如何解調AM波形

射頻解調
了解兩個電路，它們可以從調幅載波信號中提取原始信息。

在這一點上，我們知道調製指的是有意修改正弦波，以便它可以將較低頻率的信息從發射機傳送到接收機。 我們還介紹了許多與載波編碼信息的不同方法（幅度，頻率，相位，模擬，數字）有關的細節。

但是，如果我們不能從接收信號中提取數據，就沒有理由將數據集成到發送信號中，這就是為什麼我們需要研究解調的原因。 

解調電路的範圍從簡單到改進的峰值檢測器，再到復雜到相干正交下變頻，再加上數字信號處理器執行的複雜解碼算法。

創建信號
我們將使用LTspice研究解調AM波形的技術。 但是在解調之前，我們需要先進行調製。

在AM調製頁面中，我們看到生成AM波形需要四件事。 首先，我們需要一個基帶波形和一個載波波形。 然後，我們需要一個可以向基帶信號添加適當的直流偏移的電路。 

最後，我們需要一個乘法器，因為與幅度調製相對應的數學關係是將移位後的基帶信號乘以載波。

接下來的LTspice電路將產生一個AM波形。

* V1是一個提供原始基帶信號的1 MHz正弦波電壓源。

* V3為載波產生100 MHz正弦波。

*運算放大器電路是一個電平轉換器（它還將輸入幅度降低了一半）。 來自V1的信號是一個從–1 V擺動到+1 V的正弦波，而運算放大器的輸出是一個從0 V擺動到+1 V的正弦波。

* B1是“任意行為電壓源”。 它的“值”字段是公式，而不是常量。 在這種情況下，公式為偏移的基帶信號乘以載波波形。 這樣，B1可用於執行幅度調製。

這是偏移的基帶信號：

在這裡，您可以看到AM變化如何與基帶信號相對應（即，橙色跡線大部分被藍色波形所遮蓋）：

解調

如AM調製頁面中所述，用於執行幅度調製的乘法運算具有將基帶頻譜傳輸到正載波頻率（+ fC）和負載波頻率（–fC）周圍的頻帶的作用。 

因此，我們可以將幅度調製視為將原始頻譜向上移動fC並向下移動fC。 隨之而來的是，將調製信號乘以載波頻率會將頻譜傳輸回其原始位置，即它將頻譜向下移動fC，使其再次以0 Hz為中心。

選項1：乘法和濾波
下面的LTspice原理圖包括解調任意行為電壓源。 B2將AM信號乘以載波。

 

結果如下：

這肯定看起來不正確。 如果放大，則會看到以下內容：

這揭示了問題所在。 幅度調製後，基帶頻譜以+ fC為中心。 將AM波形乘以載波可將基帶頻譜下移至0 Hz，但也會將其上移至2fC（在這種情況下為200 MHz），因為（如上所述）乘法將現有頻譜上移fC並下移fC 。

顯然，僅乘法是不足以進行適當解調的。 我們需要的是乘法和低通濾波器。 濾波器可抑制移至2fC的頻譜。 以下示意圖包括截止頻率約為1.5 MHz的RC低通濾波器。

這是解調信號：

由於接收器的載波頻率波形的相位必須與發射器的載波的相位同步，因此該技術實際上比看起來要復雜。 本章第5頁（了解正交解調）將對此進行進一步討論。

選項2：峰值檢測器

如上圖所示，圖中顯示了AM波形（藍色）和偏移的基帶波形（橙色），AM“包絡”的正部分與基帶信號匹配。 

術語“包絡”是指載波的正弦振幅變化（與波形本身的瞬時值變化相反）。 如果我們能夠以某種方式提取AM包絡的正部分，則可以在不使用乘法器的情況下再現基帶信號。

事實證明，將正包絡轉換為正常信號非常容易。 我們從一個峰值檢測器開始，它只是一個二極管，後面是一個電容器。 

當輸入信號至少比電容器上的電壓高〜0.7 V時，二極管導通，否則，其作用類似於開路。 因此，電容器保持峰值電壓：如果當前輸入電壓低於電容器電壓，則電容器電壓不會降低，因為反向偏置二極管會阻止放電。

但是，我們不希望峰值檢測器能夠長時間保持峰值電壓。 相反，我們需要一種電路，該電路相對於載波波形的高頻變化保留峰值，但不相對於包絡的低頻變化保留峰值。 換句話說，我們需要一個峰值檢測器，該檢測器僅在短時間內保持峰值。 

我們通過添加允許電容器放電的並聯電阻來實現。 （這種類型的電路稱為“漏電峰值檢測器”，其中“漏電”是指電阻器提供的放電路徑。）選擇電阻，以使放電足夠緩慢以平滑載波頻率，而足夠快以使無法平滑包絡頻率。

這是用於AM解調的洩漏峰值檢測器的示例：

請注意，我已將AM信號放大了五倍，以使峰值檢測器的輸入信號相對於二極管的正向電壓更大。 下圖顯示了我們試圖通過洩漏峰值檢測器獲得的一般結果。

最終信號表現出預期的充電/放電特性：




低通濾波器可用於消除這些變化。

總結

*在LTspice中，可以使用任意行為電壓源來創建AM波形。

* AM波形可以使用乘法器和低通濾波器進行解調。

*更簡單（且成本更低）的方法是使用洩漏峰值檢測器，即具有並聯電阻的峰值檢測器，該峰值檢測器允許電容器以適當的速率放電。

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