【正文】 間接調(diào)頻法 移相器－2?f ( t ) sN BFM( t )積分器 ∑A c o s ?ct－＋第 2章 模擬調(diào)制 間接法 （ 圖 2― 21） 不是直接用調(diào)制信號去改變載波的頻率 ， 而是先將調(diào)制信號積分再進行調(diào)相 ， 繼而得到調(diào)頻信號 。 如果希望從窄帶調(diào)頻變?yōu)閷拵д{(diào)頻，可用倍頻法，該方法的原理是在上述間接調(diào)頻法的基礎上，再在后面加一級倍頻電路即可，該方法又叫阿姆斯特朗（ Armstrong）法。 角調(diào)制信號與調(diào)幅信號一樣需要用解調(diào)器進行解調(diào) ， 但一般把調(diào)頻信號的解調(diào)器稱為鑒頻器 ， 把調(diào)相信號的解調(diào)器稱為鑒相器 。 在這里我們只介紹鑒頻器 。 第 2章 模擬調(diào)制 為了更好地理解鑒頻原理 ， 我們回顧一下調(diào)頻信號 。 ( ) co s ( ) co s [ ( ) ]P M c fs t A t A t K f t d t??? ? ? ?該信號的瞬時角頻率 ω(t)為 ()( ) ( )cfdtt K f tdt???? ? ?第 2章 模擬調(diào)制 從上式中可以看到 ， 若在接收端能夠從調(diào)頻信號中取出 ω(t)， 再想辦法去掉 ωc項 ， 就可以得到調(diào)制信號 f(t)， 這就是鑒頻器的設計思路 。 對調(diào)頻信號求導 ( ) ( ) s i n ( ) [ ( )] s i n ( )FMcfd s t d tA t A K f t td t d t? ? ? ?? ? ? ? ? (2― 26) 第 2章 模擬調(diào)制 可見該式與 AM信號的表達式 sAM(t)=［ A+f(t)］cosωct很相似 ， 也就是說 ， 調(diào)頻信號的導數(shù)是一個既調(diào)頻又調(diào)幅的新信號 ， 因為調(diào)制信號 f(t)的全部信息不但反映在該信號的頻率上而且也反映在該信號的包絡上 ，所以我們只要對該信號像調(diào)幅信號一樣進行包絡檢波即可恢復出調(diào)制信號 （ 原始信號 ） f(t)。 由此我們得到鑒頻器需要由微分器和包絡檢波器組成的結(jié)論 （ 見圖2― 22） 。 第 2章 模擬調(diào)制 圖 2―22 調(diào)頻信號的非相干解調(diào)示意圖 微分器 包絡檢波器帶通限幅器 低通濾波器鑒頻器so ut( t )sF M( t )第 2章 模擬調(diào)制 圖 2―23 鑒頻特性 ?c 輸入瞬時頻率輸出電壓第 2章 模擬調(diào)制 鑒頻器的輸入輸出關系可用鑒頻特性曲線來描述(見圖 2― 23)。 我們使用的是該曲線中間的直線段部分 ，直線段的斜率叫做鑒頻靈敏度用 Kd表示 。 可以這樣理解該曲線：瞬時頻率是時間的函數(shù) ， 在鑒頻特性的橫軸上變化 ， 通過鑒頻特性曲線的直線段可映射為縱軸上的電壓變化 （ 由于是利用直線段映射 ， 縱軸的電壓變化與橫軸的頻率變化成線性關系 ） 。 直線段的斜率Kd越大 ， 直線就越陡峭 ， 則橫軸上頻率的微小變化 ，就會在縱軸上產(chǎn)生較大的電壓變化 ， 也就是說 ， 第 2章 模擬調(diào)制 鑒頻靈敏度高 。 反之 ， Kd小 ， 直線就平 ， 橫軸上較大的變化才能在縱軸上微小地反映出來 ， 鑒頻靈敏度就低 。 那么是不是 Kd越大越好 ？ Kd大 ， 直線陡 ， 在橫軸上的投影就會短 ， 也就是說 ， 瞬時頻率的變化范圍變小 ， 我們稱之為頻偏變小 。 頻偏變小有什么害處呢 ？ 我們知道 ， 調(diào)頻信號的頻率是以為 ωc中心隨調(diào)制信號大小的變化而變化 ， 調(diào)制信號的最大幅值對應著調(diào)頻信號的最大頻偏 。 假設 1V電壓對應 10Hz的頻偏 ，那么一個幅值為 10V的調(diào)制信號需要 100Hz的頻偏 。 第 2章 模擬調(diào)制 如果頻偏范圍變小 ， 比如變成 50Hz， 則 1V電壓就對應 5Hz的頻偏 。 如果把單位電壓對應的頻偏值稱為調(diào)制靈敏度的話 ， 顯然 ， 從調(diào)制的角度上講 ， 調(diào)制靈敏度越高越好 。 因此 ， 頻偏變小 ， 將使得調(diào)制靈敏度降低 。 可見 ， 鑒頻靈敏度與調(diào)制靈敏度是一對矛盾 ， 實際工程設計中要綜合考慮 。 對于窄帶調(diào)頻信號還有一種相干解調(diào)法 ， 原理框圖見圖 2― 24。 