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Im Gegensatz zur Modulation, die auf der Senderseite stattfindet, bewirkt die Demodulation von Signalen im Empfänger, dass ein moduliertes Signal z. B. wieder in NF umgewandelt wird und somit hörbar wird oder eine Bitfolge bei einer digitalen Übertragung entsteht.
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Till skillnad från moduleringen, som sker på sändarsidan, innebär demodulationen av signaler i mottagaren att en modulerad signal till exempel omvandlas tillbaka till LF och därmed blir hörbar, eller att en bitföljd uppstår vid digital överföring.
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Je nachdem welche Modulationsart auf der Senderseite verwendet wurde muss auf der Empfängerseite eine entsprechende Demodulation stattfinden. Hierfür gibt es unterschiedliche Schaltungskonzepte, die die Demodulation ermöglichen. Wie Modulation im Digitalen funktioniert, werden wir uns in einem späteren Kapitel anschauen. In diesem Kapitel werden wir uns zunächst mit der Demodulation von analogen Signalen beschäftigen.
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Beroende på vilken moduleringsart som användes på sändarsidan måste en motsvarande demodulation ske på mottagarsidan. Det finns olika kopplingskoncept som möjliggör demodulation. Hur modulation fungerar i det digitala får vi se i ett senare kapitel. I det här kapitlet ägnar vi oss först åt demodulation av analoga signaler.
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Die einfachste Form der Demodulation eines Hochfrequenz-Signals stellt die Amplituden-Modulation (AM) dar.
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AM-Signale können mittels eines sog. Hüllkurven-Demodulator wie in Abbildung [ref:demodulator_huellkurvendemodulator_am] demoduliert werden. Hierzu wird das hochfrequente Signal zunächst nach der gewünschten Empfangsfrequenz selektiert z. B. mittels eines angepassten Schwingkreises und anschließend über eine Diode gleichgerichtet. Ein der Diode nachgeschalteter Kondensator wird auf den momentanen Spitzenwert des Signals aufgeladen und gleichzeitig über einen zu diesem parallel geschalteten Widerstand mit einer geeigneten Zeitkonstante entladen. Diese Zeitkonstante liegt deutlich über der Periodendauer des HF-Signals jedoch deutlich unter der Periodendauer des NF-Signals.
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Den enklaste formen av demodulation av en högfrekvent signal är amplitudmodulation (AM).
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AM-signaler kan demoduleras med en så kallad envelopdetektor (kuvertdetektor) som i figur [ref:demodulator_huellkurvendemodulator_am]. Den högfrekventa signalen väljs först ut vid önskad mottagningsfrekvens, till exempel med en avstämd svängningskrets, och likriktas därefter av en diod. En kondensator efter dioden laddas upp till signalens momentana toppvärde och urladdas samtidigt genom ett parallellkopplat motstånd med lämplig tidskonstant. Tidskonstanten ligger klart över HF-signalens periodtid men klart under LF-signalens periodtid.
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[picture:141:demodulator_huellkurvendemodulator_am:Hüllkurvendemodulator zur Demodulation von AM-Signalen]
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[picture:141:demodulator_huellkurvendemodulator_am:Envelopdetektor för demodulation av AM-signaler]
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[question:AD501]
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Am Anschluss X in Abbildung [ref:demodulator_huellkurvendemodulator_am_2] wird jeweils die gleichgerichtete Spitzenspannung des HF-Signals abgebildet, die zwischen den Spitzen des HF-Signals entsprechend der Zeitkonstante des parallel zum Kondensator geschalteten Widerstandes leicht abfällt. Die Hüllkurve des Signals entspricht damit der aufmodulierten NF, die aufgrund der Zeitkonstante des Kondensators mit einem Sägezahn-Signal (Trägerfrequenz) überlagert ist und entspricht dem Signal in Abbildung [ref:demodulator_huellkurvendemodulator_am_abbx]. In den nachfolgenden NF-Verarbeitungsstufen (nicht abgebildet) werden die Reste dieser Trägerfrequenz dann ausgefiltert, so dass die reine NF als Ausgangssignal verbleibt (vgl. Abbildung [ref:demodulator_huellkurvendemodulator_am_clean]).
