在这一点上,我们知道调制是指有意修改正弦曲线,使得它可以将较低频率的信息从发射器传送到接收器。我们还介绍了许多与载波中不同方法有关的细节 - 幅度,频率,相位,模拟,数字编码信息。
但如果我们无法从接收信号中提取数据,则没有理由将数据整合到传输信号中,这就是我们需要研究解调的原因。解调电路的范围从简单的修改后的峰值检测器到复杂的相干正交下变频以及由数字信号处理器执行的复杂解码算法。
创建信号
我们将使用LTspice来研究解调AM波形的技术。但在我们解调之前,我们需要一些被调制的东西。
在AM调制页面中,我们看到生成AM波形需要四件事。首先,我们需要基带波形和载波波形。然后我们需要一个可以为基带信号添加适当DC偏移的电路。最后,我们需要乘法器,因为对应于幅度调制的数学关系将移位的基带信号乘以载波。
以下LTspice电路将生成AM波形。
V1是1 MHz正弦波电压源,提供原始基带信号。
V3为载波产生100 MHz正弦波。
运算放大器电路是电平转换器(它还将输入幅度减半)。来自V1的信号是从-1 V摆动到+1 V的正弦波,运算放大器的输出是从0 V摆动到+1 V的正弦波。
B1是“任意行为电压源”。它的“值”字段是公式而不是常数; 在这种情况下,公式是移位的基带信号乘以载波波形。以这种方式,B1可用于执行幅度调制。
这是移位的基带信号:
在这里,您可以看到AM变化如何与基带信号相对应(即,大部分被蓝色波形遮挡的橙色迹线):
放大显示100 MHz载波频率的各个周期。
解调
如在AM调制页面中所讨论的,用于执行幅度调制的乘法操作具有将基带频谱传送到围绕正载波频率(+ f C)和负载波频率(-f C)的频带的效果。因此,我们可以认为振幅调制的如用f向上移动原始谱Ç由f和向下Ç。然后,随后将调制信号乘以载波频率将频谱转移回其原始位置 - 即,它将频谱向下移动f C,使得它再次以0Hz为中心。
选项1:乘法和过滤
以下LTspice原理图包括解调任意行为电压源; B2将AM信号乘以载波。
这是结果:
这肯定看起来不正确。如果我们放大,我们会看到以下内容:
这揭示了这个问题。在幅度调制之后,基带频谱以+ f C为中心。将AM波形乘以载波将基带频谱降低到0 Hz,但它也将其向上移动到2f C(在这种情况下为200 MHz),因为(如上所述)乘法将现有频谱向上移动f C并向下移动用f C ^。
很明显,单独的乘法不足以进行适当的解调。我们需要的是乘法和低通滤波器; 滤波器抑制频移到2f C的频谱。以下原理图包括RC低通滤波器,截止频率约为1.5 MHz。
这是解调信号:
这种技术实际上比它看起来更复杂,因为接收器的载波频率波形的相位必须与发射机载波的相位同步。这将在本章的第5页(理解正交解调)中进一步讨论。
选项2:峰值检测器
正如您在上图中所示,显示AM波形(蓝色)和移位的基带波形(橙色),AM“包络”的正部分与基带信号匹配。术语“包络”是指载波在正弦振幅中的变化(与波形本身的瞬时值的变化相反)。如果我们能够以某种方式提取AM包络的正部分,我们可以在不使用乘法器的情况下重现基带信号。
事实证明,将正包络转换为正常信号非常容易。我们从一个峰值检测器开始,它只是一个二极管,后面跟着一个电容器。当输入信号比电容器上的电压高至少约0.7V时,二极管导通,否则它就像开路一样。因此,电容器保持峰值电压:如果电流输入电压低于电容器电压,则电容器电压不会降低,因为反向偏置二极管会阻止放电。
但是,我们不希望峰值检测器长时间保持峰值电压。相反,我们希望保留相对于载波波形的高频率变化的峰值,但电路并不相对于管壳的较低频率变化的峰值保留。换句话说,我们想要一个仅在短时间内保持峰值的峰值检测器。我们通过增加允许电容器放电的并联电阻来实现这一目标。(这种类型的电路被称为“漏峰检测器”,其中“泄漏”指的是由电阻器提供的放电路径。ICfans)是这样选择的电阻,该放电是足够慢以平滑载波频率和足够快,以不 平滑包络频率。
以下是AM解调的泄漏峰值检测器的示例:
请注意,我已将AM信号放大了五倍,以使峰值检测器的输入信号相对于二极管的正向电压更大。下图显示了我们试图通过泄漏峰值检测器实现的一般结果。
最终信号表现出预期的充电/放电特性:
可以使用低通滤波器来消除这些变化。
总结
在LTspice中,可以使用任意行为电压源来创建AM波形。
可以使用乘法器然后使用低通滤波器来解调AM波形。
更简单(且成本更低)的方法是使用泄漏峰值检测器,即具有并联电阻的峰值检测器,其允许电容器以适当的速率放电。