كيفية إزالة تشكيل موجة FM

إزالة ترددات الراديو
تعرف على طريقتين لاسترداد إشارة النطاق الأساسي من موجة حاملة ذات تردد.

يوفر تعديل التردد أداءً محسنًا على تعديل السعة ، ولكن من الصعب إلى حد ما استخراج المعلومات الأصلية من شكل موجة FM. هناك عدة طرق مختلفة لإزالة تشكيل FM. في هذه الصفحة سنناقش اثنين. واحد من هؤلاء واضح ومباشر ، والآخر أكثر تعقيدًا.

إنشاء الإشارة
كما هو الحال في كيفية إزالة شكل الموجة AM ، سنستخدم LTspice لاستكشاف تشكيل FM ، ومرة ​​أخرى نحتاج إلى إجراء تعديل التردد أولاً حتى يكون لدينا شيء لنقوم بتعديله. 

إذا نظرت إلى الصفحة حول تعديل التردد التناظري ، فسوف ترى أن العلاقة الرياضية أقل وضوحًا من علاقة تعديل السعة. 

مع AM ، قمنا ببساطة بإضافة إزاحة ثم إجراء الضرب العادي. مع FM ، نحتاج إلى إضافة قيم متغيرة باستمرار إلى الكمية داخل دالة جيبية (أو جيب التمام) ، علاوة على ذلك ، هذه القيم المتغيرة باستمرار ليست إشارة النطاق الأساسي بل هي جزء لا يتجزأ من إشارة النطاق الأساسي.

وبالتالي ، لا يمكننا توليد شكل موجة FM باستخدام مصدر جهد سلوكي تعسفي وعلاقة رياضية بسيطة ، كما فعلنا مع AM. اتضح ، مع ذلك ، أنه من الأسهل بالفعل إنشاء إشارة FM. نستخدم ببساطة خيار SFFM لمصدر جهد عادي:

"الدائرة" التالية هي كل ما نحتاجه لإنشاء شكل موجة FM يتكون من موجة حاملة MHz 10 وإشارة النطاق الأساسي الجيبية 1 MHz:




لاحظ أن مؤشر التشكيل هو خمسة ؛ مؤشر تعديل أعلى يجعل من السهل رؤية اختلافات التردد. يوضح المخطط التالي الشكل الموجي الناتج عن مصدر جهد SFFM.

إزالة التشكيل: مرشح التمرير العالي
يبدأ أسلوب إزالة التشكيل الأول الذي سننظر إليه بفلتر تمرير عالي. سنفترض أننا نتعامل مع FM الضيق النطاق. نحن بحاجة إلى تصميم مرشح التمرير العالي بحيث يختلف التوهين بشكل كبير داخل نطاق التردد الذي يبلغ عرضه ضعف عرض النطاق الترددي لإشارة النطاق الأساسي. دعونا نستكشف هذا المفهوم بشكل أكثر شمولاً.

سيكون لإشارة FM المستقبلة طيف يتمحور حول تردد الموجة الحاملة. عرض الطيف يساوي تقريبًا ضعف عرض النطاق الترددي لإشارة النطاق الأساسي ؛ وينتج عامل اثنين من تحول ترددات النطاق الأساسي الموجبة والسالبة ، وهو متساوي "تقريبًا" لأن التكامل المطبق على إشارة النطاق الأساسي يمكن أن يؤثر على شكل الطيف المعدل. 

وبالتالي ، فإن أدنى تردد في الإشارة المشكّلة يساوي تقريبًا تردد الموجة الحاملة ناقصًا أعلى تردد في إشارة النطاق الأساسي ، وأعلى تردد في الإشارة المشكّلة يساوي تقريبًا تردد الموجة الحاملة بالإضافة إلى أعلى تردد في إشارة النطاق الأساسي.

يحتاج مرشح التمرير العالي الخاص بنا إلى استجابة تردد تتسبب في توهين أدنى تردد في الإشارة المشكّلة بشكل ملحوظ أكثر من أعلى تردد في الإشارة المشكّلة. إذا طبقنا هذا المرشح على شكل موجة FM ، فماذا ستكون النتيجة؟ سيكون شيء من هذا القبيل:

توضح هذه المؤامرة كلاً من الشكل الموجي FM الأصلي والشكل الموجي عالي التصفية ، لأغراض المقارنة. يوضح المخطط التالي الشكل الموجي المفلتر فقط ، بحيث يمكنك رؤيته بشكل أكثر وضوحًا.