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Vid anslutning X i figur [ref:demodulator_huellkurvendemodulator_am_2] visas HF-signalens likriktade toppspänning, som mellan HF-signalens toppar sjunker något i takt med tidskonstanten hos motståndet parallellt med kondensatorn. Signalens envelop motsvarar därmed den pålagda LF-signalen, överlagrad med en sågtandssignal (bärvågsfrekvens) på grund av kondensatorns tidskonstant, och motsvarar signalen i figur [ref:demodulator_huellkurvendemodulator_am_abbx]. I de efterföljande LF-stegen (visas ej) filtreras resterna av bärvågsfrekvensen bort, så att ren LF blir kvar som utsignal (se figur [ref:demodulator_huellkurvendemodulator_am_clean]).
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[picture:607:demodulator_huellkurvendemodulator_am_2:Hüllkurvendemodulator zur Demodulation von AM-Signalen mit Darstellung des ZF-Eingangssignals welches am Eingang des Demodulators anliegt]
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[picture:146:demodulator_huellkurvendemodulator_am_abbx:Demoduliertes Signal am Punkt X des Hüllkurvendemodulators]
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[picture:147:demodulator_huellkurvendemodulator_am_clean:Gefiltertes Signal am Ausgang des Hüllkurvendemodulators]
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[picture:607:demodulator_huellkurvendemodulator_am_2:Envelopdetektor för demodulation av AM-signaler, med FI-ingångssignalen som ligger på detektorns ingång]
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[picture:146:demodulator_huellkurvendemodulator_am_abbx:Demodulerad signal i punkt X i envelopdetektorn]
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[picture:147:demodulator_huellkurvendemodulator_am_clean:Filtrerad signal på envelopdetektorns utgång]
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[question:AD502]
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[picture:841:demodulator_flankendiskriminator:Schwingkreis der als Flankendiskriminator verwendet wird]
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[picture:841:demodulator_flankendiskriminator:Svängningskrets som används som flankdiskriminator]
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[picture:149:demodulator_flankendiskriminator_schaltung:FM-Flankendiskriminator]
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[picture:149:demodulator_flankendiskriminator_schaltung:FM-flankdiskriminator]
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Eine sehr ähnliche Schaltung wie der vorgenannte Hüllkurven-Demodulator kann zur Demodulation von FM-Signalen verwendet werden.
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Ausgehend von der Zwischenfrequenz im FM-Empfänger läuft, wie in Abbildung [ref:demodulator_flankendiskriminator], das Signal in einen Schwingkreis, der mit seiner Resonanzfrequenz $f_\text{res}$ leicht oberhalb oder unterhalb der ZF-Frequenz $f_\text{ZF}$ abgestimmt ist. Hierdurch liegt das zu demodulierende FM-Signal auf der Flanke des Schwingkreises und wandelt Frequenzänderungen der FM in Amplitudenänderungen um. Mittels des nachgeschalteten AM-Demodulators wird das nunmehr in ein AM-Signal umgewandelte FM-Signal dann demoduliert und hörbar gemacht. Diese Schaltung, gezeigt in Abbildung [ref:demodulator_flankendiskriminator_schaltung] wird Flankendiskriminator genannt.
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[question:AD504]
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En mycket liknande koppling som envelopdetektorn ovan kan användas för att demodulera FM-signaler.
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Från mellanfrekvensen i FM-mottagaren går signalen, som i figur [ref:demodulator_flankendiskriminator], in i en svängningskrets vars resonansfrekvens $f_\text{res}$ är avstämd något över eller under FI-frekvensen $f_\text{FI}$. Därigenom ligger FM-signalen som ska demoduleras på svängningskretsens flank och omvandlar frekvensändringarna i FM till amplitudändringar. Med den efterföljande AM-demodulatorn demoduleras den nu till AM omvandlade FM-signalen och görs hörbar. Kopplingen, som visas i figur [ref:demodulator_flankendiskriminator_schaltung], kallas flankdiskriminator.
