調 しらべ 頻 しき (英語 えいご :Frequency Modulation ,缩写:FM )是 ぜ 一 いち 种以载波 的 てき 瞬 まどか 时频率 变化来 らい 表示 ひょうじ 信 しん 息 いき 的 てき 调制 方式 ほうしき 。(与 あずか 此相对应的 てき 调幅 方式 ほうしき 是 ぜ 透 とおる 过载波 は 幅 はば 度 ど 的 てき 变化来 らい 表示 ひょうじ 信 しん 息 いき ,而其频率却保持 ほじ 不 ふ 变。)在 ざい 模 かたぎ 拟 应用中 ちゅう ,载波的 てき 频率跟随输入信号 しんごう 的 てき 幅 はば 度 ど 直接 ちょくせつ 成 なり 等 とう 比例 ひれい 变化。在 ざい 数字 すうじ 应用领域,载波的 てき 频率则根据 すえ 数 かず 据 すえ 序列 じょれつ 的 てき 值作离散跳 とべ 变,即 そく 所 しょ 谓的频率键控 (FSK)。
调频技 わざ 术通常 つうじょう 运用在 ざい 甚高频 段 だん (VHF 无线电波段 だん )上 じょう 的 てき 高保 たかやす 真 しん 音 おと 乐和 わ 语音 的 てき 无线电广播 。普通 ふつう 的 てき (模 かたぎ 拟)电视的 てき 音 おと 频信号 ごう 也是透 とおる 过调频方式 しき 传递。窄带 形式 けいしき 的 てき 调频广播(N-FM)限 きり 于商业上的 てき 声音 こわね 通 つう 讯和业余无线电 领域,广播中 ちゅう 使用 しよう 的 てき 调频技 わざ 术则一般称为宽带调频(W-FM)。
调频技 わざ 术还用 よう 于大多数 たすう 的 てき 模 も 拟VCR ,包括 ほうかつ 家庭 かてい 视频系 けい 统VHS ,用 よう 于记录视频信号 ごう 的 てき 亮 あきら 度 たび (黑 くろ 和白 わじろ )信 しん 息 いき ,不 ふ 过是在中 ざいちゅう 频段使用 しよう 。调频是 ぜ 用 よう 于录取视频磁带时唯一不造成大的信号走样的调制技术,因 いん 为视频信息 いき 的 てき 所 しょ 包含 ほうがん 的 てき 频谱范围很广,从几个赫兹 到 いた 几十 じゅう 兆 ちょう 赫,同 どう 均衡 きんこう 器 き 工作 こうさく 时很难将噪声信 しん 息 いき 保持 ほじ 在 ざい -60分 ぶん 贝以下 いか 。调频方式 ほうしき 也使磁带处于饱和状 じょう 态,起 おこり 到 いた 降 くだ 噪的 てき 作用 さよう ,同 どう 时接收 せっしゅう 端 はし 的 てき 调频捕获 效 こう 应基本 きほん 消 しょう 除 じょ 了 りょう 透 とおる 印 しるし 和 わ 前回 ぜんかい 声 こえ 等 とう 现象。如果在 ざい 信号 しんごう 上 じょう 加 か 上 じょう 一个连续的导频音,就像在 ざい V2000 以及许多Hi-band 格式 かくしき 上作 じょうさく 的 てき 那 な 样,机 つくえ 械抖动可以得到 いた 有效 ゆうこう 的 てき 控 ひかえ 制 せい ,从而有 ゆう 助 じょ 于时基校正 こうせい 。
调频技 わざ 术还应用在 ざい 音 おと 频的 てき 合成 ごうせい 上 じょう ,即 そく 所 しょ 谓的调频合成 ごうせい ,在 ざい 早期 そうき 的 てき 数字 すうじ 合成 ごうせい 器 き 上 うえ 应用很普遍 ふへん ,并成为几代 だい 个人电脑 声 こえ 卡的 てき 标准特 とく 征 せい 。
理 り 论[ 编辑 ]
若 わか 欲 よく 傳送 でんそう 信號 しんごう (即 そく 基 もと 带 )為 ため
x
m
(
t
)
{\displaystyle x_{m}(t)}
而正弦 せいげん 载波为
x
c
(
t
)
=
A
c
cos
(
2
π ぱい
f
c
t
)
{\displaystyle x_{c}(t)=A_{c}\cos(2\pi f_{c}t)\,}
