Kaip demonstruoti AM bangos formą

Radijo dažnio demonstracija
Sužinokite apie dvi grandines, galinčias išgauti originalią informaciją iš amplitudės moduliuoto nešiklio signalo.

Šiuo metu mes žinome, kad moduliacija reiškia sąmoningą sinusoido modifikavimą, kad jis galėtų perduoti žemesnio dažnio informaciją iš siųstuvo į imtuvą. Mes taip pat apžvelgėme daugybę detalių, susijusių su skirtingais informacijos kodavimo nešiklio bangoje metodais - amplitude, dažniu, faze, analoginiu, skaitmeniniu.

Tačiau nėra jokios priežasties integruoti duomenis į perduodamą signalą, jei mes negalime išgauti tų duomenų iš gauto signalo, todėl turime studijuoti demoduliaciją. 

Demoduliacijos schema svyruoja nuo kažkokio paprasto kaip modifikuoto smailės detektoriaus iki tokio sudėtingo, kaip nuosekli kvadratūros žemyn nukreipta konversija kartu su sudėtingais dekodavimo algoritmais, kuriuos vykdo skaitmeninis signalo procesorius.

Signalo kūrimas
Mes naudosime „LTspice“ AM bangos formos demoduliavimo metodams studijuoti. Bet prieš pradedant demonstruoti, mums reikia to, kas būtų moduliuota.

AM moduliacijos puslapyje pamatėme, kad norint sukurti AM bangos formą, reikia keturių dalykų. Pirmiausia mums reikia pagrindinės juostos ir nešiklio bangos formos. Tada mums reikia grandinės, kuri prie bazinės juostos signalo galėtų pridėti atitinkamą nuolatinės srovės poslinkį. 

Ir galiausiai, mums reikia daugiklio, nes amplitudės moduliaciją atitinkantis matematinis santykis padaugina paslinktą bazinės juostos signalą iš nešiklio.

Ši „LTspice“ grandinė sukurs AM bangos formą.

* V1 yra 1 MHz sinuso bangos įtampos šaltinis, teikiantis pradinį bazinės juostos signalą.

* V3 nešikliui sukuria 100 MHz sinusinę bangą.

* Op-amp grandinė yra lygio keitiklis (jis taip pat per pusę sumažina įvesties amplitudę). Iš V1 sklindantis signalas yra sinusinė banga, kuri svyruoja nuo –1 V iki +1 V, o op-amp išėjimas yra sinusinė banga, kuri svyruoja nuo 0 V iki +1 V.

* B1 yra „savavališkas elgesio įtampos šaltinis“. Jo „vertės“ laukas yra formulė, o ne konstanta; šiuo atveju formulė yra paslinktas bazinės juostos signalas, padaugintas iš nešančiosios bangos formos. Tokiu būdu B1 gali būti naudojamas amplitudės moduliacijai atlikti.

Čia yra pasislinkęs bazinės juostos signalas:

Ir čia galite pamatyti, kaip AM variacijos atitinka bazinės juostos signalą (ty oranžinį pėdsaką, kurį daugiausia užstoja mėlyna bangos forma):

Demoduliacija

Kaip aptarta AM moduliacijos puslapyje, dauginimo operacija, naudojama amplitudės moduliacijai atlikti, perkelia bazinės juostos spektrą į juostą, supančią teigiamą nešiklio dažnį (+ fC) ir neigiamą nešiklio dažnį (–fC). 

Taigi, mes galime galvoti apie amplitudės moduliavimą kaip pirminio spektro poslinkį aukštyn fC ir žemyn fC. Darytina išvada, kad padauginus moduliuotą signalą iš nešančiojo dažnio, spektras bus perkeltas į pradinę padėtį, ty spektras pasislinks žemyn fC taip, kad vėl būtų sutelktas į centrą aplink 0 Hz.

1 variantas: daugyba ir filtravimas
Tolesnėje „LTspice“ schemoje yra demoduliuojantis savavališkas elgesio įtampos šaltinis; B2 padaugina AM signalą iš nešiklio.

 

Ir štai rezultatas:

Tai tikrai neatrodo teisinga. Jei priartiname, matome:

Ir tai atskleidžia problemą. Atlikus amplitudės moduliavimą, bazinės juostos spektras sutelktas ties + fC. Padauginus AM bangos formą iš nešančiojo, bazinės juostos spektras sumažėja iki 0 Hz, tačiau jis taip pat padidėja iki 2fC (šiuo atveju 200 MHz), nes (kaip minėta aukščiau) daugyba perkelia esamą spektrą aukštyn fC ir žemyn fC. .

