Kuidas demonstreerida AM-i lainekuju

Raadiosageduse demonstratsioon
Siit saate teada kahe vooluahela kohta, mille abil saab algteavet amplituudmoduleeritud kandesignaalist eraldada.

Sel hetkel teame, et modulatsioon tähendab siinuse tahtlikku modifitseerimist selliselt, et see suudab edastada madalama sagedusega teavet saatjalt vastuvõtjale. Samuti oleme katnud palju üksikasju, mis on seotud kandelaine teabe kodeerimise erinevate meetoditega - amplituud, sagedus, faas, analoog, digitaalne.

Kuid andmete edastamiseks edastatud signaali integreerimiseks pole põhjust, kui me ei saa neid andmeid vastuvõetud signaalist ekstraheerida, ja seetõttu peame uurima demodulatsiooni. 

Demoduleerimisskeemid ulatuvad lihtsast modifitseeritud piigidetektorist keerukate kui koherentsete kvadratuuride alamkonversioonideni koos keerukate dekodeerimisalgoritmidega, mida viivad läbi digitaalne signaaliprotsessor.

Signaali loomine
Me kasutame LTspice AM-i lainekuju demoduleerimise tehnikate uurimiseks. Kuid enne demodulatsiooni vajame midagi, mis on moduleeritud.

AM-i modulatsiooni lehel nägime, et AM-i lainekuju genereerimiseks on vaja nelja asja. Esiteks vajame põhiriba lainekuju ja kandja lainekuju. Siis vajame vooluahelat, mis saab põhiriba signaalile lisada sobiva alalisvoolu nihke. 

Ja lõpuks vajame kordajat, kuna amplituudmodulatsioonile vastav matemaatiline suhe korrutab nihutatud põhiriba signaali kandjaga.

Järgmine LTspice vooluring genereerib AM-i lainekuju.

* V1 on 1 MHz siinuslaine pingeallikas, mis annab algse põhiriba signaali.

* V3 tekitab kandjale 100 MHz siinuslaine.

* Op-amp vooluahel on taseme nihutaja (see vähendab ka sisendi amplituudi poole võrra). V1-st tulev signaal on siinuslaine, mis kõigub vahemikus –1 V kuni +1 V, ja op-ampi väljund on siinuslaine, mis kõigub vahemikus 0 V kuni +1 V.

* B1 on suvalise käitumispinge allikas. Selle väärtusväli on pigem valem kui konstant; sel juhul on valem nihutatud põhiriba signaal, mis on korrutatud kandja lainekujuga. Sel viisil saab B1 kasutada amplituudmodulatsiooni teostamiseks.

Siin on nihutatud põhiriba signaal:

Ja siin näete, kuidas AM variatsioonid vastavad põhiriba signaalile (st oranžile jäljele, mida enamasti varjab sinine lainekuju):

Demodulatsioon

Nagu AM modulatsiooni lehel räägiti, annab amplituudmodulatsiooni teostamiseks kasutatav korrutamistoiming põhiriba spektri ülekandmise riba, mis ümbritseb positiivset kandesagedust (+ fC) ja negatiivset kandesagedust (–fC). 

Seega võime mõelda amplituudmodulatsioonile kui originaalspektri nihutamist fC võrra ülespoole ja fC allapoole. Siit järeldub, et moduleeritud signaali korrutamine kandesagedusega viib spektri tagasi algasendisse - st, et see nihutab spektrit fC võrra allapoole, nii et see on taas keskmes 0 Hz.

1. võimalus: korrutamine ja filtreerimine
Järgmine LTspice'i skeem sisaldab meelevaldse käitumispinge demoduleerimist; B2 korrutab AM-signaali vedajaga.

 

Ja siin on tulemus:

See ei tundu kindlasti õige. Kui suurendame, näeme järgmist:

Ja see paljastab probleemi. Pärast amplituudmodulatsiooni on põhiriba spekter tsentreeritud + fC ümber. AM-lainekuju korrutamine kandjaga nihutab põhiriba spektrit allapoole 0 Hz, kuid ühtlasi nihutab seda kuni 2fC (antud juhul 200 MHz), sest (nagu eespool öeldud) korrutamine teisaldab olemasolevat spektrit fC võrra üles ja fC alla. .

