Ինչպես վերազինել FM Waveform- ը

Ռադիոհաճախականության վերացում
Իմացեք հաճախականությամբ մոդուլավորված կրիչից բազային գոտու ազդանշանը վերականգնելու երկու տեխնիկայի մասին:

Հաճախականության մոդուլյացիան առաջարկում է բարելավված կատարողականություն ամպլիտուդային մոդուլյացիայի համեմատ, բայց որոշ չափով ավելի դժվար է բնօրինակ տեղեկատվությունը կորզելը FM ալիքի ձևից: FM-ի ապամոդուլացման մի քանի տարբեր եղանակներ կան. այս էջում մենք կքննարկենք երկուսը: Դրանցից մեկը բավականին պարզ է, իսկ մյուսը՝ ավելի բարդ:

Ստեղծում է ազդանշանը
Ինչպես «Ինչպես քանդել AM ալիքի ձևը», մենք կօգտագործենք LTspice-ը FM-ի դեմոդուլյացիան ուսումնասիրելու համար, և ևս մեկ անգամ մենք պետք է նախ կատարենք հաճախականության մոդուլյացիա, որպեսզի մենք ապամոդուլավորելու բան ունենանք: 

Եթե ​​հետ նայեք անալոգային հաճախականության մոդուլյացիայի էջին, կտեսնեք, որ մաթեմատիկական հարաբերությունները ավելի քիչ պարզ են, քան ամպլիտուդային մոդուլյացիան: 

AM-ի հետ մենք ուղղակի ավելացրել ենք օֆսեթ, իսկ հետո կատարել սովորական բազմապատկում: FM-ով մենք պետք է անընդհատ փոփոխվող արժեքներ ավելացնենք սինուսի (կամ կոսինուսի) ֆունկցիայի ներսում գտնվող քանակին, և ավելին, այս անընդհատ փոփոխվող արժեքները ոչ թե բազային գոտու ազդանշանն են, այլ ավելի շուտ բազային գոտու ազդանշանի ինտեգրալը:

Հետևաբար, մենք չենք կարող գեներացնել FM ալիքի ձև՝ օգտագործելով կամայական վարքային լարման աղբյուր և պարզ մաթեմատիկական հարաբերություններ, ինչպես արեցինք AM-ի դեպքում: Այնուամենայնիվ, պարզվում է, որ իրականում ավելի հեշտ է FM ազդանշան ստեղծելը: Մենք պարզապես օգտագործում ենք SFFM տարբերակը նորմալ լարման աղբյուրի համար.

Հետևյալ «շղթան» այն ամենն է, ինչ մեզ անհրաժեշտ է FM ալիքի ձև ստեղծելու համար, որը բաղկացած է 10 ՄՀց կրիչից և 1 ՄՀց սինուսոիդային բազային գոտու ազդանշանից.




Նշենք, որ մոդուլյացիայի ինդեքսը հինգ է. ավելի բարձր մոդուլյացիայի ինդեքսը հեշտացնում է հաճախականության տատանումները տեսնելը: Հետևյալ սյուժեն ցույց է տալիս SFFM լարման աղբյուրի կողմից ստեղծված ալիքի ձևը:

Դեմոդուլյացիա. Բարձր անցումային զտիչ
Առաջին դեմոդուլյացիայի տեխնիկան, որը մենք կանդրադառնանք, սկսվում է բարձր անցումային զտիչից: Մենք կենթադրենք, որ գործ ունենք նեղաշերտ FM-ի հետ: Մենք պետք է նախագծենք բարձր անցումային ֆիլտրն այնպես, որ թուլացումը զգալիորեն տարբերվի հաճախականության գոտում, որի լայնությունը երկու անգամ գերազանցում է բազային գոտու ազդանշանի թողունակությունը: Եկեք ավելի մանրամասն ուսումնասիրենք այս հայեցակարգը:

