AM 파형을 복조하는 방법

무선 주파수 복조
진폭 변조 반송파 신호에서 원래 정보를 추출 할 수있는 두 개의 회로에 대해 알아보십시오.

이 시점에서 변조는 송신기에서 수신기로 저주파수 정보를 전달할 수 있도록 정현파를 의도적으로 수정하는 것을 의미합니다. 또한 반송파에서 인코딩 정보의 다양한 방법 (진폭, 주파수, 위상, 아날로그, 디지털)과 관련된 많은 세부 사항을 다루었습니다.

그러나 수신 된 신호에서 해당 데이터를 추출 할 수없는 경우 데이터를 전송 된 신호에 통합 할 이유가 없으므로 복조를 연구해야합니다. 

복조 회로는 수정 된 피크 검출기만큼 단순한 것에서부터 디지털 신호 프로세서에 의해 수행 된 정교한 디코딩 알고리즘과 결합 된 코 히어 런트 직교 다운 컨버전만큼 복잡한 것까지 다양합니다.

신호 생성
LTspice를 사용하여 AM 파형 복조 기술을 연구합니다. 그러나 복조하기 전에 변조 할 무언가가 필요합니다.

AM 변조 페이지에서 AM 파형을 생성하려면 XNUMX 가지가 필요하다는 것을 알았습니다. 먼저 기저 대역 파형과 반송파가 필요합니다. 그런 다음베이스 밴드 신호에 적절한 DC 오프셋을 추가 할 수있는 회로가 필요합니다. 

마지막으로, 진폭 변조에 대응하는 수학적 관계가 시프트 된 기저 대역 신호에 반송파를 곱하기 때문에 곱셈기가 필요하다.

다음 LTspice 회로는 AM 파형을 생성합니다.

* V1은 원래베이스 밴드 신호를 제공하는 1MHz 사인파 전압 소스입니다.

* V3는 반송파에 100MHz 사인파를 생성합니다.

* 연산 증폭기 회로는 레벨 시프터입니다 (입력 진폭을 절반으로 줄입니다). V1에서 오는 신호는 –1V에서 + 1V로 스윙하는 사인파이고 op-amp의 출력은 0V에서 + 1V로 스윙하는 사인파입니다.

* B1은 "임의 행동 전압 소스"입니다. "값"필드는 상수가 아니라 공식입니다. 이 경우 공식은 이동 된 기저 대역 신호에 반송파를 곱한 것입니다. 이러한 방식으로 B1을 사용하여 진폭 변조를 수행 할 수 있습니다.

시프트 된 기저 대역 신호는 다음과 같습니다.

그리고 여기서 AM 변동이베이스 밴드 신호에 어떻게 대응하는지 확인할 수 있습니다 (즉, 파란색 파형에 의해 주로 가려지는 주황색 트레이스).

복조

AM 변조 페이지에서 논의 된 바와 같이, 진폭 변조를 수행하기 위해 사용 된 곱셈 연산은 기저 대역 스펙트럼을 양의 반송파 주파수 (+ fC) 및 음의 반송파 주파수 (-fC)를 둘러싸는 대역으로 전송하는 효과를 갖는다. 

따라서 진폭 변조는 원래 스펙트럼을 fC만큼 위쪽으로, fC 아래로 이동시키는 것으로 생각할 수 있습니다. 그런 다음 변조 된 신호에 반송파 주파수를 곱하면 스펙트럼이 원래 위치로 다시 전송됩니다. 즉, 스펙트럼을 다시 fC만큼 아래로 이동하여 다시 한 번 0Hz를 중심으로합니다.

옵션 1 : 곱셈 및 필터링
다음의 LTspice 회로도는 복조 임의 행동 전압원을 포함합니다. B2는 AM 신호에 반송파를 곱합니다.

 

결과는 다음과 같습니다.

이것은 분명히 정확하지 않습니다. 확대하면 다음이 나타납니다.

