通信工程师考试频率调制和相位调制

10.1.2 频率调制和相位调制

频率调制（FM）可能是最常用的模拟调制技术，常见于从广播到无绳电话的几乎所有应用场合。相位调制（PM）很少用于模拟系统，但是它在数字通信中应用却十分普遍。由于频率和相位的关系紧密，因此通常将这两种调制方案放在一起来讨论。实际上，它们也经常被归为一类，称为角调制，如图10-4所示。

在讨论幅度调制时我们发现，调制后信号的幅度随着调制信号的瞬时幅度而变化。对于FM而言，随着调制信号的瞬时幅度而变化的是已调信号的频率，而对于PM则是己调信号的相位。有一点非常重要：在所有类型的调制中，是基带信号的幅度在进行调制，而不是频率。

角调制信号的幅度和功率不会因为调制而变化。因此，FM信号是恒包络的。这实际上是它的一个优点；FM接收器不必对幅度的变化作出响应，也就是说幅度的变化不影响FM的接收效果，即FM对于噪声的影响比较不敏感。同时，由于幅度的线性不是很重要，因此FM设备在调制过程中可以使用非线性放大器。

图10-5所示的是频率调制的概念。尽管正弦波的数学表达式比较简单，但是这里为了便于对过程的观察，使用了方波作为调制信号。图10-5（a）所示的为未经调制的载波和调制信号。图10-5（b）所示的为时域中的调制后信号。为了清楚起见，已经将频率改变的大小放大了，不过幅度没变，而且可以观察到频率随时间的改变。

图10-5（c）所示的为信号的频率随时间变化图，这与调制信号的幅值随时间的变化相（d）相位和时间的关系图10-5频率调制一致。最后，在图10-5（d）中可以看到相位角随时间的变化图。当频率大于<时，信号的相位角缓慢增加。赶超载波相位：而当频率小于又时，信号的相位角逐渐落后于载波相位。信号的发射频率在一个方向上炬离载波频率的最大变化值，称为“频偏”。因此，总的频率偏移大小为这个频偏值的两倍。

频率调制指数mf也定义为

频率调制产生无数个边带，甚至对于单音调制也是。实际应用中，对于幅值小于最大幅值1%的边带通常可被忽略。因此角调制的带宽可以认为是有限的，通常情况下比AM信号的带宽大得多。

频率调制属于非线性调制，其频谱结构非常复杂，难于表述。但是，当频率调制指数巧远小于1（或最大的瞬时相位偏移远小于6/帕尔）时，我们可以得到FM信号的简化表达式，因而可求出它的任意调制信号的频谱表示式，这时，信号占据带宽窄，属于窄带调频（NBFM）：反之，是宽带调频（WBFM）。在基带调制信号一定的情况下，调频信号的频谱结构和带宽取决于频率调制指数mf。一般地，相对较窄的带宽（10-30kHz）用于语音通信，更宽一些的带宽用于广播业务（大约200kHZ）和卫星电视。

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