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调频波

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中文名;调频波

外文名;FM

特点;频率随调制信号振幅的变化而变化

提出者;约翰.卓宁

提出年代;20世纪60年代

调频波是指为了利用波的传播特性来传递信息,将所需传递的信息(例如,语言、音乐或图像信号)对波的频率进行调制,频率被调制的波称为调频波。接收端只要对调频波的频率解调,即可得到该波所携带的信息,因为外界的噪声干扰对频率的干扰很小,因此被解调的信号质量较高。[1]

调频波特点

调频波(调频信号)的特点是:其频率随调制信号振幅的变化而变化,而它的幅度却始终保持不变。当调制信号的幅度为零时,调频波的频率称为中心频率ω0。当用一完整的调制信号(即调制信号的幅度作正负变化)对高频载波进行调频时,调频波的频率就围绕着ω0而随调制电压线性地改变。当调制信号向正的方向增大时,调频波的频率就高于中心频率;反之,当调制信号向着负的方向变化时,调频波的频率就低于中心频率。

可见,调制信号的幅度越大,频率的偏移也越大,调频波以其频率的变化代表着调制信号的特征。

音频信号的改变往往是周期性的,一个最容易理解音频调制技术的范例是小提琴和揉弦,揉弦通过手指和手腕在琴弦上快速颤动,使琴弦的长度发生快速变化,从而最终影响小提琴声音的柔和度。与“FM无线电波”相同,“FM合成理论”同样也有着发音体(载体)和调制体两个元素。发音体或称载波体,是实际发出声音的频率振荡器;调制体或称调制器,负责调整变化载波所产生出来的声音。载波频率、调制体频率以及调制数值大小,是影响FM合成理论的重要因素。

最基本的FMinstrument包括两个正弦曲线振荡器,一个是稳定不变的载波频率fc(CarrierFrequnecy)振荡器;一个是调制频率fm(ModulationFrequency)振荡器。载波频率被加在调制振荡器的输出上。载波振荡器是一个带有fc频率的简单的正弦波频率,当调制器发生时,来自调制振荡器的信号,即带有fm频率的正弦波,驱使载波振荡器的频率向上或向下变动,比如,一个250Hz正弦波的调制波,调制一个1000Hz正弦波的载波,那么意味着载波所产生的1000Hz的频率,每秒要接受250次的影响产生的调制。调制体和载波体都是有频率、振幅、波形的周期性或准周期性振荡器。

在频率调制技术中,调制体的振幅同样对频率调制起关关键作用,调制体振幅影响着载波频率调制后变化的深度,假如调制信号的振幅是0,就不会出现任何调制,因此说,就像在振幅调制(AM)中,调制体的频率对载波体的振幅有影响一样,在频率调制(FM)中,载波的频率变化同样受调制体振幅大小变化的影响。

因此,在频率调制过程中,我们可以发现:1.调制体的频率影响载波体的频率的速度变化。2.调制体的振幅影响载波频率的深度变化。3.调制体的波形(或音色)影响载波频率的波形变化。4.载波体的振幅在频率调制过程中保持不变。

历史进程

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。

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。

调频波的表达式

△fm为最大频偏,F=Ω/2π(调制信号频率),由式GS0919可知,调频波的宽度比调幅波宽得多,例如,当Fmax = 15kHz时,调幅波的宽度B=2Fmax=30kHz,而调频波的mf =5时,B=2(mf +1)F=180kHz,它比调幅波的频带宽度大五倍,这是调频制的主要缺点。因此,调频广播只适用于超短波(甚高频)波段。通常调频波的载波频率多在30MHz以上。国际上规定,调频电台的波段为88MHz~108MHz的甚高频段。并规定每个调频台所占用的频带宽度为200kHz(通常mf =4~8),它的音频、即调制信号频带规定为30Hz~15000Hz。

调幅波和调频波

使载波振幅按照调制信号改变的调制方式叫调幅。经过调幅的电波叫调幅波。它保持着高频载波的频率特性,但包络线的形状则和信号波形相似。调幅波的振幅大小,由调制信号的强度决定。调幅波用英文字母AM表示。

使载波频率按照调制信号改变的调制方式叫调频。已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定,变化的周期由调制信号的频率决定。已调波的振幅保持不变。调频波的波形,就像是个被压缩得不均匀的弹簧,调频波用英文字母FM表示。

中波广播使用的频段大致为550kHz-1600kHz,主要靠地波传播,也伴有部分天波; 调频制无线电广播多用超短波(甚高频)无线电波传送信号,使用频率约为88MHz-108MHz,主要靠空间波传送信号。

参考资料

  1. 调频波的表达式.doc , 360文库, 2021年4月4日