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FM-modulierte Signale lassen sich ebenfalls mittels einer PLL (Phase Locked Loop) demodulieren (vgl. Abbildung [ref:demodulator_pll]). In einer PLL wird ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) über eine Phasenregelschleife frequenzfolgend an ein Eingangssignal gekoppelt. Wenn sich die Frequenz des Eingangssignals ändert (FM-Modulation) folgt die Regelspannung des VCO der FM-Modulation. Diese Regelspannung entspricht dann genau der Modulation des FM-Signals und somit der aufmodulierten NF und kann an der PLL abgegriffen werden zur weiteren Verarbeitung.
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FM-modulerade signaler kan också demoduleras med en PLL (Phase Locked Loop) (se figur [ref:demodulator_pll]). I en PLL kopplas en spänningsstyrd oscillator (VCO) via en fasreglerslinga så att den följer en ingångssignals frekvens. När ingångssignalens frekvens ändras (FM-modulation) följer VCO:ns styrspänning FM-moduleringen. Styrspänningen motsvarar då exakt FM-signalens modulering och därmed den pålagda LF-signalen, och kan tas ut från PLL:en för vidare bearbetning.
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[picture:77:demodulator_pll:PLL zur Demodulation von FM-Signalen]
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[picture:77:demodulator_pll:PLL för demodulation av FM-signaler]
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[question:AD505]
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Um SSB-modulierte Signale zu demodulieren verwendet man einen sog. Produktdetektor. Dieser ist im Wesentlichen ein Ringmischer, welchen wir schon im Empfängerkapitel kennen gelernt haben, der als Eingangssignale die ZF des Empfängers sowie einen BFO (Beat Frequency Oscillator) verwendet. Durch Mischung (Produkt) dieser beiden Eingangssignale entsteht als eines der Mischprodukte das gewünschte NF-Signal (SSB-Signal), welches am Ausgang zur weiteren Verarbeitung abgegriffen werden kann. Für bestmögliche Verständlichkeit der demodulierten NF muss der BFO auf die Frequenz des unterdrückten Trägers des SSB-Signals abgestimmt werden.
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För att demodulera SSB-modulerade signaler använder man en så kallad produktdetektor. Den är i grunden en ringblandare, som du redan har mött i mottagarkapitlet, och som får mottagarens FI och en BFO (Beat Frequency Oscillator) som ingångssignaler. Genom blandning (produkt) av dessa två ingångssignaler uppstår som en av blandningsprodukterna den önskade LF-signalen, som kan tas ut på utgången för vidare bearbetning. För bästa möjliga begriplighet hos den demodulerade LF-signalen måste BFO:n ställas in på frekvensen för SSB-signalens undertryckta bärvåg.
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[picture:153:demodulator_produktdetektor:Produktdetektor zur Demodulation von SSB-Signalen]
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[picture:1125:a_produktdetektor_spannung:Beispiel für Spannungen am Produktdetektor]
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[picture:153:demodulator_produktdetektor:Produktdetektor för demodulation av SSB-signaler]
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[picture:1125:a_produktdetektor_spannung:Exempel på spänningar i produktdetektorn]
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Zur Demodulation eines SSB-Signals wird häufig ein sogenannter *Produktdetektor* eingesetzt. Dieser kann beispielsweise als Ringmischer aufgebaut sein. Als Eingangssignale erhält er das SSB-Signal auf der Zwischenfrequenz (ZF) und das Signal eines *Beat Frequency Oscillators (BFO)*.
