調頻

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調頻(Frequency Modulation)

目錄 1 什麼是調頻[1] 2 調頻電路[2] 3 調頻原理與方法[3] 4 調頻合成技術 5 參考文獻

　　調頻全稱“頻率調製”。是指根據數字信號的變化改變載波信號的頻率。“1”時頻率高，“0”時頻率低，載波信號的幅度和相位均未改變。

　　它是一種使受調波瞬時頻率隨調製信號而變的調製方法。實現這種調製方法的電路稱調頻器,廣泛用於調頻廣播、電視伴音、微波通信、鎖相電路和掃頻儀等方面。對調頻器的基本要求是調頻頻移大、調頻特性好、寄生調幅小。由調頻方法產生的無線電波叫調頻波,其基本特征是載波的振蕩幅度保持不變，振蕩頻率隨調製信號而變。調頻（FM），就是高頻載波的頻率不是一個常數，是隨調製信號而在一定範圍內變化的調製方式，其幅值則是一個常數。與其對應的，調幅就是載頻的頻率是不變的，其幅值隨調製信號而變。

　　能夠完成調頻功能的電路稱為調頻器或調頻電路。常用的調頻方法是直接調頻法，也就是用調製信號直接改變載波振蕩器頻率的方法。圖1給出了它的大體框圖，圖中用一個可變電抗元件並聯在諧振迴路上。用低頻調製信號控制可變電抗元件參數的變化，使載波振蕩器的頻率發生變化。 　　調頻就是用調製信號x去控制高頻載波信號的頻率。常用的是線性調頻，即讓調頻信號的頻率按調製信號x的線性函數變化。調頻信號u_s的一般表達式可寫為u_s = U_mcos(ω_c + mx)t

式中：ω_c是載波信號的角頻率；U_m是調頻信號中載波信號的幅值；m為調製度。

　　圖2繪出了這種調頻信號的波形。圖(a)為調製信號x的波形，可按任意規律變化；圖(b)為調頻信號的波形，其頻率隨x變化。若x = X_mcosΩt，則調頻信號頻率可在ω_c±mX_m範圍內變化。為避免發生頻率混疊現象，並便於解調，要求ω_c>>mX_m。

　　與調幅情況一樣，為了提高測量信號的抗干擾能力，常要求從信號形成起就已經是已調信號，因此常常在感測器中進行調製。信號的調頻也可以用電路來實現，只要能用調製信號去控制產生載波信號的振蕩器頻率，就可以實現調頻。載波信號可以用LC、RC或多諧振蕩器產生，只要讓決定其頻率的某個參數隨調製信號變化，就可實現調頻。

　　圖3是通過改變多諧振蕩器中的電容實現調頻的例子。靠穩壓管V_s將輸出電壓u_o穩定在±U_r。若輸出電壓為U_r,則其通過R+R_p，向電容C充電，當電容C上充電電壓u_c>FU_r時(其中F=R₄／(R₃ + R₄))，N的狀態翻轉，使u_o = − U_r。 − U_r通過R+R_p對電容C反向充電，當電容C上充電電壓u_c<-FU_r時，N再次翻轉，使u_c=-U_r。這樣就構成一個在±U_r間來回振蕩的多諧振蕩器，其振蕩頻率f=1／T₀，由充電迴路的時間常數(R+R_p)C決定。可以用一個電容感測器的電容作為圖中的C，這樣就可使振蕩器的頻率得到調製。R_p用來調整調頻信號的中心頻率。也可用一個電阻式感測器的電阻作尺，振蕩器的頻率隨被測量的變化得到調製。

　　除了通過改變C、R、L使振蕩器的頻率得到調製外，還可以通過電壓的變化控制振蕩器的頻率。例如，可以利用變容二極體將電壓的變化轉換為電容的變化，實現振蕩器的頻率調製。也可以用電壓去改變一個晶體管的等效內阻，使振蕩器的頻率發生變化，實現調製。這種頻率隨外加電壓變化的振蕩器常稱為壓控振蕩器。

　 　　頻率調製（FM）在電子音樂合成技術中，是最有效的合成技術之一，它最早由美國斯坦福大學約翰。卓寧（JohnChowning）博士提出。20世紀60年代，卓寧在斯坦福大學開始嘗度使用不同類型的顫音，他發現當調製信號的頻率增加並超過某個點的時候，顫音效果就在調製過的聲音里消失了，取而代之的是一個新的更複雜的聲音。

　　今天看來，卓寧當時只是在完成無線電廣播發射中最常用的調頻技術（也就是FM廣播）。但卓寧的偶然發現，卻使這種傳統的調頻技術在聲音合成方面有了新的用武之地。當卓寧領悟了FM調製的基本原理後，他立即開始著手研究FM理論合成技術，併在1966年成為使用FM技術製作音樂的第一人。