调频技术介绍作者：LawrenceDer,Ph.D.SiliconLaboratoriesInc.摘要：EdwinH.Armstrong是无线广播技术的发展先驱之一，他在1918和1933年分别发明了超外差无线接收机和调频技术[1]，这两项概念和他在1912年发展的再生电路技术已成为现代无线电子的基础。美国的调频电台广播频率为88-108MHz，频道带宽200kHz。调频收音机在1940年问世时仅支持单声道，立体声则要到1960年才出现。本文提供一套调频技术基础课程，内容包括MPX多路信号以及立体/单声道混合(stereo-monoblending)与软静音(softmute)等噪声消除技术。关键词：无线广播，超外差，调频，立体声调频前言EdwinH.Armstrong是无线广播技术的发展先驱之一，他在1918和1933年分别发明了超外差无线接收机和调频技术[1]，这两项概念和他在1912年发展的再生电路技术已成为现代无线电子的基础。美国的调频电台广播频率为88-108MHz，频道带宽200kHz。调频收音机在1940年问世时仅支持单声道，立体声则要到1960年才出现。本文提供一套调频技术基础课程，内容包括MPX多路信号以及立体/单声道混合(stereo-monoblending)与软静音(softmute)等噪声消除技术。调频技术基础频率调变是模拟角度调变的一种，它会利用携带信息的基带信号改变载波频率，这些基带信号通常称为信息或信息信号m(t)。调频广播通讯最常传送音频信号，但它也能传送带有低带宽数字信息的数字数据，这些数字信息在欧洲称为无线数据系统(RDS)，在美国则称为无线广播数据系统(RBDS)。调频信号的最简单产生方法是如图1所示，直接把信息信号加到压控振荡器(VCO)。图1：利用压控振荡器(VCO)产生调频信号图1将电压信息信号m(t)加到压控振荡器的控制电压，输出信号xFM(t)则是固定振幅的正弦载波，其频率在理想情形下应该是控制电压的线性函数。当没有信息或者信息信号为零时，载波频率等于其中心频率fc；若有信息信号存在，输出信号的瞬间频率会根据下式变得高于或低于中心频率：其中KVCO是压控振荡器的电压频率转增益，其单位为Hz/V。KVCO×m(t)则是瞬间频率偏移量。输出信号的瞬间相位则如下式，等于2π乘以瞬间频率的积分：此处为简单起见，已假设相位初始值为零，因此调频输出信号xFM(t)可表示如下：观察调频输出信号可以发现几件事。首先，无论信息信号为何，调频信号的振幅永远保持不变，这使它具有固定包络线的性质，而且输出功率等于驱动1Ω电阻。其次，调频输出信号xFM(t)会非线性相依于信息信号m(t)，这使调频信号的特性分析很困难。在估计调频信号的带宽时，喟牖嵊萌缦滤镜牡テ?(singletone)信息信号：其中Am是信息信号的振幅，fm则是信息信号的频率。将此信息信号代入上式即可发现：其中Δf=KVCOAm代表调频信号与中心频率之间的最大频率偏移量，它直接正比于信息信号的振幅及压控振荡器的增益。Δf则称为最大瞬间频率偏移量。频率偏移量Δf与信息信号频率fm的比值称为调变指数(modulationindex)，通常以β代表。对单频信息信号而言，输出频谱的有效旁波带(significantsideband)数目是调变指数的函数。这只要将调频输出信号如下表示为第一类n阶Bessel函数即可看出[2,3]：对上式进行傅里叶变换，即可发现调频输出信号的频谱为离散频谱，且其振幅系数如下式所示等于β的函数：调频信号的旁波带数目及其相关振幅系数皆可利用表1之类的Bessel函数表求出。β00.250.51.02.03.04.05.0J010.980.940.770.22-0.26-0.40-0.18J10.120.240.440.580.34-0.07-0.33J2J3J4J5J6J7J80.030.110.350.490.360.050.020.130.310.430.360.030.130.280.390.040.130.260.010.050.130.020.050.02表1：四舍五入至小数点以下两位数的第一类Bessel函数如果=1,β=1,fm=1kHz和fc=100kHz，即可得到图2所示的调频信号电压频谱。图2：=1,β=1,fm=1kHz和fc=100kHz的调频信号电压频谱调变指数β有一项重要特性：它决定调频信号的有效旁波带数目，这会进而决定信号的带宽。例如β=0.25时只需要1个旁ù坏?β=5，就需要8个旁波带。调变指数还有另一重要特性：就算频率偏移量不变，它也可能受到信息信号频率改变的影响而出现很大变动。一般而言，随着调变指数增