如何解调AM波形 - 21ic电子网

了解两种可以从调幅载波信号中提取原始信息的电路。

到目前为止，我们已经知道调制是指有意地修改正弦波，以便它能将低频信息从发射机传输到接收机。我们还详细了解了在载波中编码信息的不同方法——振幅调制、频率调制、相位调制、模拟调制和数字调制。

但是，如果我们不能从接收到的信号中提取出数据，那么将数据集成到传输信号中就没有意义了，这就是我们需要研究解调的原因。解调电路的范围很广，从简单的改进型峰值检波器，到复杂的相干正交下变频与数字信号处理器执行的复杂解码算法相结合的系统。

生成信号

我们将使用LTspice来研究解调调幅波形的技术。但在解调之前，我们需要一个已调制的信号。

在调幅调制页面中，我们了解到生成调幅波形需要四个要素。首先，我们需要一个基带波形和一个载波波形。然后，我们需要一个电路，该电路可以给基带信号添加一个适当的直流偏移量。最后，我们需要一个乘法器，因为调幅对应的数学关系是将偏移后的基带信号与载波相乘。

下面的LTspice电路将生成一个调幅波形。

V1 是一个 1 MHz 的正弦波电压源，提供原始的基带信号。
V3 产生一个 100 MHz 的正弦波作为载波。
运算放大器电路是一个电平移位器（它还将输入振幅减半）。来自 V1 的信号是一个从 -1 V 到 +1 V 摆动的正弦波，而运算放大器的输出是一个从 0 V 到 +1 V 摆动的正弦波。
B1 是一个“任意行为电压源”。其“值”字段是一个公式而不是一个常数；在这种情况下，该公式是移位后的基带信号乘以载波波形。这样，B1 可以用来执行振幅调制。

以下是移位后的基带信号：

在这里，您可以看到调幅变化如何与基带信号相对应（即，主要被蓝色波形遮挡的橙色轨迹）：

放大后可以看到100 MHz载波频率的各个周期。

解调

正如在调幅调制页面中所讨论的，用于执行调幅的乘法运算具有将基带频谱转移到围绕正载波频率（+fC）和负载波频率（–fC）的频带的效果。因此，我们可以将调幅视为将原始频谱向上移动fC并向下移动fC。接下来，将调制信号与载波频率相乘会将频谱移回其原始位置——即，将频谱向下移动fC，使其再次以0 Hz为中心。

选项1：乘法与滤波

以下LTspice示意图包括一个解调用的任意行为电压源；B2将调幅信号与载波相乘。

这是结果：

这看起来肯定不对。如果我们放大，我们会看到以下内容：

这揭示了问题所在。在调幅之后，基带频谱以+fC为中心。将调幅波形与载波相乘将基带频谱向下移动到0 Hz，但同时也将其向上移动到2fC（在这种情况下为200 MHz），因为（如上所述）乘法会使现有频谱向上移动fC并向下移动fC。

因此，很明显，仅乘法不足以进行正确的解调。我们需要的是乘法和低通滤波器；滤波器会抑制向上移动到2fC的频谱。以下示意图包括一个截止频率约为1.5 MHz的RC低通滤波器。

这是解调后的信号：

这种技术实际上比看起来要复杂，因为接收器的载波频率波形的相位必须与发射器的载波相位同步。这在本章第5页（理解正交解调）中有更详细的讨论。

选项2：峰值检测器

正如您在上图中看到的那样，该图显示了调幅波形（蓝色）和移位后的基带波形（橙色），调幅“包络”的正部分与基带信号相匹配。术语“包络”指的是载波正弦波幅值的变化（与波形本身瞬时值的变化相对）。如果我们能够以某种方式提取调幅包络的正部分，我们就可以在不使用乘法器的情况下再现基带信号。

事实证明，将正包络转换为正常信号是相当容易的。我们从峰值检测器开始，它只是一个二极管后面跟着一个电容器。当输入信号至少比电容器上的电压高~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：如果当前输入电压低于电容器电压，则电容器电压不会下降，因为反向偏置的二极管会阻止放电。

但是，我们不希望有一个会长时间保持峰值电压的峰值检测器。相反，我们想要一个相对于载波波形的高频变化保持峰值，但不相对于包络的低频变化保持峰值的电路。换句话说，我们想要一个只在短时间内保持峰值的峰值检测器。我们通过添加允许电容器放电的并联电阻来实现这一点。（这种类型的电路被称为“漏峰检测器”，“漏”指的是电阻提供的放电路径。）电阻的选择要使放电速度足够慢，以平滑载波频率，同时足够快，以不平滑包络频率。

以下是一个用于调幅解调的漏峰检测器的示例：