,其中 fc 為 ため 載 の 波 なみ 的 てき 基 もと 频,Ac 是 ぜ 载波的 てき 振幅 しんぷく ,调制器 き 将 はた 基 もと 带数据 すえ 信号 しんごう 与 あずか 载波结合起 おこり 来 らい 得 え 到 いた 了 りょう 传输信号 しんごう :
y
(
t
)
=
A
c
cos
(
2
π ぱい
∫
0
t
f
(
τ たう
)
d
τ たう
)
{\displaystyle y(t)=A_{c}\cos \left(2\pi \int _{0}^{t}f(\tau )d\tau \right)}
=
A
c
cos
(
2
π ぱい
∫
0
t
[
f
c
+
f
Δ でるた
x
m
(
τ たう
)
]
d
τ たう
)
{\displaystyle =A_{c}\cos \left(2\pi \int _{0}^{t}\left[f_{c}+f_{\Delta }x_{m}(\tau )\right]d\tau \right)}
=
A
c
cos
(
2
π ぱい
f
c
t
+
2
π ぱい
f
Δ でるた
∫
0
t
x
m
(
τ たう
)
d
τ たう
)
{\displaystyle =A_{c}\cos \left(2\pi f_{c}t+2\pi f_{\Delta }\int _{0}^{t}x_{m}(\tau )d\tau \right)}
公式 こうしき 中 ちゅう ,
f
(
τ たう
)
{\displaystyle f(\tau )\,}
是 ぜ 振 ふ 荡器的 てき 瞬時 しゅんじ 頻 しき 率 りつ ,
f
Δ でるた
{\displaystyle f_{\Delta }\,}
是 これ 频偏 ,代表 だいひょう 在 ざい 一个方向上相对 fc 的 てき 最大 さいだい 频率偏 へん 移 うつり ,在 ざい 此我们假定 かてい x m (t ) 的 てき 幅 はば 值限于 ±1 之 これ 间。
虽然信号 しんごう 的 てき 大 だい 部分 ぶぶん 能 のう 量 りょう 都 と 包含 ほうがん 在 ざい fc ± f Δ でるた 中 なか ,但 ただし 可 か 以通过傅 でん 里 さと 叶 かのう 分析 ぶんせき 证明要 よう 精 せい 确表示 ひょうじ 一 いち 个FM信号 しんごう 需要 じゅよう 更 さら 宽的频率范围。实际FM信号 しんごう 的 てき 频率谱 具有 ぐゆう 无限延伸 えんしん 的 てき 分量 ぶんりょう ,但 ただし 它们的 てき 幅 はば 度会 わたらい 减小,在 ざい 实际设计问题中也 ちゅうや 常 つね 忽 ゆるがせ 略 りゃく 高 だか 阶分量 りょう 。[1]
正弦 せいげん 基 もと 带信号 ごう [ 编辑 ]
数学 すうがく 上 じょう ,基 もと 带调制 せい 的 てき 信号 しんごう 可 か 以通过用频率 fm 正弦 せいげん 等 とう 幅 はば 波 は 信号 しんごう 来 らい 近似 きんじ 。这种方法 ほうほう 也被称 しょう 为单音 おん 调制。这样一个信号的积分是:
∫
0
t
x
m
(
τ たう
)
d
τ たう
=
A
m
cos
(
2
π ぱい
f
m
t
)
2
π ぱい
f
m
{\displaystyle \int _{0}^{t}x_{m}(\tau )d\tau ={\frac {A_{m}\cos(2\pi f_{m}t)}{2\pi f_{m}}}\,}
在 ざい 这种情 じょう 况下,y(t) 的 てき 表 ひょう 达式可 か 以简化 か 为:
y
(
t
)
=
A
c
cos
(
2
π ぱい
f
c
t
+
f
Δ でるた
f
m
cos
(
2
π ぱい
f
m
t
)
)
{\displaystyle y(t)=A_{c}\cos \left(2\pi f_{c}t+{\frac {f_{\Delta }}{f_{m}}}\cos \left(2\pi f_{m}t\right)\right)\,}