有興趣的讀者可自行分析其原理 。 第 2章 模擬調(diào)制 圖 2―24 窄帶調(diào)頻的相干解調(diào) 帶通濾波器 微分器 低通濾波器sN B F M( t )c ( t ) ＝ － s i n ? c tso ut( t )第 2章 模擬調(diào)制 頻率調(diào)制的特點 頻率調(diào)制的主要優(yōu)點是抗干擾能力強 ， 可以證明寬帶調(diào)頻信號解調(diào)后輸出的信噪比遠遠大于調(diào)幅信號 。比如在調(diào)頻指數(shù) βf=5時 ， 信噪比增益 （ 信噪比增益定義為： ， 式中分母是解調(diào)器輸入已調(diào)信號的平均功率與解調(diào)器輸入噪聲的平均功率之比 ， 分子是解調(diào)器輸出調(diào)制信號的平均功率與解調(diào)器輸出噪聲的平均功率之比 ） 可達 450， 是常規(guī)調(diào)幅的 。 這說明當兩者的信噪比和傳輸衰減相同時 ， 調(diào)頻信號的發(fā)射功率是調(diào)幅信號的 1/。 可見調(diào)頻信號的抗干擾能力比調(diào)幅信號好得多 。 //ooiiSNGSN?第 2章 模擬調(diào)制 可以用比較淺顯的道理來解釋調(diào)頻信號的這一特點：信道中的噪聲干擾最常見的為加性干擾 ， 即干擾信號線性疊加到傳輸信號的幅值上 。 因為調(diào)幅信號的信息就在它的包絡上 ， 也就是幅值上 ， 所以干擾對信號的影響很大；而調(diào)頻信號的信息搭載在頻率上與信號的幅值無關 ， 因此 ， 信道干擾對傳輸?shù)男畔⒂绊懞苄?。 窄帶調(diào)頻的頻帶寬度雖然與調(diào)幅信號相同 ， 其抗干擾性比不上寬帶調(diào)頻 ， 但比調(diào)幅信號還是要好 。 調(diào)頻信號因其抗干擾性好而廣泛地應用在高質(zhì)量通信或信道噪聲較大的場合 ， 比如 ， 調(diào)頻廣播 、 電視伴音 、移動通信 、 模擬微波中繼通信等 。 第 2章 模擬調(diào)制 輸出信噪比與信道帶寬的關系 需要強調(diào)的是 ， 頻率調(diào)制的輸出信噪比高的優(yōu)點是以增加頻帶寬度為代價的 。 那么為什么加大信號頻帶寬度可以提高信噪比呢我們以一個理想通信系統(tǒng)（ 圖 2― 25） 為例加以說明 （ 理想通信系統(tǒng)的概念在 ） 。 第 2章 模擬調(diào)制 圖 2―25 理想通信系統(tǒng)框圖 理想調(diào)制器( 理想編碼器 ) 信道理想解調(diào)器( 理想譯碼器 )輸入信號 輸出信號f H B B f HS i , N i S o , N o第 2章 模擬調(diào)制 假定輸入端的信號帶寬為 fH赫茲 ， 信息傳輸速率為 Ri。 此信號經(jīng)過理想調(diào)制 （ 或編碼 ） 后的帶寬變?yōu)?B赫茲 。 根據(jù)香農(nóng)公式 ， 這時到達理想調(diào)解器 （ 或理想譯碼器 ） 輸入端的信息速率為 ( 1 )iiiSR B IbN??式中 ,Si/Ni是信道輸出信噪比。 第 2章 模擬調(diào)制 理想解調(diào)器將把帶寬為 B的信號解調(diào) （ 還原 ） 為帶寬為 fH的信號 ， 且其輸出信號的信息傳輸速率必須與輸入信號的相等 。 因此 ， 解調(diào)器輸出信息速率 Ro可表示為 ( 1 )oo i HoSR R f IbN? ? ?第 2章 模擬調(diào)制 這里 ， So/No是解調(diào)器輸出端的信號和噪聲的功率比 。 于是可得 //( 1 ) ( 1 )( 1 ) ( 1 )( 1 ) ( 1 )HHioHioBfoioiBfoioiSSB I b f I bNNSSI b I bNNSSNN? ? ?? ? ?? ? ?第 2章 模擬調(diào)制 由于實際上信噪比都遠遠大于 1， 因此上式變?yōu)? /() HBfoioiSSNS? 可見 ， 在理想系統(tǒng)中 ， 輸出信噪比 （ So/No） 隨帶寬 B按指數(shù)規(guī)律增加 。 也就是說 ， 通過增加信號帶寬（ 也意味著必須同時增加信道帶寬 ） 能明顯改善信噪比 。 第 2章 模擬調(diào)制 雖然所有的實際系統(tǒng)，在實現(xiàn)帶寬和信噪比的互換上，都不能達到理想系統(tǒng)的水平，但都會有不同程度的提高或改善。 我們還可以這樣地簡單理解：比如一個發(fā)射功率一定的信號（設功率為 P），其頻譜帶寬為 B，則單位頻帶所占的功率為 P/B。