CPS Lecture 14 FM Generation
直接 FM 生成（Direct FM Generation）
直接法使用一个 VCO（压控振荡器），其频率由外部电压控制。
- VCO 的振荡频率随控制电压线性变化。
- 通过将调制信号
纳入控制信号，就可以生成 FM 波。 - 这产生的瞬时角频率表示为：
该公式对应于基本的 FM 信号。
间接 FM 生成 (Indirect FM Generation)
间接 FM 生成利用了窄带 FM (NBFM) 生成的简便性。 阿姆斯特朗间接法 (Armstrong's Indirect Method) 是一种用于生成宽带 FM (WBFM) 信号的技术。
- 它被称为“间接”是因为宽带 FM 信号不是直接从具有预期频偏的载波信号生成的。
- 相反，它涉及几个中间步骤来实现所需的输出。
使用 DSB-SC 的 NBFM 生成
在生成NBFM时，可以通过利用 DSB-SC 的AM调制来近似 FM 泰勒展开的前两项，从而间接生成FM信号：
使用 DSB-SC 调制器:
- 这些近似值（NBFM 和 NBPM）表明了使用 DSB-SC 调制器生成窄带 FM 和 PM 信号的一种可能方法。
失真问题:
- 由于使用了近似，生成的 NBFM 会有一些失真。
- NBFM 调制器的输出也有效率波动。
- 可以使用非线性设备来限制带通信号的幅度，从而消除大部分这种失真。
窄带 FM (NBFM) 的条件 (
调制指数
其中:
: 由调制引起的载波频率的峰值频偏 : 调制信号的频率 窄带调频 (NBFM) 是指频偏远小于调制频率的一种 FM。
对于 NBFM，调制指数
- 频偏
远小于调制频率 。
频率和带宽倍增器
在阿姆斯特朗间接法中，首先生成 NBFM，然后使用额外的倍频器 (frequency multipliers) 将其转换为 WBFM。
一个非线性器件可以具有以下通用特性：
- 如果输入
是一个包含调制的余弦函数，那么输出将包含原始频率的谐波分量。 - 输出频谱包括以下分量：
- 以及相应的频偏： - 一个以
为中心的带通滤波器可以恢复出一个频偏被乘以 n 倍的 FM 信号。 - 这些设备被称为倍频器。
实例
要求: 生成一个 FM 信号，其：
- 载波频率
: 91.2 MHz - 频偏
: 75 kHz - 基带频谱（高保真要求）范围从 50 Hz 到 15 kHz。 - 问题: 解释如何使用阿姆斯特朗间接频率调制器生成此 FM 信号。
步骤 1: 初始 NBFM 生成
- 使用晶体振荡器生成 NBFM 信号。
- 选择一个初始载波频率，约为 200 kHz，以便于构建和保持稳定。
步骤 2: 频偏设置
- 确保调制指数
- 将 NBFM 的初始频偏
设置为 25 Hz。 - (注：
的最小值是 50 Hz, 
步骤 3: 频率倍增
使用倍频器来实现所需的宽带 FM 信号。
- 为了达到
- 通过使用两个倍频器（系数分别为 64 和 48）来实现这种倍增。
第一级倍频 (x64):
- (使用 10.9 MHz 的晶体振荡器)
间接调制方案
优点:
- 间接调制方案（如阿姆斯特朗法）提供了频率稳定性的显着优势。
- 使用晶体振荡器和倍频有助于保持稳定的载波频率。
缺点:
- 一个主要缺点是存在固有噪声。
- 这种噪声主要是由过度的频率倍增引起的，它会在放大所需信号的同时也放大了噪声分量。
频分复用 (FDM - Frequency Division Multiplexing)
频分复用 (FDM) 是一种信号复用技术，它通过将可用带宽划分为不同的频带来允许在同一信道上传输多个信号。
- 在 FDM 中，多个信号共享一个信道频带，每个信号由不同的载波频率调制。
- 用于调制每个信号的载波称为子载波 (subcarriers)。
- 这些子载波在频率上被充分分离，以避免不同调制信号的频谱之间发生重叠或干扰。
FDM 特点
- 每个子载波可以使用不同的调制方案。
- 保护带 (Guard Bands)： 为了避免不同信号之间的干扰，通常在相邻的子载波频率之间引入一个小的保护带。这些保护带有助于确保接收端的信号分离，并有助于有效解调每个信号而不受其他信号的干扰。