调频

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调频(Frequency Modulation)

目录 1 什么是调频[1] 2 调频电路[2] 3 调频原理与方法[3] 4 调频合成技术 5 参考文献

　　调频全称“频率调制”。是指根据数字信号的变化改变载波信号的频率。“1”时频率高，“0”时频率低，载波信号的幅度和相位均未改变。

　　它是一种使受调波瞬时频率随调制信号而变的调制方法。实现这种调制方法的电路称调频器,广泛用于调频广播、电视伴音、微波通信、锁相电路和扫频仪等方面。对调频器的基本要求是调频频移大、调频特性好、寄生调幅小。由调频方法产生的无线电波叫调频波,其基本特征是载波的振荡幅度保持不变，振荡频率随调制信号而变。调频（FM），就是高频载波的频率不是一个常数，是随调制信号而在一定范围内变化的调制方式，其幅值则是一个常数。与其对应的，调幅就是载频的频率是不变的，其幅值随调制信号而变。

　　能够完成调频功能的电路称为调频器或调频电路。常用的调频方法是直接调频法，也就是用调制信号直接改变载波振荡器频率的方法。图1给出了它的大体框图，图中用一个可变电抗元件并联在谐振回路上。用低频调制信号控制可变电抗元件参数的变化，使载波振荡器的频率发生变化。 　　调频就是用调制信号x去控制高频载波信号的频率。常用的是线性调频，即让调频信号的频率按调制信号x的线性函数变化。调频信号u_s的一般表达式可写为u_s = U_mcos(ω_c + mx)t

式中：ω_c是载波信号的角频率；U_m是调频信号中载波信号的幅值；m为调制度。

　　图2绘出了这种调频信号的波形。图(a)为调制信号x的波形，可按任意规律变化；图(b)为调频信号的波形，其频率随x变化。若x = X_mcosΩt，则调频信号频率可在ω_c±mX_m范围内变化。为避免发生频率混叠现象，并便于解调，要求ω_c>>mX_m。

　　与调幅情况一样，为了提高测量信号的抗干扰能力，常要求从信号形成起就已经是已调信号，因此常常在传感器中进行调制。信号的调频也可以用电路来实现，只要能用调制信号去控制产生载波信号的振荡器频率，就可以实现调频。载波信号可以用LC、RC或多谐振荡器产生，只要让决定其频率的某个参数随调制信号变化，就可实现调频。

　　图3是通过改变多谐振荡器中的电容实现调频的例子。靠稳压管V_s将输出电压u_o稳定在±U_r。若输出电压为U_r,则其通过R+R_p，向电容C充电，当电容C上充电电压u_c>FU_r时(其中F=R₄／(R₃ + R₄))，N的状态翻转，使u_o = − U_r。 − U_r通过R+R_p对电容C反向充电，当电容C上充电电压u_c<-FU_r时，N再次翻转，使u_c=-U_r。这样就构成一个在±U_r间来回振荡的多谐振荡器，其振荡频率f=1／T₀，由充电回路的时间常数(R+R_p)C决定。可以用一个电容传感器的电容作为图中的C，这样就可使振荡器的频率得到调制。R_p用来调整调频信号的中心频率。也可用一个电阻式传感器的电阻作尺，振荡器的频率随被测量的变化得到调制。

　　除了通过改变C、R、L使振荡器的频率得到调制外，还可以通过电压的变化控制振荡器的频率。例如，可以利用变容二极管将电压的变化转换为电容的变化，实现振荡器的频率调制。也可以用电压去改变一个晶体管的等效内阻，使振荡器的频率发生变化，实现调制。这种频率随外加电压变化的振荡器常称为压控振荡器。

　 　　频率调制（FM）在电子音乐合成技术中，是最有效的合成技术之一，它最早由美国斯坦福大学约翰。卓宁（JohnChowning）博士提出。20世纪60年代，卓宁在斯坦福大学开始尝度使用不同类型的颤音，他发现当调制信号的频率增加并超过某个点的时候，颤音效果就在调制过的声音里消失了，取而代之的是一个新的更复杂的声音。

　　今天看来，卓宁当时只是在完成无线电广播发射中最常用的调频技术（也就是FM广播）。但卓宁的偶然发现，却使这种传统的调频技术在声音合成方面有了新的用武之地。当卓宁领悟了FM调制的基本原理后，他立即开始着手研究FM理论合成技术，并在1966年成为使用FM技术制作音乐的第一人。