通信工程師考試頻率調(diào)制和相位調(diào)制

10.1.2 頻率調(diào)制和相位調(diào)制

頻率調(diào)制（FM）可能是最常用的模擬調(diào)制技術(shù)，常見于從廣播到無繩電話的幾乎所有應(yīng)用場(chǎng)合。相位調(diào)制（PM）很少用于模擬系統(tǒng)，但是它在數(shù)字通信中應(yīng)用卻十分普遍。由于頻率和相位的關(guān)系緊密，因此通常將這兩種調(diào)制方案放在一起來討論。實(shí)際上，它們也經(jīng)常被歸為一類，稱為角調(diào)制，如圖10-4所示。

在討論幅度調(diào)制時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，調(diào)制后信號(hào)的幅度隨著調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)幅度而變化。對(duì)于FM而言，隨著調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)幅度而變化的是已調(diào)信號(hào)的頻率，而對(duì)于PM則是己調(diào)信號(hào)的相位。有一點(diǎn)非常重要：在所有類型的調(diào)制中，是基帶信號(hào)的幅度在進(jìn)行調(diào)制，而不是頻率。

角調(diào)制信號(hào)的幅度和功率不會(huì)因?yàn)檎{(diào)制而變化。因此，F(xiàn)M信號(hào)是恒包絡(luò)的。這實(shí)際上是它的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)；FM接收器不必對(duì)幅度的變化作出響應(yīng)，也就是說幅度的變化不影響FM的接收效果，即FM對(duì)于噪聲的影響比較不敏感。同時(shí)，由于幅度的線性不是很重要，因此FM設(shè)備在調(diào)制過程中可以使用非線性放大器。

圖10-5所示的是頻率調(diào)制的概念。盡管正弦波的數(shù)學(xué)表達(dá)式比較簡(jiǎn)單，但是這里為了便于對(duì)過程的觀察，使用了方波作為調(diào)制信號(hào)。圖10-5（a）所示的為未經(jīng)調(diào)制的載波和調(diào)制信號(hào)。圖10-5（b）所示的為時(shí)域中的調(diào)制后信號(hào)。為了清楚起見，已經(jīng)將頻率改變的大小放大了，不過幅度沒變，而且可以觀察到頻率隨時(shí)間的改變。

圖10-5（c）所示的為信號(hào)的頻率隨時(shí)間變化圖，這與調(diào)制信號(hào)的幅值隨時(shí)間的變化相（d）相位和時(shí)間的關(guān)系圖10-5頻率調(diào)制一致。最后，在圖10-5（d）中可以看到相位角隨時(shí)間的變化圖。當(dāng)頻率大于<時(shí)，信號(hào)的相位角緩慢增加。趕超載波相位：而當(dāng)頻率小于又時(shí)，信號(hào)的相位角逐漸落后于載波相位。信號(hào)的發(fā)射頻率在一個(gè)方向上炬離載波頻率的最大變化值，稱為“頻偏”。因此，總的頻率偏移大小為這個(gè)頻偏值的兩倍。

頻率調(diào)制指數(shù)mf也定義為

頻率調(diào)制產(chǎn)生無數(shù)個(gè)邊帶，甚至對(duì)于單音調(diào)制也是。實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于幅值小于最大幅值1%的邊帶通?？杀缓雎浴Ｒ虼私钦{(diào)制的帶寬可以認(rèn)為是有限的，通常情況下比AM信號(hào)的帶寬大得多。

頻率調(diào)制屬于非線性調(diào)制，其頻譜結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，難于表述。但是，當(dāng)頻率調(diào)制指數(shù)巧遠(yuǎn)小于1（或最大的瞬時(shí)相位偏移遠(yuǎn)小于6/帕爾）時(shí)，我們可以得到FM信號(hào)的簡(jiǎn)化表達(dá)式，因而可求出它的任意調(diào)制信號(hào)的頻譜表示式，這時(shí)，信號(hào)占據(jù)帶寬窄，屬于窄帶調(diào)頻（NBFM）：反之，是寬帶調(diào)頻（WBFM）。在基帶調(diào)制信號(hào)一定的情況下，調(diào)頻信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)和帶寬取決于頻率調(diào)制指數(shù)mf。一般地，相對(duì)較窄的帶寬（10-30kHz）用于語音通信，更寬一些的帶寬用于廣播業(yè)務(wù)（大約200kHZ）和衛(wèi)星電視。

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