Cara Mendemodulasi Bentuk Gelombang AM

Demodulasi Frekuensi Radio
Pelajari tentang dua sirkuit yang dapat mengekstraksi informasi asli dari sinyal pembawa yang dimodulasi-amplitudo.

Pada titik ini kita tahu bahwa modulasi mengacu pada modifikasi sengaja sinusoid sehingga dapat membawa informasi frekuensi rendah dari pemancar ke penerima. Kami juga telah membahas banyak perincian terkait dengan berbagai metode — amplitudo, frekuensi, fase, analog, digital — dari informasi penyandian dalam gelombang pembawa.

Tetapi tidak ada alasan untuk mengintegrasikan data ke dalam sinyal yang ditransmisikan jika kita tidak dapat mengekstraksi data dari sinyal yang diterima, dan inilah mengapa kita perlu mempelajari demodulasi. 

Rangkaian demodulasi berkisar dari sesuatu yang sederhana seperti detektor puncak yang dimodifikasi hingga sesuatu yang kompleks seperti downconversion quadrature koheren yang dikombinasikan dengan algoritma decoding canggih yang dilakukan oleh prosesor sinyal digital.

Menciptakan Sinyal
Kami akan menggunakan LTspice untuk mempelajari teknik demodulasi bentuk gelombang AM. Tetapi sebelum kita mendemodulasi kita membutuhkan sesuatu yang dimodulasi.

Di halaman modulasi AM, kami melihat bahwa empat hal diperlukan untuk menghasilkan gelombang AM. Pertama, kita membutuhkan bentuk gelombang baseband dan bentuk gelombang pembawa. Maka kita membutuhkan sirkuit yang dapat menambahkan offset DC yang sesuai ke sinyal pita dasar. 

Dan akhirnya, kita membutuhkan pengali, karena hubungan matematis yang berhubungan dengan modulasi amplitudo adalah mengalikan sinyal baseband yang digeser oleh pembawa.

Sirkuit LTspice berikut akan menghasilkan bentuk gelombang AM.

* V1 adalah sumber tegangan gelombang sinus 1 MHz yang menyediakan sinyal baseband asli.

* V3 menghasilkan gelombang sinus 100 MHz untuk carrier.

* Rangkaian op-amp adalah level shifter (juga mengurangi amplitudo input hingga setengahnya). Sinyal yang berasal dari V1 adalah gelombang sinus yang berayun dari -1 V ke +1 V, dan output op-amp adalah gelombang sinus yang berayun dari 0 V ke +1 V.

* B1 adalah "sumber tegangan perilaku sewenang-wenang." Kolom "nilai" -nya adalah rumus daripada konstanta; dalam hal ini rumusnya adalah sinyal pita dasar bergeser dikalikan dengan bentuk gelombang pembawa. Dengan cara ini B1 dapat digunakan untuk melakukan modulasi amplitudo.

Ini adalah sinyal baseband yang digeser:

Dan di sini Anda dapat melihat bagaimana variasi AM berhubungan dengan sinyal baseband (yaitu, jejak oranye yang sebagian besar dikaburkan oleh bentuk gelombang biru):

Demodulasi

Sebagaimana dibahas dalam halaman modulasi AM, operasi multiplikasi yang digunakan untuk melakukan modulasi amplitudo memiliki efek mentransfer spektrum pita dasar ke pita yang mengelilingi frekuensi pembawa positif (+ fC) dan frekuensi pembawa negatif (–fC). 

Jadi, kita dapat menganggap modulasi amplitudo sebagai pergeseran spektrum asli ke atas oleh fC dan ke bawah oleh fC. Oleh karena itu, mengalikan sinyal termodulasi oleh frekuensi pembawa akan memindahkan spektrum kembali ke posisi semula — yaitu, ia akan menggeser spektrum ke bawah oleh fC sehingga sekali lagi berpusat di sekitar 0 Hz.

Opsi 1: Penggandaan dan Penyaringan
Skema LTspice berikut mencakup sumber tegangan perilaku sewenang-wenang yang didemodulasi; B2 mengalikan sinyal AM oleh pembawa.

