Cách giải điều chế dạng sóng AM

Giải điều chế tần số vô tuyến
Tìm hiểu về hai mạch có thể trích xuất thông tin gốc từ tín hiệu sóng mang được điều chế biên độ.

Tại thời điểm này, chúng ta biết rằng điều chế đề cập đến việc cố ý sửa đổi một hình sin sao cho nó có thể mang thông tin tần số thấp hơn từ một máy phát đến máy thu. Chúng tôi cũng đã đề cập đến nhiều chi tiết liên quan đến các phương pháp khác nhau Biên độ, tần số, pha, tương tự, kỹ thuật số của thông tin mã hóa trong một sóng mang.

Nhưng không có lý do gì để tích hợp dữ liệu vào tín hiệu truyền nếu chúng ta không thể trích xuất dữ liệu đó từ tín hiệu nhận được và đây là lý do tại sao chúng ta cần nghiên cứu giải điều chế. 

Mạch giải điều chế có phạm vi từ một thứ đơn giản như máy dò đỉnh đã sửa đổi đến thứ gì đó phức tạp như chuyển hướng cầu phương kết hợp kết hợp với thuật toán giải mã tinh vi được thực hiện bởi bộ xử lý tín hiệu số.

Tạo tín hiệu
Chúng tôi sẽ sử dụng LTspice để nghiên cứu các kỹ thuật để giải điều chế dạng sóng AM. Nhưng trước khi chúng ta giải điều chế, chúng ta cần một cái gì đó được điều chế.

Trong trang điều chế AM, chúng tôi đã thấy rằng cần có bốn điều để tạo ra dạng sóng AM. Đầu tiên, chúng ta cần một dạng sóng băng cơ sở và dạng sóng mang. Sau đó, chúng ta cần một mạch có thể thêm một độ lệch DC thích hợp vào tín hiệu băng cơ sở. 

Và cuối cùng, chúng ta cần một số nhân, vì mối quan hệ toán học tương ứng với điều chế biên độ đang nhân tín hiệu băng cơ sở đã dịch chuyển của sóng mang.

Mạch LTspice sau đây sẽ tạo ra dạng sóng AM.

* V1 là nguồn điện áp sóng hình sin 1 MHz cung cấp tín hiệu băng gốc.

* V3 tạo ra sóng hình sin 100 MHz cho sóng mang.

* Mạch op-amp là một shifter cấp (nó cũng giảm một nửa biên độ đầu vào). Tín hiệu đến từ V1 là sóng hình sin dao động từ cấp1 V đến +1 V và đầu ra của op-amp là sóng hình sin dao động từ 0 V đến +1 V.

* B1 là một nguồn điện áp hành vi tùy ý. Giá trị của nó Trường lĩnh vực của nó là một công thức chứ không phải là hằng số; trong trường hợp này, công thức là tín hiệu băng cơ sở đã được nhân với dạng sóng mang. Theo cách này, B1 có thể được sử dụng để thực hiện điều chế biên độ.

Đây là tín hiệu băng cơ sở đã thay đổi:

Và ở đây bạn có thể thấy các biến thể AM tương ứng với tín hiệu dải tần gốc (nghĩa là dấu vết màu cam bị che khuất bởi dạng sóng màu xanh lam):

Giải điều chế

Như đã thảo luận trong trang điều chế AM, hoạt động nhân được sử dụng để thực hiện điều chế biên độ có tác dụng chuyển phổ dải cơ sở sang một dải bao quanh tần số sóng mang dương (+ fC) và tần số sóng mang âm ((ffC). 

Do đó, chúng ta có thể nghĩ về điều chế biên độ khi dịch chuyển phổ gốc lên trên bởi fC và xuống dưới bởi fC. Sau đó, việc nhân tín hiệu điều chế với tần số sóng mang sẽ chuyển phổ trở lại vị trí ban đầu của nó, tức là, nó sẽ dịch phổ xuống dưới bởi fC sao cho nó lại tập trung ở khoảng 0 Hz.

Tùy chọn 1: Nhân và lọc
Các sơ đồ LTspice sau đây bao gồm một nguồn điện áp hành vi tùy ý giải điều chế; B2 nhân tín hiệu AM của sóng mang.

