Paano Demodulate ang isang AM Waveform

Demodulasyon ng Dalas ng Radyo
Alamin ang tungkol sa dalawang mga circuit na maaaring kunin ang orihinal na impormasyon mula sa isang amplitude-modulated signal carrier.

Sa puntong ito alam natin na ang modyul ay tumutukoy sa sinasadyang pagbabago ng isang sinusoid sa gayon ay maaaring magdala ito ng mas mababang impormasyon na dalas mula sa isang transmitter hanggang sa isang tatanggap. Nakasaklaw din namin ang maraming mga detalye na may kaugnayan sa iba't ibang mga pamamaraan — amplitude, dalas, phase, analog, digital - ng impormasyon sa pag-encode sa isang carrier wave.

Ngunit walang dahilan upang pagsamahin ang data sa isang ipinadala na signal kung hindi namin makuha ang data na iyon mula sa natanggap na signal, at ito ang dahilan kung bakit kailangan nating pag-aralan ang demodulasyon. 

Ang demodulasyon circuitry ay saklaw mula sa isang bagay bilang simple bilang isang nabagong rurok na detector sa isang bagay na kumplikado bilang magkakaugnay na pagkabagabag sa pagkabagsak na pagkakasunud-sunod na pagsasama sa sopistikadong mga pag-decode ng algorithm na isinagawa ng isang digital signal processor.

Paglikha ng Signal
Gagamitin namin ang LTspice upang pag-aralan ang mga diskarte para sa pag-demodulate ng AM waveform. Ngunit bago tayo mag-demodulate kailangan natin ng isang bagay na na-modulate.

Sa pahina ng mod ng AM, nakita namin na apat na bagay ang kinakailangan upang makabuo ng isang AM waveform. Una, kailangan namin ng isang baseband waveform at isang carrier waveform. Pagkatapos ay kailangan namin ng isang circuit na maaaring magdagdag ng isang naaangkop na DC offset sa signal ng baseband. 

At sa wakas, kailangan namin ng isang multiplier, dahil ang ugnayan sa matematika na nauugnay sa modyul ng amplitude ay pinararami ang binagong signal ng baseband ng carrier.

Ang sumusunod na circuit ng LTspice ay bubuo ng isang AM waveform.

* Ang V1 ay isang mapagkukunang boltahe ng alon ng 1 MHz na nagbibigay ng orihinal na signal ng baseband.

* Ang V3 ay gumagawa ng isang 100 MHz sine wave para sa carrier.

* Ang circuit ng op-amp ay isang antas ng shifter (binabawasan din nito ang kalahati ng input sa kalahati). Ang signal na nagmumula sa V1 ay isang sine wave na nagbabago mula –1 V hanggang +1 V, at ang output ng op-amp ay isang sine wave na bumabaling mula 0 V hanggang +1 V.

* Ang B1 ay isang "di-makatwirang mapagkukunan ng boltahe ng pag-uugali." Ang patlang na "halaga" nito ay isang pormula sa halip na isang palagi; sa kasong ito ang pormula ay ang naka-shift na signal ng baseband na pinarami ng waveform ng carrier. Sa ganitong paraan maaaring magamit ang B1 upang maisagawa ang modyul ng amplitude.

Narito ang naka-shift na signal ng baseband:

At makikita mo kung paano tumutugma ang mga pagkakaiba-iba ng AM sa signal ng baseband (ibig sabihin, ang orange na bakas na kadalasang nakakubkob ng asul na alon):

Demodulation

Tulad ng napag-usapan sa pahina ng mod ng AM, ang pagpapatakbo ng pagpaparami na ginamit upang maisagawa ang module ng amplitude ay may epekto ng paglilipat ng spektrum ng baseband sa isang band na nakapaligid sa positibong dalas ng carrier (+ fC) at ang negatibong dalas ng carrier (–fC). 

Sa gayon, maaari nating isipin ang modyul ng amplitude bilang paglilipat ng orihinal na spectrum pataas sa pamamagitan ng fC at pababa ng fC. Kasunod nito, kung gayon, ang pagpaparami ng modulated signal ng dalas ng carrier ay ililipat ang spectrum pabalik sa orihinal na posisyon nito - ibig sabihin, ibabalik nito ang spectrum pababa hanggang sa fC tulad na ito ay muling nasentro sa paligid ng 0 Hz.

Pagpipilian 1: Pagpaparami at Pagsala
Ang sumusunod na iskema sa LTspice ay nagsasama ng isang demodulate arbitrary na pag-uugali ng boltahe ng pag-uugali; Ang B2 ay nagpaparami ng AM signal ng carrier.

 

At narito ang resulta:

Ito ay tiyak na hindi mukhang tama. Kung mag-zoom in kami, nakikita namin ang sumusunod:

At inihayag nito ang problema. Matapos ang module ng amplitude, ang spektrum ng baseband ay nakasentro sa paligid ng + fC. Ang pagpaparami ng AM waveform ng carrier ay nagbabago ng baseband spectrum hanggang sa 0 Hz, ngunit pinalilipat din nito hanggang sa 2fC (sa kasong ito 200 MHz), dahil (tulad ng nakasaad sa itaas) ang pagpaparami ay gumagalaw sa umiiral na spectrum up ng fC at pababa ng fC .

