Konverze RF signálů do základního pásma

[Wizard]

Dobrý den, před nedávnem jsem se začal věnovat problematice softwarově definovaného rádia a potřeboval bych objasnit pojmy jako kvadraturní detektor a konverze signálu do základního pásma. Prošel jsem již mnoho webů a PDF, ale odpovědi a pochopení principu jsem nenašel. Našel by se prosím někdo, kdo s tímto má trochu zkušenosti a podělil by se.

Děkuji

[Habesan]

Kniha je kniha...

SEIFART M.: Polovodičové prvky a obvody na spracovanie spojitých signálov. Alfa, Bratislava,1988

[Bernard]

Seriálek článků na to téma: http://www.ulozto.sk/xrsgdcN/uvod-do-sdr-pdf .

[Wizard]

díky knihu zkusím sehnat a pdfko už stahuju

[Wizard]

To pdfko jsem pročetl a bylo dost zajímavé, ale pořád jsem nějak nepochopil jak se vlastně v kvadraturním detektoru zkonveruje požadované spektrum do základního pásma 20Hz-20kHz. Dejme tomu, že na LO nastavím frekvenci 4MHz. Frekvence se podělí 4-ma, proto bude střed požadovaného pásma na 1MHz. Jelikož mám zvukovku se vzorkovací frekvencí 96kHz, tak budu mít zobrazené spektrum 952Hz-1048Hz. V tomto spektru se mi budou objevovat různé signály (AM...), které musí byt v akustickém pásmu, jinak by je zvuková karta vůbec nenavzorkovala. Jejich demudulaci poté provádí software. Mám trochu zmatek v tom, jak přesně ta konverze funguje. Když budu příjímat zmíněný AM rozhlas s nosnou 1MHz, tak jak to bude na výstupu kvadraturního detektoru.

Díky Wizard

[Bernard]

Neřekl bych, že to pásmo zvukovky je základní, je to mezifrekvence, ale tak nízká, že není třeba pásmový filtr, ale stačí dolní propust. Zvukovka potom dělá hlavně matematiku, jako FFT a číslicovou fitraci. V okolí frekvence, kterou si zvolíš, odfiltruje potřebnou šířku kanálu (wide, narrow) a dostane očesané signájy I a Q. Ty potom zpracuje (číslicově) podle požadované demodulace, např AM=√(I²+Q²).
Prakticky se to dá vyzkoušet na SDR přijímačích připojených na web, tady:
http://www.websdr.org/

[Bernard]

Tak k té konverzi, je to prostě směšování, a to je založeno na násobení signálů prostřednictvím nějaké nelinearity. Když jsou oba signály - přijímaný i lokálního oscilátoru - čistě harmonické, podstata konverze vychází ze vzorce:
A * sin α * sin β = A/2 * [cos(α - β) - cos(α + β)],
kde α, β jsou funkce času tvaru (ωt + φ). Součtová složka z toho vzorce se odfiltruje a rozdílová je očekávaný výsledek té konverze.

Většina amatérských KV SDR přijímačů směšuje přijímaný signál tak, že ho vede přes spínaný analogový kanál (např. 74HC4066), který se otvírá na čas půlperiody signálu lokálního oscilátoru. Signál LO není harmonický, a tak trigonometrické vzorečky nestačí. Je však celkem snadné si to (idealizované) zapojení nasimulovat a mrknout se na výsledek.

V mé simulaci je vstupní signál 1,05 MHz spínaný v rytmu 0,5μs on/0,5μs off, ovládání druhého spínače je posunuté o 0,25 μs, tedy o čtvrtinu periody. Následují dolní propusti, a kýžené výstupy OutI, OutQ. A to je asi tak celý zázrak té konverze. Další zpracování je už v digitální říši.

[Wizard]

To je super, moc děkuji

[Vito]

zdravím. stavím si DR2B od YU1LM, dělám to jako dlouhodobou maturitní práci a momentálně se snažím přijít na to, jak vlastně ten tayloeho detektor funguje. princip směšování z výše zmíněné simulace mi je jasný. můžete se mi někdo pokusit nějak vysvětlit, jak to vlastně funguje? kde vznikne ten rozdíl frekvence RF a LO? pročítám si různý pdfka i od samotnýho dana tayloeho, píše tam něco o tom, že vlastně to celé zařízení je integrační článek ale nedovedu si to moc představit. díky

http://www.ok1cjb.cz/downloads/DR2B%20H ... -YU1LM.pdf

[Bernard]

V té simulaci řídí spínače dva lokální oscilátory, LOi a LOq. Oba mají přesně stejnou frekvenci, a jeden je proti druhému zpožděn přesně o 1/4 periody. To se v simulátoru lehce zabezpečí, průběh se předepíše matematicky.
V praxi se taky musí dosáhnout přesně stejné frekvence v řízení spínačů, a jejich fázový rozdíl přesně 1/4 periody, navíc je tu potřeba měnit frekvenci při ladění. Řízení obou spínačů proto vychází ze společného generátoru, a ten má čtyřnásobnou frekvenci, aby se dalo pro finální signály dosáhnout toho časového rozdílu o čtvrtinu periody.
A integrační článek je něco jako dolní propust, kterou se odfiltrují nepotřebné produkty toho směšování.

