式中,mf?KfU??称为调频波的调频指数,它是以弧度为单位的调频波的最大相位
偏移。调频指数和调制信号的振幅成正比,和调制信号的角频率成反比。
这里需要特别提及的是调频波的频谱,它不像调幅波所产生的上下两个边带那么简单。由于数学推导过程非常复杂繁琐,这里我们仅利用已有结论。
从理论分析上已经证明,调频波的频谱是由载频ωC和无数对边频(ωC±nΩ)组成。其中n为任意正整数(n=1,2,3,……)。也就是说,调频波的边频有无限多个,因而频带也为无限宽,相邻边频之间的间隔等于调制信号频率Ω。但实际上调频波能量的绝大部分是集中在载频附近的一些边频中,跟调频指数mf的关系是:
在当n >(mf+1)时,边频的幅度已降到小于0.1,滤除掉大于(mf+1)的边频分量,对调频波的失真影响不大,因此得到以下重要结论,也是通常计算调频波频谱有效宽度的原则,即:
fmax
?2??fm?Fmax? 式(1-7)
式中,Fmax为最高调制频率。 当Fmax=15kHz,频偏Δfm为规定的75kHz时,单音调频波的频带宽度通常记为:
??2??fm?Fmax?
?2?75?15??180kHz 在要求两相邻电台干扰比较小,或要求非线性失真很小时,带宽还应适当的加宽一些。通常取:
式(1-8) ??21?mf?mfFmax
??2?m?1?F?? 由以上公式可以看出调频波的频带宽度主要取决于调制信号的最高频率,在频偏受限的
情况下调频指数也由调制频率确定,调制频率低时,调频指数较高,调制频率高时,调频指数较低。最低即为Fmax=15kHz时,mf=5。由于调频指数mf随着调制频率的升高而减小,
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因此表现在接收效果上调制音频的高端信噪比比较差,针对调频发射机的这一缺点,专门采用了预加重与去加重技术措施来改善高端信噪比。具体原理如下:
在发射端将音频信号的高端部分提升即称为预加重。提升点选择在音频信号频谱密度下
降了3dB时所对应的频率值。对于调频广播,f约为3.2kHz,这时τ=50μs。典型的预加重网络和特性及参数值如下:
(a) (b)
图1-1 预加重网络与特性
F dB 400 0 1K 0.41 3K 2.76 5K 5.33 7K 7.59 10K 10.30 12K 11.73 15K 13.60 表1-1 50μs标准预加重提升值
在接收端(收音机)鉴频器之后,设置具有相反特性的去加重网络,仍选取3.2kHz为
基准点,最后使加重的信号恢复到它原来的相对值上。去加重网络及去加重特性如下:
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(a)
(b)
图1-2 去加重网络与特性
经过预加重-去加重处理后的调频信号,信噪比得到很好改善。例如Fm=15kHz,τ=50μs时,噪小减小到十分之一。
调频广播与中波调幅广播相比,调频广播具有以下特点和优势,因此得到了迅速发展。 1、没有信号串扰现象
中、短波段电波可以被电离层反射,因而可以传到很远的地方,其传播距离还受地面环
境、天气变化的影响,覆盖范围内信号变化较大,也容易形成相近频率电台间的串扰。调频广播使用超高频波段,只能在视距范围内传播,在视距范围以外信号迅速衰落,因而就不会形成串扰,有利于频谱的高效利用。
2、信噪比好
调频广播不同于调幅的最大区别在于调幅信号是电波的幅度随信号变化,因此只要外界
存在如荧光灯、电器设备等产生火花脉冲类信号都极易进入收音机形成干扰,因为它迭加在信号幅度上,因此难以排除。而调频信号是等幅的电波,接收信号可以通过限幅放大来恢复,并且因为调制度大,所以信噪比好。另外,在超高频波段,外部能产生的噪声也小,所以可以实现高信噪比的优质广播。
3、动态范围宽
动态范围是指人耳听觉能够感受到的不失真的音量变化范围。中波广播因为调制度受到
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限制,加之为提高信号响度,一般都采用措施提高平均调制度,因此信号动态范围小,适合于声音广播。而调频广播由于本身信噪比高,实际动态范围可达60dB以上,可以较好的表现一般音乐信号,适合于各类节目播出。
4、能进行高保真度广播
仅仅是信噪比好、动态范围宽还不够,要进行高保真度广播,还必须能够实现音频信号
足够的带宽,这一点调频广播也完全能够满足,一般情况下,人耳所能闻听的最高音频为15kHz,如前所述,在规定的75kHz频偏时,调制带宽可满足15kHz调制。而中波调幅广播,按规定每个电台占用的频带宽度应当是9kHz,但通常大都占有14kHz左右,即调制频率最高可限制到7kHz,很明显保真度不高。
5、可以进行立体声广播
因为调频广播具有以上高信噪比、宽动态范围和能够进行高保真度广播的优越特性,所
以可以由一部发射机进行高质量的双声道立体声广播。
第三节 调频立体声广播的原理
从调频的方式来讲,单声与立体声都是一样的。调频立体声广播关键要解决的问题是如
何把左(L)、右(R)两个声道分别录制的声频信号送入调制器,而且同时要考虑好接收端如何恢复解调出左、右两路信号,因为立体声重放系统要求左、右路信号独立。
这里有一个前提条件,即经过立体声调制的信号,首先要兼容普通单声道收音机的收听,
并且调制度、信噪比等技术指标降幅不能太大。
经过数十年的努力与实践,目前双声道立体声调频广播的制式趋向统一,即绝大多数国
家都采用了调频-调幅(即称为导频制的GE-Zenith)制式。
这种制式把左、右声道信号之和(L+R)作为声频段的和信号,简称为M,作为单声
道接收的信号,频带范围为30Hz~15kHz。把左、右声道信号之差(L-R)作为声频段的
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