Siis on selge, et korrutamisest üksi ei piisa korralikuks demodulatsiooniks. Me vajame korrutamist ja madalpääsfiltrit; filter summutab spektri, mida nihutati kuni 2fC. Järgmine skeem sisaldab RC madalpääsfiltrit, mille piirsagedus on ~ 1.5 MHz.

Ja siin on demoduleeritud signaal:

See tehnika on tegelikult keerulisem kui tundub, kuna vastuvõtja kandesageduse lainekuju faas tuleb sünkroniseerida saatja kanduri faasiga. Seda käsitletakse lähemalt selle peatüki 5. leheküljel (kvadratuuridemodulatsiooni mõistmine).

2. võimalus: tippdetektor

Nagu ülaltoodud jooniselt näete, mis näitab AM-i lainekuju (siniselt) ja nihutatud põhiriba lainekuju (oranžilt), vastab AM-i "ümbriku" positiivne osa põhiriba signaalile. 

Mõiste „ümbris” tähistab kanduri erinevusi sinusoidaalses amplituudis (erinevalt lainekuju enda hetkeväärtuse muutustest). Kui me suudaksime kuidagi AM-ümbriku positiivse osa eraldada, saaksime baasriba signaali paljuneda ilma kordajat kasutamata.

Selgub, et positiivset ümbrikku on tavaliseks signaaliks üsna lihtne teisendada. Alustame tippdetektorist, mis on lihtsalt diood, millele järgneb kondensaator. 

Diood juhib, kui sisendsignaal on vähemalt ~ 0.7 V kondensaatori pingest kõrgem, ja muidu toimib see nagu avatud vooluring. Seega hoiab kondensaator tipppinget: kui voolu sisendpinge on madalam kui kondensaatori pinge, siis kondensaatori pinge ei vähene, kuna vastupidiselt kallutatud diood takistab tühjenemist.

Kuid me ei soovi tippdetektorit, mis säilitaks tipppinge pika aja jooksul. Selle asemel tahame vooluahelat, mis säilitaks tipu kandelainekuju kõrgsageduslike variatsioonide suhtes, kuid ei säilitaks piiki ümbriku madalama sagedusega variatsioonide suhtes. Teisisõnu, me tahame tippdetektorit, mis hoiab tippväärtust ainult lühikese aja jooksul. 

Selle saavutame, lisades paralleelse takistuse, mis võimaldab kondensaatoril tühjeneda. (Seda tüüpi vooluahelat nimetatakse "lekkiv tippdetektoriks", kus "lekkiv" tähistab takisti pakutavat tühjenemisteed.) Takistus valitakse selliselt, et tühjendus on kanduri sageduse tasandamiseks piisavalt aeglane ja piisavalt kiire, et mitte siluda ümbriku sagedust.

Siin on näide lekitavast tippdetektorist AM-demodulatsiooni jaoks:

Pange tähele, et olen AM-signaali võimendanud viis korda, et tippdetektori sisendsignaal oleks dioodi edasisuunalise pinge suhtes suurem. Järgnev graafik annab üldtulemuse, mida lekitava piigidetektoriga püüame saavutada.

Lõppsignaalil on eeldatav laadimis- / tühjenemisomadus:




Nende variatsioonide tasandamiseks võiks kasutada madalpääsfiltrit.

kokkuvõte

* LTspice'is saab AM-i lainekuju loomiseks kasutada suvalist käitumuslikku pingeallikat.

* AM-lainekujusid saab demoduleerida, kasutades kordajat, millele järgneb madalpääsfilter.

* Lihtsam (ja odavam) lähenemisviis on kasutada lekkivat tippdetektorit, st paralleeltakistusega piigidetektorit, mis võimaldab kondensaatoril sobiva kiirusega tühjeneda.

Jäta sõnum 

Sõnumite nimekiri