Dopo calcoli e calcoli al vento, credo di essere arrivato a una bella dimostrazione.
Posto la soluzione dell'intero demodulatore per chi è interessato
(Sì,
MarcoD, volevo un tuo parere).
Cominciamo da qui: per demodulare un segnale FM, o uso un PLL e spero che la risposta del filtro passa basso sia circa costante alle frequenze coinvolte dal messaggio modulante, oppure devo usare uno stratagemma più astuto.
Tale stratagemma si concretizza nel cercare di derivare il segnale in modo che il problema si sposti da una demodulazione FM a una AM.
Ecco perché:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
A questo punto basterebbe utilizzare un demodulatore di inviluppo per la classica AM e ottenere:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
Un derivatore ideale non è sintetizzabile elettronicamente, allora mi invento questo:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
Se ritardo di pochissimo ho una derivata sempre più fedele, ma l'ampiezza del segnale diventerebbe troppo bassa, al contrario con un ritardo troppo alto avrei una derivata pessima pur non soffrendo di problemi rivelazione del segnale.
Al solito, compromesso.
Come faccio un ritardatore?
La funzione di trasferimento di quello ideale sarebbe:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
Se prendo una rete risonante posso approssimare questo comportamento intorno alla sua frequenza di risonanza, tanto meglio quanto il Q è basso:
Posso quindi approssimare intorno alla frequenza di risonanza (che sceglierò pari a

) la funzione di trasferimento come:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
Per il corretto funzionamento del demodulatore però è necessario anche un ulteriore sfasamento (si vede tra poco con la matematica) che sarà introdotto da una rete sfasatrice opportuna.
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
Utilizzando come ritardatore la rete appena fatta si avrà:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
ovvero:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
Lo sfasamento istantaneo tra l'ingresso e questo segnale è pari a:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
Questo termine in particolare:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
posso approssimarlo in modo utile notando che:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
una forma più leggibile si ottiene se si pone [unparseable or potentially dangerous latex formula] in modo da avere:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
che è una correlazione tra il messaggio e la funzione rettangolo, calcolata in

.
Per vedere come approssimarla trasformo secondo Fourier rispetto ad

:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
tornando nel dominio di

:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
e quindi ottenere come sfasamento approssimato tra

e

:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
Dopo il sommatore avrò allora:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
Dopo il demodulatore di inviluppo otterrò il seguente segnale:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
Sviluppando il seno:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
Se in questa espressione vale l'approssimazione:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
allora:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
Da qui si vede il motivo della necessità di

: se non ci fosse (

) si avrebbe un segnale sovramodulato AM che un demodulatore di inviluppo semplice non riuscirebbe a demodulare.
Scegliendo invece

si arriva a (il demodulatore di inviluppo tira fuori sempre un segnale positivo -ovvero fa il modulo- purché non ci sia sovramodulazione AM):
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
che invece va bene per un demodulatore di inviluppo purché [unparseable or potentially dangerous latex formula].
Se avessi usato

avrei ottenuto:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
Ora, se l'ingresso fosse non rumoroso avremmo finito.
In caso di presenza di rumore si avrebbe:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
La presenza di [unparseable or potentially dangerous latex formula] potrebbe creare armoniche in banda difficilmente filtrabili.
Si può tuttavia ridurre il suo effetto utilizzando uno schema bilanciato copiando dualmente quello iniziale ed aggiungendolo in parallelo:
che fornisce in uscita:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
dove ora il rumore viene scalato secondo l'andamento del messaggio, e il suo contributo quindi è meno influente.
Non resta che tramutare in circuito elettronico lo schema a blocchi ultimo realizzando quello che volevo fare in [1]:
Eccolo qui: il demodulatore FM di Foster-Seeley.
Per l'analisi fatta funziona bene solo quando:
[unparseable or potentially dangerous latex formula]
dove con

ho indicato la banda del messaggio modulante.