 

Và đây là kết quả:

Điều này chắc chắn không chính xác. Nếu chúng tôi phóng to, chúng tôi thấy như sau:

Và điều này cho thấy vấn đề. Sau khi điều chế biên độ, phổ dải cơ sở được tập trung xung quanh + fC. Nhân dạng sóng AM của sóng mang làm dịch chuyển dải tần cơ sở xuống 0 Hz, nhưng nó cũng dịch chuyển nó lên tới 2fC (trong trường hợp này là 200 MHz), vì (như đã nêu ở trên) phép nhân phổ di chuyển phổ lên bởi fC và xuống bởi fC .

Sau đó, rõ ràng là phép nhân một mình là không đủ để giải điều chế thích hợp. Những gì chúng ta cần là phép nhân và bộ lọc thông thấp; bộ lọc triệt tiêu phổ đã được dịch chuyển lên tới 2fC. Sơ đồ sau bao gồm bộ lọc thông thấp RC với tần số cắt ~ 1.5 MHz.

Và đây là tín hiệu giải điều chế:

Kỹ thuật này thực sự phức tạp hơn so với nó xuất hiện do pha của dạng sóng tần số sóng mang của máy thu phải được đồng bộ hóa với pha của sóng mang của máy phát. Điều này được thảo luận thêm trong trang 5 của chương này (Hiểu về giải điều chế bậc hai).

Tùy chọn 2: Máy dò đỉnh

Như bạn có thể thấy ở trên trong biểu đồ cho thấy dạng sóng AM (màu xanh lam) và dạng sóng cơ sở đã thay đổi (màu cam), phần dương của đường bao AM AM phù hợp với tín hiệu dải tần gốc. 

Thuật ngữ phong bì trên giấy đề cập đến các biến thể của người vận chuyển trong biên độ hình sin (trái ngược với các biến thể trong giá trị tức thời của chính dạng sóng). Nếu bằng cách nào đó chúng ta có thể trích xuất phần dương của đường bao AM, chúng ta có thể tái tạo tín hiệu băng cơ sở mà không cần sử dụng hệ số nhân.

Hóa ra khá dễ dàng để chuyển đổi đường bao dương thành tín hiệu bình thường. Chúng tôi bắt đầu với một máy dò đỉnh, chỉ là một diode theo sau là một tụ điện. 

Các diode tiến hành khi tín hiệu đầu vào ít nhất ~ 0.7 V so với điện áp trên tụ điện, và nếu không thì nó hoạt động như một mạch mở. Do đó, tụ điện duy trì điện áp cực đại: nếu điện áp đầu vào hiện tại thấp hơn điện áp tụ, điện áp tụ không giảm vì diode phân cực ngược ngăn cản sự phóng điện.

Tuy nhiên, chúng tôi không muốn một máy dò đỉnh sẽ giữ được điện áp cực đại trong một thời gian dài. Thay vào đó, chúng tôi muốn một mạch giữ lại cực đại so với các biến thể tần số cao của dạng sóng mang, nhưng không giữ lại cực đại so với các biến thể tần số thấp hơn của đường bao. Nói cách khác, chúng tôi muốn một máy dò đỉnh giữ đỉnh chỉ trong một khoảng thời gian ngắn. 

Chúng tôi thực hiện điều này bằng cách thêm điện trở song song cho phép tụ phóng điện. . không làm mịn tần số phong bì.

Dưới đây là một ví dụ về máy dò đỉnh bị rò rỉ để giải điều chế AM:

Lưu ý rằng tôi đã khuếch đại tín hiệu AM theo hệ số năm để làm cho tín hiệu đầu vào của đầu dò cực đại lớn hơn so với điện áp chuyển tiếp của diode. Cốt truyện sau đây truyền tải kết quả chung mà chúng tôi đang cố gắng đạt được với máy dò đỉnh bị rò rỉ.

Tín hiệu cuối cùng thể hiện đặc tính sạc / xả dự kiến:




Một bộ lọc thông thấp có thể được sử dụng để làm mịn các biến thể này.

Tổng kết

* Trong LTspice, một nguồn điện áp hành vi tùy ý có thể được sử dụng để tạo ra dạng sóng AM.

* Dạng sóng AM có thể được giải điều chế bằng cách sử dụng hệ số nhân theo sau là bộ lọc thông thấp.

* Cách tiếp cận đơn giản hơn (và chi phí thấp hơn) là sử dụng máy dò đỉnh bị rò rỉ, tức là máy dò đỉnh có điện trở song song cho phép tụ phóng điện ở một tốc độ thích hợp.

Để lại lời nhắn 

Danh sách tin nhắn