بتطبيق المرشح ، قمنا بتحويل تعديل التردد إلى تعديل السعة. هذا نهج مناسب لإزالة تشكيل FM ، لأنه يسمح لنا بالاستفادة من دوائر كشف المغلفات التي تم تطويرها للاستخدام مع تعديل السعة. لم يكن المرشح المستخدم لإنتاج هذا الشكل الموجي أكثر من تمريرة عالية RC مع تردد قطع يساوي تقريبًا تردد الموجة الحاملة.

ضوضاء السعة

تجعلنا بساطة مخطط التضمين هذا نعتقد بشكل طبيعي أنه ليس خيار الأداء الأعلى ، وفي الواقع هذا النهج لديه ضعف كبير: إنه حساس لتغيرات السعة. 

سيكون للإشارة المرسلة مغلف ثابت لأن تعديل التردد لا ينطوي على تغييرات في سعة الموجة الحاملة ، لكن الإشارة المستقبلة لن يكون لها مغلف ثابت لأن السعة تتأثر حتمًا بمصادر الخطأ.

وبالتالي ، لا يمكننا تصميم مزيل تشكيل FM مقبول ببساطة عن طريق إضافة مرشح تمرير عالي إلى مزيل تشكيل AM. نحتاج أيضًا إلى محدد ، وهو عبارة عن دائرة تخفف من تغيرات السعة من خلال قصر الإشارة المستقبلة على سعة معينة. 

إن وجود هذا العلاج البسيط والفعال لتغيرات السعة يمكّن FM من الحفاظ على قوتها الأكبر (مقارنة بـ AM) ضد ضوضاء السعة: لا يمكننا استخدام محدد بإشارات AM لأن تقييد السعة يفسد المعلومات المشفرة في الناقل. FM ، من ناحية أخرى ، يشفر جميع المعلومات في الخصائص الزمنية للإشارة المرسلة.

إزالة التشكيل: الحلقة المغلقة
يمكن استخدام حلقة (PLL) مغلقة طورًا لإنشاء دائرة معقدة ولكن عالية الأداء لإزالة تشكيل FM. يمكن لـ PLL "تثبيت" تردد الشكل الموجي الوارد. يتم ذلك عن طريق الجمع بين كاشف الطور ، ومرشح التمرير المنخفض (المعروف أيضًا باسم "مرشح الحلقة") ، والمذبذب المتحكم في الجهد (VCO) في نظام التغذية المرتدة السلبية ، على النحو التالي:

بعد قفل PLL ، يمكن أن يخلق جيبًا ناتجًا يتبع اختلافات التردد في الجيب الجيب الوارد. يؤخذ هذا الموجي الناتج من إخراج VCO. 

في تطبيق FM-demodulator ، مع ذلك ، لا نحتاج إلى جيبي خرج له نفس تردد إشارة الإدخال. بدلاً من ذلك ، نستخدم الإخراج من مرشح الحلقة كإشارة مجردة. دعونا نلقي نظرة على سبب ذلك.

ينتج كاشف الطور إشارة تتناسب مع اختلاف الطور بين شكل الموجة الواردة وخرج VCO. يعمل مرشح الحلقة على تنعيم هذه الإشارة ، والتي تصبح بعد ذلك إشارة التحكم في VCO. 

وبالتالي ، إذا كان تردد الإشارة الواردة يتزايد وينخفض ​​باستمرار ، يجب أن تزداد إشارة التحكم VCO وتنخفض وفقًا لذلك لضمان بقاء تردد خرج VCO مساوياً لتردد الإدخال. وبعبارة أخرى ، فإن خرج مرشح الحلقة هو إشارة تتوافق اختلافات اتساعها مع اختلافات ترددات الإدخال. هذه هي الطريقة التي ينجز بها PLL إزالة التردد.

نبذة عامة

* في LTspice ، يمكن إنشاء جيبية معدلة بالتردد باستخدام خيار SFFM لمصادر الجهد القياسية.

* تتضمن تقنية إزالة التشكيل FM البسيطة والفعالة مرشح تمرير عالي (لتحويل FM إلى AM) متبوعًا بمزيل تشكيل AM.

* يسبق مُحَكِّل FM قائم على مرشح تمرير عالٍ مُحدد لمنع اختلافات الاتساع من المساهمة بالخطأ في الإشارة المُشَكَّلة.

* يمكن استخدام حلقة مغلقة طورًا لتحقيق إزالة تشكيل FM عالية الأداء. استخدام الدوائر المتكاملة PLLs يجعل هذا النهج أقل تعقيدًا مما قد يبدو.

اترك رسالة 

قائمة الرسالة