其中调制正弦 せいげん 曲線 きょくせん 的 てき 振幅 しんぷく
A
m
{\displaystyle A_{m}\,}
通 つう 过峰值偏差 さ
f
Δ でるた
{\displaystyle f_{\Delta }\,}
来 らい 表示 ひょうじ (参 まいり 见频率偏 へん 移 うつり )。
正弦 せいげん 信号 しんごう 调制的 てき 正弦 せいげん 波 は 载波的 てき 谐波 分布 ぶんぷ 可 か 以表示 ひょうじ 与 あずか 贝塞尔函数 すう ;这是在 ざい 频域中 ちゅう 频率调制的 てき 数学 すうがく 理解 りかい 的 てき 基 もと 础。
调制指数 しすう [ 编辑 ]
如其他 た 调制系 けい 统一样,调制指数 しすう 表示 ひょうじ 调制变量在 ざい 未 み 调制水平 すいへい 附近 ふきん 变化的 てき 范围。它与载波频率 的 てき 变化有 ゆう 关:
h
=
Δ でるた
f
f
m
=
f
Δ でるた
|
x
m
(
t
)
|
f
m
{\displaystyle h={\frac {\Delta {}f}{f_{m}}}={\frac {f_{\Delta }|x_{m}(t)|}{f_{m}}}\ }
其中
f
m
{\displaystyle f_{m}\,}
是 ぜ 调制信号 しんごう x m (t ) 中出 なかいで 现的最高 さいこう 频率分量 ぶんりょう ,而
Δ でるた
f
{\displaystyle \Delta {}f\,}
是 ぜ 峰 ほう 值频偏 へん —即 そく 瞬時 しゅんじ 頻 しき 率 りつ 相 あい 对于载波频率的 てき 最大 さいだい 偏差 へんさ 。对于正弦 せいげん 波 は 调制,调制指数 しすう 被 ひ 视为载波频率的 てき 峰 みね 值频偏 へん 与 あずか 调制正弦 せいげん 波 は 的 てき 频率之 これ 比 ひ 。
若 わか
h
≪
1
{\displaystyle h\ll 1}
,则该调制称 しょう 为窄带调频 ,而其带宽约为
2
f
m
{\displaystyle 2f_{m}\,}
。有 ゆう 时调制 せい 指数 しすう h<0.3 rad 被 ひ 认为是 ぜ 窄带调频,否 いや 则是宽带调频。
对于数字 すうじ 调制系 けい 统,例 れい 如在二进制频移键控(BFSK)中 ちゅう ,用 もちい 二进制信号来调制载波,调制指数 しすう 为:
h
=
Δ でるた
f
f
m
=
Δ でるた
f
1
2
T
s
=
2
Δ でるた
f
T
s
{\displaystyle h={\frac {\Delta {}f}{f_{m}}}={\frac {\Delta {}f}{\frac {1}{2T_{s}}}}=2\Delta {}fT_{s}\ }
其中
T
s
{\displaystyle T_{s}\,}
是 ぜ 符号 ふごう 周期 しゅうき ,而按照 あきら 惯例
f
m
=
1
2
T
s
{\displaystyle f_{m}={\frac {1}{2T_{s}}}\,}
用作 ようさく 调制二进制波形的最高频率,尽 つき 管 かん 更 さら 准 じゅん 确地来 らい 说,它是调制二 に 进制波形 はけい 最高 さいこう 的 てき 基 もと 波 は 。在 ざい 数字 すうじ 调制的 てき 情 じょう 况下,载波
f
c
{\displaystyle f_{c}\,}
不 ふ 会 かい 被 ひ 传输。不 ふ 过,根 ね 据 すえ 调制信号 しんごう 的 てき 二 に 元 げん 状 じょう 态是0或 ある 1,会 かい 传输
f
c
+
Δ でるた
f
{\displaystyle f_{c}+\Delta {}f}
或 ある
f
c
−
Δ でるた
f
{\displaystyle f_{c}-\Delta {}f}