[Vito]

Zbytečná citace celého předcházejícího příspěvku vymazána. Přečti si pravidla, prosím.
Hill
tak tohleto zhruba vím. jde mi o to, že v té simulaci je frekvence vstupu (RX) trochu vyšší, než frekvence oscilátoru pro spínače. tím dojde k transformaci vysoké frekvence na frekvenci nízkou, kterou dokáže zvuková karta zpracovat a software demodulovat. jenže v tom tayloeho detektoru tyto frekvence rozdílné nejsou

[Bernard]

Na vstup detektoru přichází z antény spektrum nejrůznějších signálů, nižších, vyšších jako LO, možná i stejného. Od tohoto spektra se odečte frekvence LO a takto přeložené spektrum se filtrem omezí na šířku pásma té zvukovky. A v ní zpracováním složek I a Q se oseká požadovaný kousek spektra a digitálními kouzly se demoduluje.
To, že je na nějakém schématu uvedena stejná frekvence vstupu i LO, to je buď symbolicky naznačené pásmo pro SDR, nebo se jedná o přímé směšování bez mezifrekvence, a to je něco mimo téma té tvé maturitní práce.

[Vito]

bezva, přesně tohle jsem potřeboval slyšet. díky moc
moudřejší budu až to postavím a celé si to proměřím

Zbytečná citace celého předchozího příspěvku vymazána.Viz PRAVIDLA, odst.14b)
Hill

[GeBu]

Je mi divné, že na toto vysvětlení nikdo nereagoval. Mě se zdá, že jsi to vlastně vůbec nevysvětlil .

Na začátku jsi konstatoval, že směšování je založeno na násobení signálů prostřednictvím nelinearity a pak jsi podle mě napsal, že takto se to vlastně v amatérských konstrukcích nedělá. Jako překlenovací most jsi použil větu: "Signál LO není harmonický, a tak trigonometrické vzorečky nestačí." Ale to mi pouze zní jako matení nepřítele, aby dál neotravoval a lekl se, že vzorečky budou ještě složitější .

Ty vzorečky budou úplně jiné (ne jen složitější), protože podle mého názoru se to takto vůbec vysvětlovat nedá - ale já tedy nevím jak .

V čem jsi prováděl ty simulace?

Tak k té konverzi, je to prostě směšování, a to je založeno na násobení signálů prostřednictvím nějaké nelinearity.

Většina amatérských KV SDR přijímačů směšuje přijímaný signál tak, že ho vede přes spínaný analogový kanál (např. 74HC4066), který se otvírá na čas půlperiody signálu lokálního oscilátoru. Signál LO není harmonický, a tak trigonometrické vzorečky nestačí.

[Bernard]

Je mi divné, že na toto vysvětlení nikdo nereagoval. Mě se zdá, že jsi to vlastně vůbec nevysvětlil .

A já se bláhově domníval, že to všichni pochopili.

Na začátku jsi konstatoval, že směšování je založeno na násobení signálů prostřednictvím nelinearity a pak jsi podle mě napsal, že takto se to vlastně v amatérských konstrukcích nedělá.

To sis špatně vysvětlil. Spínání analogového kanálu je případ extrémní nelinearity, ten kanál má chvíli vysoký odpor, chvíli nízký, a čas změny je velmi krátký. Takže prostřednictvím nelinearity se to DĚLÁ.

Jako překlenovací most jsi použil větu: "Signál LO není harmonický, a tak trigonometrické vzorečky nestačí."

Sínus a kosínus jsou spojitou funkcí úhlu. Pokud se jeden signál změní na (téměř) nespojitý, tak i matematické vyjádření musí vypadat jinak.

Ale to mi pouze zní jako matení nepřítele, aby dál neotravoval a lekl se, že vzorečky budou ještě složitější .

Ty tvoje dedukce jsou dost přehnané. Ale dá se najít i fundovanější výklad, třeba článek v Elektrorevue.

V čem jsi prováděl ty simulace?

LTspice IV.