Ստացված FM ազդանշանը կունենա սպեկտր, որը կենտրոնացած է կրիչի հաճախականության շուրջ: Սպեկտրի լայնությունը մոտավորապես հավասար է բազային գոտու ազդանշանի թողունակության կրկնապատիկին. Երկու գործակիցը ստացվում է դրական և բացասական բազայի հաճախականությունների տեղաշարժից, և այն «մոտավորապես» հավասար է, քանի որ բազային գոտու ազդանշանի նկատմամբ կիրառվող ինտեգրումը կարող է ազդել մոդուլացված սպեկտրի ձևի վրա: 

Այսպիսով, մոդուլավորված ազդանշանի ամենացածր հաճախականությունը մոտավորապես հավասար է կրիչի հաճախականությանը հանած բազային գոտու ազդանշանի ամենաբարձր հաճախականությունը, իսկ մոդուլավորված ազդանշանի ամենաբարձր հաճախականությունը մոտավորապես հավասար է կրիչի հաճախականությանը գումարած բազային գոտու ազդանշանի ամենաբարձր հաճախականությունը:

Մեր բարձր անցումային ֆիլտրը պետք է ունենա հաճախականության արձագանք, որը հանգեցնում է մոդուլացված ազդանշանի ամենացածր հաճախականության թուլացմանը զգալիորեն ավելի, քան մոդուլացված ազդանշանի ամենաբարձր հաճախականությունը: Եթե ​​այս ֆիլտրը կիրառենք FM ալիքի ձևի վրա, ի՞նչ արդյունք կունենանք: Դա նման բան կլինի.

Այս գծապատկերը ցույց է տալիս և՛ սկզբնական FM ալիքի ձևը, և՛ բարձր անցումով ֆիլտրացված ալիքի ձևը՝ համեմատության նպատակով: Հաջորդ սյուժեն ցույց է տալիս զտված ալիքի ձևը, որպեսզի այն ավելի հստակ տեսնեք:

Կիրառելով ֆիլտրը՝ մենք հաճախականության մոդուլյացիան վերածել ենք ամպլիտուդի մոդուլյացիայի։ Սա հարմար մոտեցում է FM-ի դեմոդուլյացիայի համար, քանի որ այն թույլ է տալիս մեզ օգտվել ծրար-դետեկտորային սխեմայից, որը մշակվել է ամպլիտուդային մոդուլյացիայի հետ օգտագործելու համար: Այս ալիքի ձևն արտադրելու համար օգտագործվող զտիչը ոչ այլ ինչ էր, քան RC բարձր անցում, որի անջատման հաճախականությունը մոտավորապես հավասար է կրիչի հաճախականությանը:

Ամպլիտուդ աղմուկ

Այս դեմոդուլյացիայի սխեմայի պարզությունը, բնականաբար, ստիպում է մեզ մտածել, որ այն ամենաբարձր կատարողական տարբերակը չէ, և իրականում այս մոտեցումն ունի հիմնական թուլություն. այն զգայուն է ամպլիտուդային տատանումների նկատմամբ: 

Հաղորդվող ազդանշանը կունենա հաստատուն ծրար, քանի որ հաճախականության մոդուլյացիան չի ներառում կրիչի ամպլիտուդի փոփոխությունները, բայց ստացված ազդանշանը հաստատուն ծրար չի ունենա, քանի որ ամպլիտուդի վրա անխուսափելիորեն ազդում են սխալի աղբյուրները:

Հետևաբար, մենք չենք կարող նախագծել ընդունելի FM դեմոդուլյատոր՝ պարզապես AM դեմոդուլյատորին բարձր անցումային զտիչ ավելացնելով: Մեզ պետք է նաև սահմանափակիչ, որը մի շղթա է, որը մեղմացնում է ամպլիտուդի տատանումները՝ սահմանափակելով ստացված ազդանշանը որոշակի ամպլիտուդով: 

