什么是调频

调频(FM)被用于从广播到通信的许多应用中,它比其他模式有许多优点。beplayer体育官网


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调制格式:调制类型和技术振幅调制相位调制正交调幅


虽然改变无线电信号的振幅是最明显的调制方法,但这绝不是唯一的方法。也可以改变信号的频率来进行调频或调频。频率调制广泛应用于30兆赫以上的频率,尤其以其在甚高频调频广播中的使用而闻名。

虽然它可能不像调幅那样直接,但是调频,调频,提供了一些明显的优势。它能够提供近干扰免费接收,这是由于这个原因,它被采用的VHF声音广播。这些传输可以提供高保真音频,因此,频率调制远比较早的传输在长、中、短波波段更受欢迎。

FM除了广泛用于高质量的音频广播外,还用于各种双向无线电通信系统。无论是用于固定或移动无线电通信系统,还是用于便携式应用,调频广泛应用于甚高频及以上。

低成本调频广播电台
低成本调频广播电台

什么是调频?

为了产生调频信号,将无线电载波的频率与传入音频信号的幅值相变化。

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当音频信号调制到射频载波上时,新的射频信号在频率上上下移动。信号上下移动的幅度很重要。它被称为偏差,通常被引用为千赫兹偏差的数量。例如,信号可能有正、负3千赫的偏差,即±3千赫。在这种情况下,载波被要求上下移动3千赫。

在88.5到108 MHz之间的VHF频段的广播电台使用较大的偏差值,通常为±75 kHz。这就是所谓的宽带调频(WBFM)。这些信号能够支持高质量的传输,但占用大量的带宽。通常每个宽频带调频传输允许200 kHz。对于通信beplayer体育官网目的,使用更少的带宽。窄带调频(NBFM)通常使用±3khz左右的偏差数字。

它是窄带调频,通常用于双向无线电通信应用。有一个较窄的频带,它不能提供高质量的宽带传输,但这是不需要的应用,如移动无线电通信。

调频手持收发器
典型的小型调频手持无线电通信收发器beplayer体育官网

频率解调

与任何形式的调制一样,必须能够成功解调并恢复原始信号。调频解调器可以有多种名称,包括调频解调器、调频检测器或调频鉴别器。

有许多不同类型的调频解调器,但它们都能将输入信号的频率变化转换为输出信号的振幅变化。这些通常被送入一个音频放大器,或者可能是一个数字接口,如果数据正在通过系统传递。

阅读更多关于. . . .调频解调。

调频调节器

有各种不同的方法可以用来产生调频信号。

  • 变容二极管振荡器:这种方法只需要在振荡器电路的调谐电路中使用变容二极管。甚至可以在晶体振荡器电路中使用变容二极管。通常当晶体振荡器重复使用时,信号需要在频率上相乘,并且只能得到窄带调频。
  • 锁相环路:锁相环提供了一种极好的产生调频的方法。通常有必要仔细管理循环中的约束,但一旦这样做了,它就提供了优秀的解决方案。

调频的优点和缺点

与任何形式的调制一样,它的使用也有一些优点和缺点。在对其使用做出任何决定或选择之前,需要考虑这些因素:

调频、调频优点:

鉴于频率调制的许多优点,它已广泛用于高质量的音频广播、双向无线电通信以及许多其他应用。beplayer体育官网

  • 弹性噪声:频率调制的一个特别优点是它对信号电平变化的弹性。调制仅以频率变化的形式进行。这意味着任何信号电平变化都不会影响音频输出,只要信号没有下降到接收机无法应付的水平。因此,这使得调频成为移动无线电通信应用的理想选择,包括更通用的双向无线电通信或信号水平可能变化很大的便携式应用。调频的另一个优点是它对噪声和干扰的弹性。正是由于这个原因,调频被用于高质量的广播传输。
  • 易于在发射机低功率阶段应用调制:频率调制的另一个优点与发射机有关。可以将调制应用于发射机的低功率级,并且不需要使用线性形式的放大来将信号的功率级增加到其最终值。
  • 可以使用具有调频信号的高效射频放大器:可以使用非线性射频放大器在发射机中放大调频信号,对于任何振幅变化的信号(例如AM和SSB),这些放大器比线性放大器更有效。这意味着对于给定的输出功率,需要更少的电池功率,这使得FM在便携式双向无线电应用中更可行。

