Como desmodular unha forma de onda AM

Desmodulación de radiofrecuencia
Coñece dous circuítos que poden extraer a información orixinal dun sinal portador modulado en amplitude.

Neste momento sabemos que a modulación refírese a modificar intencionadamente un sinusoide de tal xeito que poida transportar información de baixa frecuencia dun transmisor a un receptor. Tamén cubrimos moitos detalles relacionados aos diferentes métodos (amplitude, frecuencia, fase, analóxico, dixital) de codificación de información nunha onda portadora.

Pero non hai ningún motivo para integrar datos nun sinal transmitido se non podemos extraer eses datos do sinal recibido, e por iso debemos estudar a demodulación. 

Os circuítos de demodulación van desde algo tan sinxelo coma un detector de pico modificado ata algo tan complexo como unha desconexión de coherencia de cuadratura combinada con sofisticados algoritmos de decodificación realizados por un procesador de sinal dixital.

Creación do sinal
Utilizaremos LTspice para estudar técnicas para demodular unha forma de onda AM. Pero antes de demodular necesitamos algo que se module.

Na páxina de modulación AM, vimos que son necesarias catro cousas para xerar unha forma de onda AM. En primeiro lugar, necesitamos unha forma de onda de banda base e unha forma de onda portadora. A continuación, necesitamos un circuíto que poida engadir un sinal de banda base adecuado. 

E finalmente, necesitamos un multiplicador, xa que a relación matemática correspondente á modulación de amplitude multiplica o sinal de banda base cambiada pola portadora.

O seguinte circuíto LTspice xerará unha forma de onda AM.

* V1 é unha fonte de tensión de onda senoidal de 1 MHz que fornece o sinal orixinal da banda base.

* V3 produce unha onda senoidal de 100 MHz para o transportista.

* O circuíto de amplificadores op é un cambiador de nivel (tamén reduce a metade da amplitude de entrada). O sinal que vén de V1 é unha onda senoidal que oscila de –1 V a +1 V, e a saída do amplificador op é unha onda senoidal que oscila de 0 V a +1 V.

* B1 é unha "fonte de tensión comportamental arbitraria." O seu campo "valor" é unha fórmula máis que unha constante; neste caso a fórmula é o sinal de banda base cambiado multiplicado pola forma de onda do portador. Deste xeito B1 pódese empregar para realizar a modulación de amplitude.

Aquí está o sinal de banda base cambiada:

E aquí podes ver como as variacións de AM corresponden ao sinal da banda base (é dicir, a traza laranxa que a maioría está escurecida pola forma de onda azul):

Demodulação

Como se explica na páxina de modulación AM, a operación de multiplicación usada para realizar a modulación de amplitude ten o efecto de transferir o espectro da banda base a unha banda que rodea a frecuencia de portador positiva (+ fC) e a frecuencia de portador negativa (–fC). 

Así, podemos pensar na modulación de amplitude como cambiar o espectro orixinal cara arriba por fC e cara abaixo por fC. Dende logo, que multiplicando o sinal modulado pola frecuencia do transportador, o espectro volverá á súa posición orixinal, é dicir, cambiará o espectro cara a abaixo por fC de xeito que volva estar centrado en torno a 0 Hz.

Opción 1: multiplicación e filtrado
O seguinte esquema LTspice inclúe unha fonte de tensión conductual arbitraria demoduladora; B2 multiplica o sinal AM polo transportista.

 

E aquí o resultado:

Isto definitivamente non parece correcto. Se facemos zoom, vemos o seguinte:

E isto revela o problema. Despois da modulación da amplitude, o espectro da banda base está centrado en torno a + fC. Se se multiplica a forma de onda AM pola operadora, o espectro da banda base baixa a 0 Hz, pero tamén o manda a 2fC (neste caso 200 MHz), porque (como se dixo anteriormente) a multiplicación move o espectro existente por fC e para abaixo por fC. .

Está claro, entón, que a multiplicación por si soa non é suficiente para unha demodulación adecuada. O que necesitamos é a multiplicación e un filtro de paso baixo; o filtro suprime o espectro que se desprazou ata 2fC. O seguinte esquema inclúe un filtro de paso baixo RC cunha frecuencia de corte de ~ 1.5 MHz.

E aquí o sinal demodulado:

Esta técnica é realmente máis complicada do que parece porque a fase da forma de onda do portador do receptor debe estar sincronizada coa fase do portador do transmisor. Isto explícase máis adiante na páxina 5 deste capítulo (Understanding Quadrature Demodulation).

Opción 2: Detector de pico

Como se pode ver máis arriba na trama que mostra a forma de onda AM (en azul) e a forma de onda de banda base cambiada (en laranxa), a parte positiva do "sobre" AM coincide co sinal da banda base. 

O termo "envolvente" refírese ás variacións do portador na amplitude sinusoidal (ao contrario das variacións no valor instantáneo da propia forma de onda). Se puidésemos extraer dalgún xeito a parte positiva do sobre AM, poderiamos reproducir o sinal da banda base sen usar un multiplicador.

Resulta que é bastante doado converter o sobre positivo nun sinal normal. Comezamos cun detector de pico, que é só un diodo seguido dun condensador. 

O diodo condúcese cando o sinal de entrada está polo menos ~ 0.7 V por encima da tensión no condensador, e se non, actúa como un circuíto aberto. Así, o condensador mantén a tensión máxima: se a tensión de entrada actual é inferior á tensión do condensador, a tensión do condensador non diminúe porque o diodo inverso impide a descarga.

Non obstante, non queremos un detector de pico que manteña a tensión máxima durante un longo período de tempo. Pola contra, queremos un circuíto que conserve o pico en relación ás variacións de alta frecuencia da forma de onda portadora, pero que non manteña o pico en relación ás variacións de menor frecuencia da envolvente. Noutras palabras, queremos un detector de pico que manteña o pico só por un curto período de tempo. 

Logramos isto engadindo unha resistencia paralela que permite que o condensador se descargue. (Este tipo de circuíto chámase "detector de pico perdido", onde "fuga" se refire á vía de descarga fornecida pola resistencia.) A resistencia é escollida de xeito que a descarga sexa lenta para suavizar a frecuencia do portador e o suficientemente rápida como para non suavizar a frecuencia do sobre.

Aquí está un exemplo dun detector de pico que baleiña para a demodulación AM:

Teña en conta que amplifique o sinal AM por un factor de cinco para facer que o sinal de entrada do detector de pico sexa maior respecto á tensión adiante do diodo. A seguinte trama transmite o resultado xeral que estamos a tratar de conseguir co detector de pico que baleiña.

O sinal final presenta a característica de carga / descarga esperada:




Un filtro de paso baixo pode usarse para suavizar estas variacións.

Resumo

* En LTspice, pódese usar unha fonte de tensión de comportamento arbitraria para crear unha forma de onda AM.

* As formas de onda AM poden demodularse usando un multiplicador seguido dun filtro de paso baixo.

* Un enfoque máis sinxelo (e de menor custo) é usar un detector de pico perdido, é dicir, un detector de pico con resistencia paralela que permite que o condensador descargue a un ritmo adecuado.

Deixar unha mensaxe 

Lista de mensaxes