Ամպլիտուդային տատանումների համար այս պարզ և արդյունավետ միջոցի առկայությունը հնարավորություն է տալիս FM-ին պահպանել իր ավելի մեծ ամրությունը (համեմատած AM-ի հետ) ընդդեմ ամպլիտուդային աղմուկի. Մենք չենք կարող օգտագործել սահմանափակող AM ազդանշաններով, քանի որ ամպլիտուդի սահմանափակումը փչացնում է կրիչում կոդավորված տեղեկատվությունը: FM-ը, մյուս կողմից, կոդավորում է ողջ տեղեկատվությունը փոխանցվող ազդանշանի ժամանակային բնութագրերում:

Դեմոդուլյացիա. փուլով կողպված հանգույց
Ֆազային կողպված հանգույց (PLL) կարող է օգտագործվել FM դեմոդուլյացիայի համար բարդ, բայց բարձր արդյունավետության միացում ստեղծելու համար: PLL-ը կարող է «կողպել» մուտքային ալիքի հաճախականության վրա: Այն դա անում է ֆազային դետեկտորը, ցածր անցումային ֆիլտրը (նաև «հանգույցային ֆիլտր») և լարման կառավարվող օսլիլատորը (VCO) միացնելով բացասական հետադարձ կապի համակարգում, հետևյալ կերպ.

PLL-ի կողպումից հետո այն կարող է ստեղծել ելքային սինուսոիդ, որը հետևում է մուտքային սինուսոիդի հաճախականության տատանումներին: Այս ելքային ալիքի ձևը կվերցվի VCO-ի ելքից: 

FM-demodulator հավելվածում, սակայն, մեզ պետք չէ ելքային սինուսոիդ, որն ունի նույն հաճախականությունը, ինչ մուտքային ազդանշանը: Փոխարենը, մենք օգտագործում ենք հանգույցի ֆիլտրի ելքը որպես դեմոդուլացված ազդանշան: Եկեք նայենք, թե ինչու է դա հնարավոր:

Ֆազային դետեկտորը արտադրում է ազդանշան, որը համաչափ է մուտքային ալիքի ձևի և VCO-ի ելքի փուլային տարբերությանը: Օղակային ֆիլտրը հարթեցնում է այս ազդանշանը, որն այնուհետև դառնում է VCO-ի կառավարման ազդանշան: 

Այսպիսով, եթե մուտքային ազդանշանի հաճախականությունը անընդհատ աճում և նվազում է, VCO հսկիչ ազդանշանը պետք է համապատասխանաբար ավելանա և նվազի, որպեսզի ապահովվի, որ VCO ելքային հաճախականությունը մնա մուտքի հաճախականությանը հավասար: Այլ կերպ ասած, հանգույց ֆիլտրի ելքը ազդանշան է, որի ամպլիտուդային տատանումները համապատասխանում են մուտքային հաճախականության տատանումներին: Ահա թե ինչպես է PLL-ն իրականացնում հաճախականության դեմոդուլյացիա:

Ամփոփում

*LTspice-ում հաճախականությամբ մոդուլավորված սինուսոիդը կարող է ստեղծվել՝ օգտագործելով SFFM տարբերակը ստանդարտ լարման աղբյուրների համար:

*FM-ի դեմոդուլյացիայի պարզ և արդյունավետ տեխնիկան ներառում է բարձր անցումային զտիչ (FM-ից AM փոխակերպման համար), որին հաջորդում է AM դեմոդուլյատորը:

* Բարձր անցումային ֆիլտրի վրա հիմնված FM դեմոդուլյատորին նախորդում է սահմանափակիչը՝ կանխելու ամպլիտուդի տատանումները դեմոդուլացված ազդանշանի սխալ առաջացումից:

*Ֆազային կողպված հանգույցը կարող է օգտագործվել FM-ի բարձր արդյունավետության դեմոդուլյացիայի հասնելու համար: Ինտեգրված շղթայի PLL-ների օգտագործումը այս մոտեցումը դարձնում է ավելի քիչ բարդ, քան կարող է թվալ:

Թողնել հաղորդագրություն 

հաղորդագրություն ցուցակ