Kaip demonstruoti FM bangos formą

Radijo dažnio demonstracija
Sužinokite apie du pagrindinės juostos signalo atkūrimo iš dažnio moduliuoto nešiklio metodus.

Dažnio moduliavimas suteikia geresnį našumą nei amplitudės moduliavimas, tačiau originalią informaciją iš FM bangos formos išgauti yra šiek tiek sunkiau. Yra keletas skirtingų būdų, kaip demoduliuoti FM; šiame puslapyje aptarsime du. Vienas iš jų yra gana aiškus, o kitas - sudėtingesnis.

Signalo kūrimas
Kaip ir skyriuje „Kaip demonstruoti AM bangos formą“, mes naudosime „LTspice“ FM demoduliacijai ištirti ir dar kartą pirmiausia turime atlikti dažnio moduliavimą, kad turėtume ką demoduliuoti. 

Pažvelgę ​​į puslapį apie analoginį dažnio moduliavimą pamatysite, kad matematinis ryšys yra ne toks tiesus kaip amplitudės moduliacijos. 

Su AM mes tiesiog pridėjome poslinkį ir tada atlikome įprastą daugybą. Su FM mes turime pridėti nuolat kintančias reikšmes sinuso (ar kosinuso) funkcijos viduje, be to, šios nuolat kintančios vertės nėra bazinės juostos signalas, o bazinės juostos signalo neatsiejama dalis.

Todėl mes negalime generuoti FM bangos formos, naudodamiesi savavališku elgesio įtampos šaltiniu ir paprastu matematiniu ryšiu, kaip tai darėme su AM. Tačiau paaiškėja, kad iš tikrųjų yra lengviau generuoti FM signalą. Normaliam įtampos šaltiniui paprasčiausiai naudojame SFFM parinktį:

Ši „grandinė“ yra viskas, ko mums reikia norint sukurti FM bangos formą, susidedančią iš 10 MHz nešiklio ir 1 MHz sinusoidinio bazinės juostos signalo:




Atminkite, kad moduliacijos indeksas yra penki; didesnis moduliacijos indeksas leidžia lengviau pastebėti dažnio pokyčius. Toliau pateiktoje schemoje parodyta bangos forma, kurią sukuria SFFM įtampos šaltinis.

Demonstracija: aukšto dažnio filtras
Pirmasis demoduliavimo būdas, kurį apžvelgsime, prasideda aukšto dažnio filtru. Mes manysime, kad turime reikalų su siaurajuosčio ryšio FM. Aukšto dažnio filtrą turime suprojektuoti taip, kad slopinimas reikšmingai skirtųsi dažnių juostoje, kurios plotis dvigubai viršija bazinės juostos signalo pralaidumą. Panagrinėkime šią sąvoką nuodugniau.

Gauto FM signalo spektras bus nukreiptas į nešiklio dažnį. Spektro plotis yra maždaug lygus dvigubam bazinės juostos signalo pralaidumui; dviejų faktorių lemia teigiamų ir neigiamų bazinės juostos dažnių pasislinkimas, ir jis yra „maždaug“ lygus, nes bazinės juostos signalo integracija gali paveikti moduliuoto spektro formą. 

Taigi, žemiausias moduliuoto signalo dažnis yra maždaug lygus nešlio dažniui atėmus aukščiausią bazinės juostos signalo dažnį, o aukščiausias moduliuoto signalo dažnis yra maždaug lygus nešlio dažniui plius aukščiausias bazinės juostos signalo dažnis.

Mūsų aukšto pralaidumo filtrui turi būti toks dažnio atsakas, kuris lemia, kad mažiausias moduliuoto signalo dažnis yra slopinamas žymiai labiau nei didžiausias moduliuoto signalo dažnis. Koks bus rezultatas, jei šį filtrą pritaikysime FM bangos formai? Tai bus kažkas tokio:

Ši diagrama rodo ir originalią FM bangos formą, ir aukšto dažnio filtruojamą bangos formą palyginimui. Kitame paveikslėlyje rodoma tik filtruota bangos forma, kad galėtumėte ją aiškiau pamatyti.

