10.1.2 頻率調制和相位調制

頻率調制（FM）可能是最常用的模擬調制技術，常見于從廣播到無繩電話的幾乎所有應用場合。相位調制（PM）很少用于模擬系統，但是它在數字通信中應用卻十分普遍。由于頻率和相位的關系緊密，因此通常將這兩種調制方案放在一起來討論。實際上，它們也經常被歸為一類，稱為角調制，如圖10-4所示。

在討論幅度調制時我們發現，調制后信號的幅度隨著調制信號的瞬時幅度而變化。對于FM而言，隨著調制信號的瞬時幅度而變化的是已調信號的頻率，而對于PM則是己調信號的相位。有一點非常重要：在所有類型的調制中，是基帶信號的幅度在進行調制，而不是頻率。

角調制信號的幅度和功率不會因為調制而變化。因此，FM信號是恒包絡的。這實際上是它的一個優點；FM接收器不必對幅度的變化作出響應，也就是說幅度的變化不影響FM的接收效果，即FM對于噪聲的影響比較不敏感。同時，由于幅度的線性不是很重要，因此FM設備在調制過程中可以使用非線性放大器。

圖10-5所示的是頻率調制的概念。盡管正弦波的數學表達式比較簡單，但是這里為了便于對過程的觀察，使用了方波作為調制信號。圖10-5（a）所示的為未經調制的載波和調制信號。圖10-5（b）所示的為時域中的調制后信號。為了清楚起見，已經將頻率改變的大小放大了，不過幅度沒變，而且可以觀察到頻率隨時間的改變。

圖10-5（c）所示的為信號的頻率隨時間變化圖，這與調制信號的幅值隨時間的變化相（d）相位和時間的關系圖10-5頻率調制一致。最后，在圖10-5（d）中可以看到相位角隨時間的變化圖。當頻率大于<時，信號的相位角緩慢增加。趕超載波相位：而當頻率小于又時，信號的相位角逐漸落后于載波相位。信號的發射頻率在一個方向上炬離載波頻率的最大變化值，稱為“頻偏”。因此，總的頻率偏移大小為這個頻偏值的兩倍。

頻率調制指數mf也定義為

頻率調制產生無數個邊帶，甚至對于單音調制也是。實際應用中，對于幅值小于最大幅值1%的邊帶通常可被忽略。因此角調制的帶寬可以認為是有限的，通常情況下比AM信號的帶寬大得多。

頻率調制屬于非線性調制，其頻譜結構非常復雜，難于表述。但是，當頻率調制指數巧遠小于1（或最大的瞬時相位偏移遠小于6/帕爾）時，我們可以得到FM信號的簡化表達式，因而可求出它的任意調制信號的頻譜表示式，這時，信號占據帶寬窄，屬于窄帶調頻（NBFM）：反之，是寬帶調頻（WBFM）。在基帶調制信號一定的情況下，調頻信號的頻譜結構和帶寬取決于頻率調制指數mf。一般地，相對較窄的帶寬（10-30kHz）用于語音通信，更寬一些的帶寬用于廣播業務（大約200kHZ）和衛星電視。

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