Kako demodulirati FM valni oblik

Demontiranje radio frekvencija
Naučite o dvije tehnike povrata baznog signala s frekvencijski moduliranog nosača.

Frekvencijska modulacija nudi poboljšane performanse u odnosu na amplitudnu modulaciju, ali nešto je teže izdvojiti izvorne informacije iz FM valnog oblika. Postoji nekoliko različitih načina demodulacije FM-a; na ovoj ćemo stranici razgovarati o dva. Jedan od njih je prilično jednostavan, a drugi je složeniji.

Stvaranje signala
Kao i u Kako demodulirati AM talasni oblik, mi ćemo koristiti LTspice za istraživanje FM demodulacije i još jednom moramo prvo izvesti frekvencijsku modulaciju kako bismo imali što demodulirati. 

Ako pogledate stranicu o analognoj frekvencijskoj modulaciji, vidjet ćete da je matematički odnos manje izravan od odnosa amplitudne modulacije. 

S AM-om smo jednostavno dodali odstupanje i zatim izveli obično množenje. Pomoću FM-a, trebamo dodati kontinuirano različite vrijednosti količini unutar sinusne (ili kosinusne) funkcije, i nadalje, te kontinuirano različite vrijednosti nisu signal opsega, već integralni signal osnovnog opsega.

Stoga ne možemo stvoriti FM valni oblik koristeći proizvoljni izvor napona ponašanja i jednostavan matematički odnos, kao što je to bio slučaj s AM-om. Ispada da je zapravo lakše generirati FM signal. Jednostavno koristimo SFFM opciju za normalan izvor napona:

Sljedeći "krug" sve što je potrebno za stvaranje FM valnog oblika koji se sastoji od 10 MHz nosača i 1 MHz sinusoidnog signala osnovnog pojasa:




Imajte na umu da je indeks modulacije pet; viši indeks modulacije olakšava uočavanje varijacija frekvencije. Sljedeća shema prikazuje valni oblik stvoren od strane izvora napona SFFM.

Demodulacija: Visokopropusni filter
Prva tehnika demodulacije koju ćemo pogledati započinje s visokopropusnim filtrom. Pretpostavit ćemo da imamo posla s uskopojasnim FM-om. Moramo oblikovati visokopropusni filter tako da će prigušenje znatno varirati u frekvencijskom pojasu čija je širina dvostruka propusnost signala od opsega. Istražimo ovaj koncept detaljnije.

Primljeni FM signal imat će spektar koji je koncentriran oko nosive frekvencije. Širina spektra približno je jednaka dvostrukoj širini pojasa signala od opsega; faktor dva rezultat je pomicanja pozitivnih i negativnih frekvencija baznog opsega, a on je "približno" jednak jer integracija primijenjena na signal opsega može utjecati na oblik moduliranog spektra. 

Stoga je najniža frekvencija moduliranog signala približno jednaka frekvenciji nosača minus najveća frekvencija u signalu opsega, a najviša frekvencija moduliranog signala približno je jednaka frekvenciji nosača plus najveća frekvencija u signalu opsega.

Naš visokopropusni filter mora imati frekvencijski odziv koji uzrokuje da se najniža frekvencija moduliranog signala oslabi znatno više od najviše frekvencije moduliranog signala. Primijenimo li ovaj filter na FM valni oblik, što će biti rezultat? Bit će ovako nešto:

Ovaj grafikon prikazuje i izvorni FM valni oblik i visokopropusni filtrirani valni oblik, za potrebe usporedbe. Sljedeći plan prikazuje upravo filtrirani oblik vala, tako da ga možete jasnije vidjeti.

Primjenom filtera pretvorili smo frekvencijsku modulaciju u amplitudnu modulaciju. Ovo je prikladan pristup demodulaciji FM-a jer nam omogućava da koristimo sklop detektorskih omotača koji je razvijen za upotrebu s amplitudnom modulacijom. Filter korišten za proizvodnju ovog valnog oblika nije ništa drugo do RC visoki prolaz s frekvencijom isključivanja, približno jednakom frekvenciji nosača.

Amplituda buke

Jednostavnost ove sheme demodulacije nas, naravno, tjera da mislimo da nije opcija s najvišim učinkom, a zapravo ovaj pristup ima veliku slabost: osjetljiv je na amplitudne varijacije. 

Preneseni signal imat će stalnu ovojnicu jer frekvencijska modulacija ne uključuje promjene u amplitudi nosača, ali primljeni signal neće imati stalnu ovojnicu, jer na amplitudu neizbježno utječu izvori pogreške.

Slijedom toga, ne možemo oblikovati prihvatljiv FM demodulator jednostavnim dodavanjem visokopropusnog filtra u AM demodulator. Potreban nam je i graničnik, koji je sklop koji ublažava varijacije amplitude ograničavajući primljeni signal na određenu amplitudu. 

Postojanje ovog jednostavnog i učinkovitog lijeka za varijacije amplitude omogućuje FM-u da održi svoju veću (u usporedbi s AM) robusnošću protiv amplitudne buke: Ne možemo koristiti ograničivač s AM signalima jer ograničenje amplitude oštećuje informacije kodirane u nosaču. FM, s druge strane, kodira sve informacije u vremenskim karakteristikama odašiljenog signala.

Demodulacija: petlja sa fazama
Fazno-zaključana petlja (PLL) može se koristiti za stvaranje složenog, ali visokih performansi kruga za FM demodulaciju. PLL može "zaključati" frekvenciju dolaznog oblika vala. To se postiže kombiniranjem detektora faze, niskopropusnog filtra (aka „filter petlje“) i oscilatora pod nadzorom napona (VCO) u sustav s negativnim povratnim informacijama, kako slijedi:

Nakon što se PLL zaključa, može stvoriti izlazni sinusoid koji slijedi promjene frekvencije u dolaznom sinusoidu. Taj se izlazni valni oblik uzima iz izlaza VCO. 

U FM-demodulatornoj aplikaciji, međutim, ne trebamo izlazni sinusoid koji ima istu frekvenciju kao ulazni signal. Umjesto toga, izlaz iz filtra petlje koristimo kao demodulirani signal. Pogledajmo zašto je to moguće.

Fazni detektor proizvodi signal koji je proporcionalan razlici faza između dolaznog valnog oblika i izlaza VCO. Filtar petlje izglađuje ovaj signal, koji tada postaje kontrolni signal za VCO. 

Stoga, ako se frekvencija dolaznog signala neprestano povećava i smanjuje, VCO upravljački signal se mora povećavati i smanjivati ​​prema tome kako bi se osiguralo da izlazna frekvencija VCO ostane jednaka ulaznoj frekvenciji. Drugim riječima, izlaz filtera u petlji je signal čija varijacije amplitude odgovaraju varijacijama ulaza i frekvencije. Ovako PLL provodi frekvencijsku demodulaciju.

rezime

* U LTspiceu, frekvencijski modulirani sinusoid može se generirati korištenjem opcije SFFM za standardne naponske izvore.

* Jednostavna i učinkovita tehnika demodulacije FM-a uključuje filtar visokog prolaza (za pretvorbu FM-AM) nakon čega slijedi AM demodulator.

* FM demodulatoru temeljenom na visokom prolazu prethodi graničnik da se spriječe razlike amplitude od doprinosa pogrešci demoduliranom signalu.

* Faza-zaključana petlja može se koristiti za postizanje visoke performanse FM demodulacije. Korištenje PLL-ova s ​​integriranim krugom čini ovaj pristup manje složenim nego što se možda čini.

Ostavite poruku 

Lista Poruka