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För att demodulera en SSB-signal används ofta en så kallad *produktdetektor*. Den kan till exempel byggas som en ringblandare. Som ingångssignaler får den SSB-signalen på mellanfrekvensen (FI) och signalen från en *Beat Frequency Oscillator (BFO)*.
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Die Funktionsweise lässt sich vereinfacht mit einem schaltenden Mischer erklären. Das BFO-Signal schaltet den Ringmischer abwechselnd in zwei Zustände. Vereinfacht kann man sich das BFO daher als ein Signal vorstellen, das zwischen den Werten $+1$ und $-1$ umschaltet, wie im oberen Verlauf der Abbildung [ref:a_produktdetektor_spannung] dargestellt.
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Funktionssättet kan förenklat förklaras med en växlande blandare. BFO-signalen växlar ringblandaren mellan två tillstånd. Förenklat kan man därför tänka sig BFO-signalen som en signal som växlar mellan värdena $+1$ och $-1$, som visas i det övre förloppet i figur [ref:a_produktdetektor_spannung].
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Das ZF-Signal wird dadurch abwechselnd unverändert durchgeschaltet oder in seiner Polarität umgekehrt. In der vereinfachten Darstellung kann das ZF-Signal deshalb als Produkt aus dem NF-Signal und dem BFO-Schaltsignal betrachtet werden:
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FI-signalen släpps därmed växelvis igenom oförändrad eller med omvänd polaritet. I den förenklade framställningen kan FI-signalen därför betraktas som produkten av LF-signalen och BFO-växlingssignalen:
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$u_\mathrm{ZF}(t)=u_\mathrm{NF}(t)\cdot s_\mathrm{BFO}(t)$
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$u_\mathrm{FI}(t)=u_\mathrm{LF}(t)\cdot s_\mathrm{BFO}(t)$
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Im Produktdetektor wird dieses Signal erneut mit dem BFO-Signal multipliziert:
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I produktdetektorn multipliceras denna signal på nytt med BFO-signalen:
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$u_\mathrm{ZF}(t)\cdot s_\mathrm{BFO}(t)=u_\mathrm{NF}(t)\cdot s_\mathrm{BFO}(t)\cdot s_\mathrm{BFO}(t)$
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$u_\mathrm{FI}(t)\cdot s_\mathrm{BFO}(t)=u_\mathrm{LF}(t)\cdot s_\mathrm{BFO}(t)\cdot s_\mathrm{BFO}(t)$
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Da das vereinfachte BFO-Schaltsignal nur die Werte $+1$ und $-1$ annimmt, gilt:
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Eftersom den förenklade BFO-växlingssignalen bara antar värdena $+1$ och $-1$ gäller:
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$s_\mathrm{BFO}^2(t)=1$
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Damit bleibt als niederfrequenter Anteil wieder das ursprüngliche NF-Signal übrig:
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Som lågfrekvent del återstår därmed den ursprungliga LF-signalen:
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$u_\mathrm{NF}(t)=u_\mathrm{ZF}(t)\cdot s_\mathrm{BFO}(t)$
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$u_\mathrm{LF}(t)=u_\mathrm{FI}(t)\cdot s_\mathrm{BFO}(t)$
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Neben dem gewünschten NF-Signal entstehen beim Mischvorgang weitere hochfrequente Mischprodukte. Diese werden am Ausgang des Produktdetektors durch einen Tiefpass unterdrückt.
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Vid blandningen uppstår utöver den önskade LF-signalen ytterligare högfrekventa blandningsprodukter. Dessa undertrycks av ett lågpassfilter på produktdetektorns utgång.
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Damit das ursprüngliche NF-Signal mit der richtigen Tonhöhe wiedergewonnen wird, muss die Frequenz des BFO passend zur Frequenz des unterdrückten Trägers des SSB-Signals eingestellt sein.
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För att den ursprungliga LF-signalen ska återfå rätt tonhöjd måste BFO:ns frekvens vara inställd så att den passar frekvensen för SSB-signalens undertryckta bärvåg.
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[question:AD506]
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