假設我們把信號帶寬變?yōu)?2B，發(fā)射功率不變，則單位頻帶所占的功率變?yōu)?P/2B，比原來少了一半。而從第一章可知，干擾也是一種信號，也具有一定的頻帶，假設一干擾的頻帶寬度為 B/10，雖然它對兩種信號造成同樣帶寬（ B/10）的影響，但相同的帶寬卻包含不同的信號功率值，從對信息的破壞程度上看，顯然帶寬為 2B的信號功率受損小。 第 2章 模擬調(diào)制 調(diào)制的功能與分類 把低頻信號變換成高頻信號以利于無線發(fā)送或在信道中傳輸 。 關于無線發(fā)送前面已經(jīng)講過 ,在信道中傳輸主要指有線通信中的高頻對稱電纜要求傳輸信號的頻率為 12～ 252kHz， 顯然 ， 頻率為 ～ 信號 （ 考慮保護帶 ， 通常將帶寬定義為 4kHz） 不能直接在其中傳輸 ， 必須經(jīng)過調(diào)制 。 第 2章 模擬調(diào)制 信號必須通過信道才能傳輸 ， 而每一種物理信道的頻率特性一般都比所傳的基帶信號帶寬要大很多（ 比如同軸電纜的帶寬約為 0～ 400MHz， 若只傳送一路普通話音信號 ， 則顯得非常浪費 ！ ） ， 但若對信號不加處理 ， 直接傳輸多路話音信號又會造成相互干擾 ，致使接收端無法分清各路信號 ， 因此必須用調(diào)制技術(shù)使得多路信號在同一個信道中同時傳輸 ， 以實現(xiàn)信道多路復用 。 第 2章 模擬調(diào)制 從香農(nóng)公式中可知 ， 當一個通信系統(tǒng)的信道容量一定時 ， 其信道帶寬和信噪比可以互換 ， 即為了某種需要可以降低信噪比而提高帶寬 ， 也可以降低帶寬而提高信噪比 。 這種互換可以通過不同的調(diào)制方式來實現(xiàn) 。 比如當信噪比較低時 ， 可選擇寬帶調(diào)頻方式增加信號的帶寬以提高系統(tǒng)的抗干擾能力 （ 提高信息傳輸?shù)目煽啃?） 。 第 2章 模擬調(diào)制 根據(jù)不同的標準 ， 調(diào)制有多種分類 。 （ 1） 按調(diào)制信號的種類分為 模擬調(diào)制 ——調(diào)制信號為模擬信號 ， 比如正弦型信號 。 數(shù)字調(diào)制 ——調(diào)制信號為數(shù)字信號 ， 比如二進制序列 。 （ 2） 按載波的種類分為 連續(xù)波調(diào)制 ——載波為連續(xù)信號 ， 比如正弦型信號 。 脈沖調(diào)制 ——載波為脈沖信號 ， 比如矩形脈沖序列 。 第 2章 模擬調(diào)制 （ 3） 按調(diào)制參數(shù)的種類分為 幅度調(diào)制 ——載波的幅值隨調(diào)制信號的變化而變化 。 頻率調(diào)制 ——載波的頻率隨調(diào)制信號的變化而變化 。 相位調(diào)制 ——載波的相位隨調(diào)制信號的變化而變化 。 第 2章 模擬調(diào)制 （ 4） 按調(diào)制器傳輸函數(shù)的種類分為 線性調(diào)制 ——所謂線性調(diào)制是指已調(diào)信號的頻譜與調(diào)制信號的頻譜之間滿足線性關系的調(diào)制 。 線性調(diào)制的特點是已調(diào)信號的頻譜與調(diào)制信號的頻譜相比 ， 在形狀上沒有變化 ， 即不改變調(diào)制信號的頻譜結(jié)構(gòu) ， 但在頻譜的幅值上差一個倍數(shù) （ 一般來說 ， 該倍數(shù)小于 1， 若調(diào)制器具有放大作用 ， 則倍數(shù)大于 1） 。 另外 ， 線性調(diào)制過程在數(shù)學上可以用調(diào)制信號與載波直接相乘得到 。 第 2章 模擬調(diào)制 非線性調(diào)制 ——不滿足線性調(diào)制條件的調(diào)制就是非線性調(diào)制 。 非線性調(diào)制的已調(diào)信號的頻譜已不再是調(diào)制信號的頻譜的形狀 ， 也不能只用一個常數(shù)描述頻譜之間的關系 。 非線性調(diào)制在數(shù)學上不能用調(diào)制信號與載波直接相乘進行描述 。 在實際工程應用中 ， 還經(jīng)常將幾種調(diào)制結(jié)合起來使用 ， 即所謂復合調(diào)制方式 ， 比如多進制數(shù)字調(diào)制中的調(diào)幅調(diào)相法 （ 也就是調(diào)制定義中將信號調(diào)制在載波的幾個參量上 ） 。 表 2―1 列出了常用調(diào)制技術(shù)及其主要用途，供大家參考。 第 2章 模擬調(diào)制 表 2― 1 常用調(diào)制技術(shù)及其用途