그리고 이것은 문제를 드러냅니다. 진폭 변조 후, 기저 대역 스펙트럼은 + fC를 중심으로합니다. AM 파형에 반송파를 곱하면 기저 대역 스펙트럼이 0Hz로 이동하지만, 위에서 언급 한 것처럼 곱셈은 기존 스펙트럼을 fC로, fC로 하향 이동하기 때문에 2fC (이 경우 200MHz)로 이동합니다. .

그러므로 곱셈만으로는 적절한 복조에 충분하지 않다는 것이 분명합니다. 우리에게 필요한 것은 곱셈과 저역 통과 필터입니다. 필터는 2fC까지 이동 한 스펙트럼을 억제합니다. 다음 회로도에는 컷오프 주파수가 ~ 1.5 MHz 인 RC 저역 통과 필터가 포함됩니다.

그리고 복조 된 신호는 다음과 같습니다.

이 기술은 수신기의 반송파 주파수 파형의 위상이 송신기의 반송파의 위상과 동기화되어야하기 때문에 실제로 나타나는 것보다 더 복잡합니다. 이에 대해서는이 장의 5 페이지에서 자세히 설명합니다 (Quadrature Demodulation 이해).

옵션 2 : 피크 검출기

AM 파형 (파란색)과 이동 된 기저 대역 파형 (주황색)을 보여주는 그림에서 위와 같이 AM "봉투"의 양의 부분은 기저 대역 신호와 일치합니다. 

"봉투"라는 용어는 사인파 진폭의 반송파 변동을 나타냅니다 (파형 자체의 순간 값 변동과 반대). AM 엔벨로프의 양의 부분을 추출 할 수 있다면 승수를 사용하지 않고베이스 밴드 신호를 재생할 수 있습니다.

포지티브 엔벨로프를 일반 신호로 변환하는 것은 매우 쉽다는 것이 밝혀졌습니다. 우리는 피크 감지기로 시작합니다. 피크 감지기는 다이오드 다음에 커패시터가 있습니다. 

입력 신호가 커패시터의 전압보다 ~ 0.7V 이상일 때 다이오드가 전도되며, 그렇지 않으면 개방 회로처럼 작동합니다. 따라서 커패시터는 피크 전압을 유지합니다. 전류 입력 전압이 커패시터 전압보다 낮 으면 역 바이어스 다이오드가 방전을 방지하기 때문에 커패시터 전압이 감소하지 않습니다.

그러나 피크 전압을 장기간 유지하는 피크 검출기는 원하지 않습니다. 대신, 반송파 파형의 고주파 변동에 비해 피크를 유지하지만 엔벨로프의 저주파 변동에 대해서는 피크를 유지하지 않는 회로를 원합니다. 다시 말해, 짧은 시간 동안 만 피크를 유지하는 피크 검출기가 필요합니다. 

커패시터를 방전시킬 수있는 병렬 저항을 추가하여이를 달성합니다. (이 유형의 회로를 "누설 피크 감지기"라고합니다. 여기서 "누설"은 저항이 제공하는 방전 경로를 나타냅니다. 엔벨로프 주파수를 부드럽게하지 마십시오.

다음은 AM 복조를위한 누설 피크 검출기의 예입니다.

피크 검출기의 입력 신호를 다이오드의 순방향 전압에 비해 크게 만들기 위해 AM 신호를 XNUMX 배 증폭했습니다. 다음 그림은 누설 피크 검출기로 달성하려는 일반적인 결과를 보여줍니다.

최종 신호는 예상 충전 / 방전 특성을 나타냅니다.




로우 패스 필터를 사용하여 이러한 변형을 완화 할 수 있습니다.

요약

* LTspice에서는 임의의 동작 전압 소스를 사용하여 AM 파형을 생성 할 수 있습니다.

* AM 파형은 멀티 플라이어와 저역 통과 필터를 사용하여 복조 할 수 있습니다.

*보다 간단하고 저렴한 접근 방식은 누설 피크 검출기, 즉 병렬 저항을 갖는 피크 검출기를 사용하여 커패시터를 적절한 속도로 방전하는 것입니다.

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