Kung gayon, malinaw na ang pagpaparami lamang ay hindi sapat para sa wastong demodulasyon. Ang kailangan namin ay pagpaparami at isang mababang pass pass; pinigilan ng filter ang spectrum na inilipat hanggang sa 2fC. Ang sumusunod na eskematiko ay may kasamang isang RC low-pass filter na may cutoff frequency na ~ 1.5 MHz.

At narito ang demodulated signal:

Ang pamamaraan na ito ay talagang mas kumplikado kaysa sa lilitaw dahil ang yugto ng alon-dalas na alon ng tagatanggap ng tagatanggap ay dapat na naka-synchronize sa yugto ng carrier ng transmiter. Ito ay tatalakayin pa sa pahina 5 ng kabanatang ito (Pag-unawa sa Quadrature Demodulation).

Pagpipilian 2: Peak Detector

Tulad ng nakikita mo sa itaas sa isang balangkas na nagpapakita ng AM waveform (sa asul) at ang nagbabago na baseband waveform (sa orange), ang positibong bahagi ng AM "sobre" ay tumutugma sa signal ng baseband. 

Ang salitang "sobre" ay tumutukoy sa mga pagkakaiba-iba ng carrier sa sinusoidal amplitude (kumpara sa mga pagkakaiba-iba sa instant na halaga ng alon mismo). Kung maaari nating kunin ang positibong bahagi ng AM sobre, maaari nating kopyahin ang signal ng baseband nang hindi gumagamit ng multiplier.

Ito ay lumilitaw na medyo madaling i-convert ang positibong sobre sa isang normal na signal. Nagsisimula kami sa isang detektor ng rurok, na kung saan ay isang diode lamang na sinusundan ng isang kapasitor. 

Ang diode ay nagsasagawa kapag ang input signal ay hindi bababa sa ~ 0.7 V sa itaas ng boltahe sa kapasitor, at kung hindi man ito ay gumaganap tulad ng isang bukas na circuit. Kaya, pinapanatili ng capacitor ang tugatog na boltahe: kung ang kasalukuyang boltahe ng input ay mas mababa kaysa sa boltahe ng kapasitor, ang boltahe ng kapasitor ay hindi bumababa dahil ang reverse-bias na diode ay pinipigilan ang paglabas.

Gayunpaman, hindi namin nais na ang isang detektor ng rurok na magpapanatili ng tugatog na boltahe sa mahabang panahon. Sa halip, nais namin ang isang circuit na nagpapanatili ng ranggo ng kamag-anak sa mataas na dalas ng mga pagkakaiba-iba ng alon ng carrier, ngunit hindi napapanatili ang rurok na kamag-anak sa mas mababang mga dalas ng pagkakaiba-iba ng sobre. Sa madaling salita, nais namin ang isang detektor ng rurok na humahawak sa rurok lamang sa isang maikling panahon. 

Nakakamit namin ito sa pamamagitan ng pagdaragdag ng kahanay na pagtutol na nagbibigay-daan sa paglabas ng kapasitor. (Ang uri ng circuit na ito ay tinatawag na "leaky peak detector," kung saan ang "leaky" ay tumutukoy sa landas ng paglabas na ibinigay ng risistor.) Ang pagtutol ay pinili tulad ng paglabas ay sapat na mabagal upang pakinisin ang dalas ng carrier at sapat nang mabilis sa hindi pakinisin ang dalas ng sobre.

Narito ang isang halimbawa ng isang leaky peak detector para sa AM demodulation:

Tandaan na pinalakas ko ang signal ng AM sa pamamagitan ng isang kadahilanan ng limang upang gawing mas malaki ang signal ng input ng detektor ng rurok na may kaugnayan sa pasulong na boltahe ng diode. Ang sumusunod na balangkas ay nagbibigay ng pangkalahatang resulta na sinusubukan nating makamit kasama ang leaky peak detector.

Ang panghuling signal ay nagpapakita ng inaasahang pagsingil / paglabas ng katangian:




Ang isang mababang-pass filter ay maaaring magamit upang pakinisin ang mga pagkakaiba-iba.

Buod

* Sa LTspice, ang isang di-makatwirang mapagkukunan ng boltahe ng pag-uugali ay maaaring magamit upang lumikha ng isang AM waveform.

* Ang mga waveform ng AM ay maaaring mai-demodulated gamit ang isang multiplier na sinusundan ng isang mababang-pass na filter.

* Ang isang mas simple (at mas murang) diskarte ay ang paggamit ng isang leaky peak detector, ibig sabihin, isang peak detector na may kahanay na pagtutol na nagbibigay-daan sa capacitor na mag-discharge sa isang naaangkop na rate.

Mag-iwan ng mensahe 

Listahan ng Mensahe