ir attiecīgi jāpalielinās un jāsamazinās, lai nodrošinātu, ka VCO izejas frekvence paliek vienāda ar ieejas frekvenci. Citiem vārdiem sakot, cilpas filtra izeja ir signāls, kura amplitūdas variācijas atbilst ieejas frekvences variācijām. Tas ir veids, kā PLL veic frekvences demodulāciju.

Kopsavilkums

* LTspice var izmantot frekvences modulētu sinusoīdu, izmantojot SFFM opciju standarta sprieguma avotiem.

* Vienkāršs un efektīvs FM demodulācijas paņēmiens ietver augstās caurlaides filtru (FM-AM-AM konvertēšanai), kam seko AM demodulators.

* Augstas caurlaides spēka filtru balstītam FM demodulatoram ir ierobežotājs, kas novērš amplitūdas svārstības no tā, ka kļūdas rada demodulētu signālu.

* Lai panāktu augstas veiktspējas FM demodulāciju, var izmantot fāzes bloķētu cilpu. Integrētās shēmas PLL izmantošana padara šo pieeju mazāk sarežģītu, nekā varētu šķist.

Atstāj ziņu 

Message saraksts