。
卡森法 ほう 则 [ 编辑 ]
一个经验法则,卡森法 ほう 则 指出 さしで 几乎所有 しょゆう (~98%)的 てき 调频信号 しんごう 的 てき 功 こう 率 りつ 处于带宽
B
T
{\displaystyle B_{T}\,}
内 うち :
B
T
=
2
(
Δ でるた
f
+
f
m
)
{\displaystyle \ B_{T}=2(\Delta f+f_{m})\,}
其中
Δ でるた
f
{\displaystyle \Delta f\,}
是 ぜ 从中心 ちゅうしん 载波频率
f
c
{\displaystyle f_{c}\,}
到 いた 瞬 まどか 时频率 りつ
f
(
t
)
{\displaystyle f(t)\,}
的 まと 峰 ほう 值偏差 さ ,而
f
m
{\displaystyle f_{m}\,}
为调制 せい 信号 しんごう 中 ちゅう 的 てき 最高 さいこう 频率。
卡森规则的 てき 应用条件 じょうけん 仅仅是正 ぜせい 弦 つる 信号 しんごう 。
无线电中的 てき 应用 [ 编辑 ]
一个频率调制的例子。 第 だい 一个图表显示了一个叠加在载波信号上的调制信号。第 だい 二个图表显示了最后得到的频率调制信号。
Edwin Armstrong 于1935年 ねん 11月6日 にち 在 ざい 无线电工程 ほど 师学会 がっかい 纽约分部 わけべ 发表了 りょう 一 いち 篇 へん 名 めい 为《一个通过频率调制系统降低无线电信号干扰的方法》 (页面存 そん 档备份 ,存 そん 于互联网档案 あん 馆 )的 てき 文章 ぶんしょう ,第 だい 一次描述了调频无线电。
宽带调频(W-FM)和 かず 调幅相 しょう 比 ひ ,在 ざい 同 どう 样的调制信号 しんごう 作用 さよう 下 か ,宽带调频需要 じゅよう 更 さら 宽的带宽。但 ただし 是 ぜ 这也使 し 信号 しんごう 具有 ぐゆう 更 さら 强的 ごうてき 抗 こう 噪声和 わ 干 ひ 扰能力 りょく 。调频还具有 ぐゆう 较强的 てき 抗 こう 简单信号 しんごう 振幅 しんぷく 衰 おとろえ 减能力 りょく (simple signal amplitude fading phenomena)。因 よし 此,调频被 ひ 选做高 だか 频、高保 たかやす 真 ま 无线电传输的调制标准。
调频接收 せっしゅう 机 つくえ 固有 こゆう 的 てき 一个现象叫做“捕 と 获”,即 そく 调谐器 き 能 のう 够清晰地接收 せっしゅう 到 いた 两个同 どう 频率广播电台中 ちゅう 的 てき 较强者 しゃ 。然 しか 而,随 ずい 之 の 而来的 てき 问题是 ぜ :频率漂移或 ある 选择性 せい 差 さ 可能 かのう 会 かい 导致一个电台或信号突然被另一个毗邻频道的压制。频率漂移只 ただ 是 ぜ 对非常 ひじょう 老 ろう 式 しき 的 てき 或 ある 廉 かど 价的接收 せっしゅう 机 つくえ 来 らい 说是个问题,而选择性差 さ 则可能 かのう 给所有 しょゆう 调谐器 き 都 と 带来了 りょう 困 こま 扰。
调频信号 しんごう 也能用 よう 于搭载立体 りったい 声 ごえ 信号 しんごう ,参 まいり 见调频立体 りったい 声 ごえ 。然 しか 而,这是在 ざい 频率调制过程之 の 前 ぜん 和之 かずゆき 后 きさき ,通 つう 过使用 しよう 多 た 路 みち 复用技 わざ 术和去 さ 多 た 路 みち 复用技 わざ 术来完成 かんせい 的 てき ,而不是 ぜ 作 さく 为频率 りつ 调制过程的 てき 一 いち 部分 ぶぶん 。本文 ほんぶん 余 あまり 下 か 的 てき 部分 ぶぶん 将 はた 忽 ゆるがせ 略 りゃく 调频立体 りったい 声 ごえ 中 ちゅう 使用 しよう 的 てき 立体 りったい 声 ごえ 多 た 路 ろ 复用和 わ 去 さ 多 た 路 みち 复用过程,而是集中 しゅうちゅう 在 ざい 调频调制和解 わかい 调过程 ほど ,这对立体 りったい 声 ごえ 和 わ 单声道 どう 处理过程都 と 是 ぜ 一 いち 样的。