 

Dan inilah hasilnya:

Ini jelas tidak terlihat benar. Jika kita memperbesar, kita melihat yang berikut:

Dan ini mengungkapkan masalahnya. Setelah modulasi amplitudo, spektrum pita dasar dipusatkan di sekitar + fC. Mengalikan gelombang AM dengan pembawa menggeser spektrum pita dasar ke 0 Hz, tetapi juga menggesernya menjadi 2fC (dalam hal ini 200 MHz), karena (sebagaimana disebutkan di atas) penggandaan memindahkan spektrum yang ada naik oleh fC dan turun oleh fC .

Maka jelaslah bahwa multiplikasi saja tidak cukup untuk demodulasi yang tepat. Yang kita butuhkan adalah perkalian dan filter low-pass; filter menekan spektrum yang diubah hingga 2fC. Skema berikut mencakup filter low-pass RC dengan frekuensi cutoff ~ 1.5 MHz.

Dan inilah sinyal yang didemodulasi:

Teknik ini sebenarnya lebih rumit daripada yang terlihat karena fase gelombang frekuensi-pembawa penerima harus disinkronkan dengan fase pembawa pemancar. Ini dibahas lebih lanjut di halaman 5 bab ini (Memahami Demodulasi Quadrature).

Opsi 2: Detektor Puncak

Seperti yang dapat Anda lihat di atas dalam plot yang memperlihatkan bentuk gelombang AM (berwarna biru) dan bentuk gelombang pita dasar bergeser (berwarna oranye), bagian positif dari "amplop" AM cocok dengan sinyal pita dasar. 

Istilah "amplop" mengacu pada variasi pembawa dalam amplitudo sinusoidal (sebagai lawan dari variasi dalam nilai sesaat dari bentuk gelombang itu sendiri). Jika kita dapat mengekstraksi bagian positif dari amplop AM, kita dapat mereproduksi sinyal pita dasar tanpa menggunakan pengganda.

Ternyata cukup mudah untuk mengubah amplop positif menjadi sinyal normal. Kami mulai dengan detektor puncak, yang hanya dioda diikuti oleh kapasitor. 

Dioda melakukan ketika sinyal input setidaknya ~ 0.7 V di atas tegangan pada kapasitor, dan jika tidak berfungsi seperti rangkaian terbuka. Dengan demikian, kapasitor mempertahankan tegangan puncak: jika tegangan input saat ini lebih rendah dari tegangan kapasitor, tegangan kapasitor tidak berkurang karena dioda bias balik mencegah pelepasan.

Namun, kami tidak menginginkan detektor puncak yang akan mempertahankan tegangan puncak untuk jangka waktu yang lama. Alih-alih, kami menginginkan sirkuit yang mempertahankan puncak relatif terhadap variasi frekuensi tinggi dari gelombang pembawa, tetapi tidak mempertahankan puncak relatif terhadap variasi frekuensi amplop yang lebih rendah. Dengan kata lain, kami menginginkan detektor puncak yang menahan puncak hanya untuk jangka waktu singkat. 

Kami melakukannya dengan menambahkan resistansi paralel yang memungkinkan kapasitor untuk melepaskan. (Jenis rangkaian ini disebut "detektor puncak bocor," di mana "bocor" mengacu pada jalur pelepasan yang disediakan oleh resistor.) Resistansi dipilih sedemikian rupa sehingga pelepasan cukup lambat untuk memuluskan frekuensi pembawa dan cukup cepat untuk tidak meratakan frekuensi amplop.

Berikut adalah contoh detektor puncak bocor untuk demodulasi AM:

Perhatikan bahwa saya telah memperkuat sinyal AM dengan faktor lima untuk membuat sinyal input detektor puncak lebih besar relatif terhadap tegangan maju dioda. Plot berikut menyampaikan hasil umum yang kami coba capai dengan detektor puncak bocor.

Sinyal akhir menunjukkan karakteristik pengisian / pengosongan yang diharapkan:




Filter low-pass dapat digunakan untuk menghaluskan variasi ini.

Kesimpulan

* Dalam LTspice, sumber tegangan perilaku sewenang-wenang dapat digunakan untuk membuat gelombang AM.

* Bentuk gelombang AM dapat didemodulasi menggunakan pengganda diikuti oleh filter low-pass.

* Pendekatan yang lebih sederhana (dan lebih murah) adalah dengan menggunakan detektor puncak bocor, yaitu detektor puncak dengan resistansi paralel yang memungkinkan kapasitor untuk melepaskan pada tingkat yang sesuai.

Tinggalkan pesan 

Daftar pesan