1.调频信号与调相信号的关系
调频信号和调相信号的产生有直接法和间接法两种,例如对于调频波的产生,如果m(t)直接对载波的频率进行调制,则为直接调频;如果对m(t)先积分,后进行相位调制,得到的也是调频信号,称它为间接调频。
同样,将m(t)直接对载波相位进行调制,称为直接调相;如果对m(t)先微分,后进行频率调制,得到的也是调相信号,称它为间接调相。直接调频、间接调频、直接调相和间接调相的方框图分别如图4.4.4(a)、(b)、(c)、(d)所示。由于相位调制器的调制范围不大,所以直接调相和间接调频常用于窄带调制情况,而直接调频和间接调相则用于宽带调制情况。
图4.4.4 FM与PM之间的关系
2.调频信号的产生
产生调频信号的方法主要有两种:直接法和间接法。
直接法是采用压控振荡器(VCO)作为产生FM的调制器,使压控振荡器的瞬时频率随调制信号m(t)的变化而呈线性变化。当工作在微波时,采用反射式速调管很容易实现压控振荡器。在工作频率较低时,可以采用电抗管、变容管或集成电路作为VCO。
间接法也称倍频法。它先用调制信号产生一个NBFM信号,然后将NBFM信号通过倍频器得到WBFM信号。
图4.4.5 LC直接调频
(1)直接调频
在调频电台中广泛应用一种利用VCO进行直接调频的方法。直接调频的示意图如图4.4.5所示,图中L和C为调谐回路的元件,改变L、C的数值即可改变回路的谐振频率。
如果将调制信号m(t)加在回路的变容管上,则回路的容量c(t)随m(t)的变化而变化。设C(t)=C0-km(t),此时振荡器的谐振频率
式中,C0是变容管静态电容。如果令未调制时的载频为
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则通常有
,根据近似公式,当x远小于1时,有
式中,Δf为变容管调频的最大频偏。
由于输入波形的瞬时频率fi和调制信号m(t)成线性变化,所以毫无疑问输出的波形是调频波。
直接调频的主要优点是可以得到较大的频偏,但是,如果振荡器的频率稳定度不是很高的话,载频的漂移也是很大的,甚至达到和调频信号的最大频偏同一数量级。为了使载波频率比较稳定,一般需要对载频进行稳频处理。
(2)间接调频
间接调频先将m(t)积分然后再对载波进行相位调制,产生出一个窄带调频信号,随后再经N次倍频器,通过倍频得到需要的宽带调频信号,其方框图如图4.4.6所示。
图4.4.6 间接调频框图
间接调频器中,通过N次倍频器,调频信号的载频增加N倍,而且调频指数也增加N倍。因此虽然窄带调频时的调制指数mf小于0.5,但经过N次倍频后,调制指数就可以远大于1而成为宽带调频。常常经N次倍频后调制指数满足了要求的值,但输出载波频率可能不符合要求,此时需要用混频器混频,将载波变换到要求的值。混频器混频时只改变载波频率而不会改变调制指数的大小。
(3)NBFM的产生
一种易于理解而且简单的产生方法是直接由NBFM信号的表达式画出其产生方框图。NBFM信号的表达式为
则其对应产生的方框图如图4.4.7所示。图中的积分器应该带有kf的增益量。
图4.4.7 NBFM产生的方框图
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