Taigi akivaizdu, kad vien tik daugybos nepakanka tinkamam demoduliavimui. Mums reikia daugybos ir žemo dažnio filtro; filtras slopina spektrą, kuris buvo pasislinkęs iki 2fC. Toliau pateiktoje schemoje yra RC žemųjų dažnių filtras, kurio ribinis dažnis yra ~ 1.5 MHz.

Čia yra demoduliuotas signalas:

Ši technika iš tikrųjų yra sudėtingesnė, nei atrodo, nes imtuvo nešiklio dažnio bangos forma turi būti sinchronizuota su siųstuvo nešiklio faze. Tai išsamiau aptariama šio skyriaus 5 puslapyje (Kvadratūrinio modeliavimo supratimas).

2 variantas: didžiausias detektorius

Kaip matote aukščiau diagramoje, kurioje parodyta AM bangos forma (mėlyna spalva) ir paslinkta bazinės juostos bangos forma (oranžinė spalva), teigiama AM „voko“ dalis sutampa su bazinės juostos signalu. 

Terminas „apvalkalas“ reiškia nešiklio sinusoidinės amplitudės kitimą (priešingai nei pačios bangos formos momentinės vertės kitimas). Jei mes kažkaip sugebėtume išgauti teigiamą AM voko dalį, galėtume atkurti bazinės juostos signalą nenaudodami daugiklio.

Pasirodo, gana lengva pakeisti teigiamą voką į normalų signalą. Mes pradedame nuo smailių detektoriaus, kuris yra tik diodas, po kurio eina kondensatorius. 

Diodas veda, kai įvesties signalas yra bent ~ 0.7 V virš įtampos ant kondensatoriaus, ir kitaip jis veikia kaip atvira grandinė. Taigi kondensatorius palaiko didžiausią įtampą: jei dabartinė įėjimo įtampa yra žemesnė už kondensatoriaus įtampą, kondensatoriaus įtampa nemažėja, nes atvirkštinio šaltinio diodas neleidžia išsikrauti.

Tačiau mes nenorime piko detektoriaus, kuris ilgą laiką išlaikytų didžiausią įtampą. Vietoj to mes norime grandinės, kuri išlaikytų smailę, palyginti su nešančiosios bangos formos aukšto dažnio variacijomis, tačiau neišlaiko smailės, palyginti su apvalkalo žemesnio dažnio variacijomis. Kitaip tariant, mes norime piko detektoriaus, kuris viršūnę laikytų tik trumpą laiką. 

Mes tai padarome pridedant lygiagrečią varžą, kuri leidžia iškrauti kondensatorių. (Šio tipo grandinės vadinamos „nesandariu smailių detektoriumi“, kur „nesandarus“ nurodo rezistoriaus išleidimo kelią.) Atsparumas pasirenkamas taip, kad iškrova būtų pakankamai lėta, kad išlygintų nešiklio dažnį, ir pakankamai greita, kad neišlyginkite vokų dažnio.

Čia yra nesandaraus smailės detektoriaus pavyzdys AM demoduliacijai:

Atkreipkite dėmesį, kad aš sustiprinau AM signalą penkis kartus, kad piko detektoriaus įvesties signalas būtų didesnis, palyginti su diodo priekine įtampa. Žemiau pateiktas paveikslas parodo bendrą rezultatą, kurį bandome pasiekti naudodamiesi nesandariu smailės detektoriumi.

Galutinis signalas parodo numatomą įkrovimo / iškrovimo charakteristiką:




Šiems pokyčiams išlyginti gali būti naudojamas žemo dažnio filtras.

Santrauka

* „LTspice“ gali būti naudojamas savavališkas elgesio įtampos šaltinis, sukuriantis AM bangos formą.

* AM bangos formos gali būti demoduliuotos, naudojant daugiklį, po kurio yra žemo dažnio filtras.

* Paprastesnis (ir pigesnis) metodas yra naudoti nesandarų smailių detektorių, ty maksimalų detektorių, kurio atsparumas lygiagrečiam, kuris leidžia kondensatoriui išsikrauti tinkamu greičiu.

Palik žinutę 

Žinučių sąrašas