调频、调频缺点:

像所有的方案和技术一样,频率调制有一些缺点,当可能使用调频时需要考虑这些缺点。

  • 与其他调制格式相比,FM的频谱效率较差:一些相位调制和正交调幅格式对于数据传输具有比移频键控(一种频率调制形式)更高的频谱效率。因此,大多数数据传输系统使用PSK和QAM。
  • 需要更复杂的解调器:频率调制的一个小缺点是解调器稍微复杂一些,因此比用于调幅的非常简单的二极管探测器稍微贵一些。然而,这是一个少得多的问题,因为许多无线电集成电路纳入内置频率解调器。
  • 其他一些模式具有更高的数据频谱效率:一些相位调制和正交调幅格式对于数据传输具有比移频键控(一种频率调制形式)更高的频谱效率。因此,大多数数据传输系统使用PSK和QAM。
  • 边带延伸至无限两侧:调频传输的边带理论上延伸到无穷远。它们通常对宽带频率调制传输很重要,但对窄带调频传输很小。为了限制传输的带宽,通常使用滤波器,而滤波器会导致信号失真。通常这不是一个太大的问题,尽管必须注意包括这些滤波器的宽带调频,并确保他们是适当的设计。

如何引入FM

在无线电早期,静电是一个主要问题,每个人试图减少静电影响的方法就是减少带宽——这样接收器接收到的噪音就少了。

一位名叫埃德温·阿姆斯特朗的美国工程师正在研究这个问题,以及调频是否比调幅更有优势。

1928年左右,阿姆斯特朗开始发展使用调频的概念,他没有减少带宽,而是增加了带宽。

由于种种原因,许多人不同意阿姆斯特朗的想法。他找到了美国广播公司,尽管他们对此印象深刻,但他们专注于电视,不想把任何资源转移到一种新的广播形式上。

在经历了许多困难之后,阿姆斯特朗于1939年创办了自己的电台,以证明调频广播的有效性。为了适应这个和其他站遵循FCC分配一个频带的频率在42和50兆赫之间。其他公司很快跟进,但在战争结束后,美国联邦通信委员会(FCC)将分配的频段改为我们今天所知道的88到108兆赫之间。虽然一开始有一些痛苦,因为几十万台收音机已经售出,但这个波段被全球接受,这就是我们今天所知道的甚高频调频波段。

随着调频作为高质量广播媒介的确立,它迅速发展起来。

除此之外,一种窄带调频在甚高频和超高频移动通信中流行起来。beplayer体育官网调频的性质意味着信号强度的变化几乎不影响操作,如果它是一个调幅信号。

调制指数和偏差比

当使用频率调制信号时,对调制的有效水平有一个度量是非常有用的。

这在定义参数时很有用,比如信号是窄频带还是宽频带频率调制信号。它还非常有用,以确保系统中所有发射器或接收器都设置为适应标准化水平的调制,因为它会影响接收机带宽、信道间距等参数。

为了定义调制级别,使用了称为调制指数和偏差比的图形。

阅读更多关于. . . .调频调制指数和偏差比。

调频带宽

调频信号的关键要素之一是它的带宽。对于任何调频信号,边带都向两边延伸。它们实际上一直延伸到无穷远,但它们的强度会下降。幸运的是,可以限制调频信号的带宽而不过分影响其质量。

阅读更多关于. . . .调频边带和带宽。


频率调制被广泛应用于无线电技术的许多领域,包括广播和双向无线电通信领域。在这些应用中,其独特的优点可以发挥良好的效果。

虽然其他形式的调制正在许多领域被使用,调频仍然提供最高的广播质量和许多优点,为其他形式的通信。

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