Pritaikę filtrą, dažnio moduliavimą pavertėme amplitudės moduliacija. Tai yra patogus požiūris į FM demoduliaciją, nes tai leidžia mums pasinaudoti vokų detektoriaus schema, sukurta naudoti su amplitudės moduliacija. Filtras, naudojamas šiai bangos formai gauti, buvo ne kas kita, kaip RC aukšto dažnio praeiti dažnis, kurio ribinis dažnis buvo maždaug lygus nešiklio dažniui.

Amplitudės triukšmas

Šios demoduliacijos schemos paprastumas natūraliai verčia manyti, kad tai nėra geriausias našumo pasirinkimas, ir iš tikrųjų šis požiūris turi didelę silpnybę: jis yra jautrus amplitudės svyravimams. 

Perduotas signalas turės pastovų apvalkalą, nes dažnio moduliavimas nereiškia nešiklio amplitudės pokyčių, tačiau gautas signalas neturės pastovaus apvalkalo, nes amplitudę neišvengiamai veikia klaidų šaltiniai.

Todėl mes negalime suprojektuoti priimtino FM demoduliatoriaus, tiesiog pridėdami aukšto dažnio filtrą prie AM demoduliatoriaus. Mums taip pat reikia ribotuvo, kuris yra grandinė, kuri sušvelnina amplitudės pokyčius, apribodama gautą signalą iki tam tikros amplitudės. 

Tai, kad yra ši paprasta ir veiksminga priemonė gydyti amplitudės variacijas, leidžia FM išlaikyti didesnį (palyginti su AM) atsparumą amplitudės triukšmui: Mes negalime naudoti ribotuvų su AM signalais, nes ribojant amplitudę, sugadinama nešiklio užkoduota informacija. Kita vertus, FM koduoja visą informaciją apie perduodamo signalo laiko savybes.

Demonstracija: fazėje užfiksuota kilpa
Fazės fiksavimo kilpa (PLL) gali būti naudojama norint sukurti sudėtingą, bet didelio našumo grandinę, skirtą FM demoduliacijai. PLL gali „užfiksuoti“ gaunamos bangos dažnį. Tai daroma derinant fazių detektorių, žemo dažnio filtrą (dar žinomą kaip „kilpų filtras“) ir įtampos valdomą generatorių (VCO) į neigiamo grįžtamojo ryšio sistemą:

Po to, kai PLL užrakinamas, jis gali sukurti išėjimo sinusoidą, kuris seka gaunamo sinusoido dažnio pokyčius. Ši išėjimo bangos forma būtų paimta iš VCO išvesties. 

Tačiau FM demoduliatoriaus programoje mums nereikia išėjimo sinusoido, kurio dažnis yra toks pat kaip įvesties signalo. Vietoj to, kaip demoduliuotą signalą naudojame išvestį iš kilpos filtro. Pažvelkime, kodėl tai įmanoma.

Fazių detektorius sukuria signalą, proporcingą fazių skirtumui tarp gaunamos bangos formos ir VCO išėjimo. Kilpos filtras išlygina šį signalą, kuris vėliau tampa VCO valdymo signalu. 

Taigi, jei gaunamo signalo dažnis nuolat didėja ir mažėja, VCO valdymo signalas turi atitinkamai didėti ir mažėti, kad būtų užtikrintas, jog VCO išėjimo dažnis išliktų lygus įėjimo dažniui. Kitaip tariant, kilpos filtro išėjimas yra signalas, kurio amplitudės variacijos atitinka įvesties ir dažnio variacijas. Taip PLL įvykdo dažnio demoduliaciją.

Santrauka

* „LTspice“ gali būti generuojamas dažnio moduliuotas sinusoidas, naudojant standartinių įtampos šaltinių SFFM parinktį.

* Paprasta ir efektyvi FM demoduliacijos technika apima aukšto dažnio filtrą (FM-AM-AM konvertavimui), po kurio seka AM demoduliatorius.

* Aukšto pralaidumo filtro pagrindu veikiantis FM demoduliatorius yra prieš ribotuvą, kad amplitudės svyravimai nesukeltų demoduliuoto signalo klaidų.

* Fazėje užfiksuota kilpa gali būti naudojama norint pasiekti aukštos kokybės FM demoduliaciją. Dėl integruotų grandinių PLL naudojimo šis metodas tampa ne toks sudėtingas, kaip gali atrodyti.

Palik žinutę 

Žinučių sąrašas