可 か 以使用 しよう 直接 ちょくせつ 或 ある 间接的 てき 频率调制产生调频信号 しんごう :
直接 ちょくせつ 调频调制可 か 以通过直接 ちょくせつ 将 はた 信号 しんごう 反 はん 馈到一 いち 个壓 あつ 控 ひかえ 振盪 しんとう 器 き 的 てき 输入实现。
对于间接调频调制,消息 しょうそく 信号 しんごう 首 くび 先 さき 积分生成 せいせい 调相信号 しんごう 。这用于调制 せい 晶 あきら 控 ひかえ 振 ぶ 荡器 ,得 え 到 いた 的 てき 信号 しんごう 通 どおり 过倍 ばい 頻 しき 器 うつわ 产生FM信号 しんごう 。在 ざい 这种调制中 ちゅう ,生成 せいせい 的 てき 是 ぜ 窄带FM信号 しんごう ,随 ずい 后 きさき 再 さい 产生宽带FM信号 しんごう ,因 いん 此称为间接 せっ 调频调制。[2]
解 かい 调[ 编辑 ]
有 ゆう 很多种调频波解 かい 调电路 ろ 。恢复原 げん 调制信号 しんごう 的 てき 常用 じょうよう 方法 ほうほう 是 ぜ 通 どおり 过浮士特 とく -席 せき 利 り 鉴频器 き 。锁相环 可 か 以用作 さく 调频信号 しんごう 解 かい 调器。斜 はす 率 りつ 检测通 つう 过谐振频率略 りゃく 微 ほろ 偏 へん 离载波 は 的 てき 调谐电路解 かい 调FM信号 しんごう 。随 ずい 着 ぎ 频率的 てき 上 じょう 升 ます 和 わ 下降 かこう ,调谐电路会 かい 提供 ていきょう 幅 はば 度 ど 变化的 てき 响应,将 はた FM转变为AM。AM接收 せっしゅう 机 つくえ 通 どおり 过这种方式 しき 可 か 以监测到一 いち 些FM传输,尽 つき 管 かん 它不能 ふのう 有效 ゆうこう 地 ち 解 かい 调 FM广播。
参 まいり 见[ 编辑 ]
参考 さんこう 文献 ぶんけん [ 编辑 ]
^ T.G. Thomas, S. C. Sekhar Communication Theory , Tata-McGraw Hill 2005, ISBN 0-07-059091-5 page 136
^ "Communication Systems" 4th Ed, Simon Haykin, 2001
延伸 えんしん 阅读[ 编辑 ]
A. Bruce Carlson. Communication Systems, 4th edition. McGraw-Hill Science/Engineering/Math. 2001. ISBN 0-07-011127-8 , ISBN 978-0-07-011127-1 .
Gary L. Frost. Early FM Radio: Incremental Technology in Twentieth-Century America. Baltimore: Johns Hopkins University Press, 2010. ISBN 0-8018-9440-9 , ISBN 978-0-8018-9440-4 .
Ken Seymour, AT&T Wireless (Mobility). Frequency Modulation, The Electronics Handbook, pp 1188-1200, 1st Edition, 1996. 2nd Edition, 2005 CRC Press, Inc., ISBN 0-8493-8345-5 (1st Edition).
外部 がいぶ 連結 れんけつ [ 编辑 ]
广播媒体 ばいたい 广播定位 ていい 专门频道 生 なま 产及资金文化 ぶんか