模拟通信 - FM 调制器

在本章中，我们将讨论产生 NBFM 和 WBFM 波的调制器。首先我们来讨论一下NBFM的产生。

NBFM的产生

我们知道FM波的标准方程是

$$s\left ( t ight )=A_c \cos\left ( 2 \pi f_ct+2 \pi k_f\int m\left ( t ight ) dt ight )$$

$\Rightarrow s\left ( t ight )=A_c \cos\left ( 2 \pi f_ct ight ) \cos\left ( 2 \pi k_f\int m\left ( t ight )dt ight )-$

$A_c \sin\left ( 2 \pi f_ct ight ) \sin\left ( 2 \pi k_f\int m\left ( t ight )dt ight )$

对于 NBFM，

$$\left | 2 \pi k_f\int m\left ( t ight )dt ight | < < 1$$

我们知道，当$ heta$非常小时，$\cos heta \approx 1$和$\sin heta \approx 1$。

利用上述关系，我们将得到NBFM方程为

$$s\left ( t ight )=A_c \cos\left ( 2 \pi f_ct ight )-A_c \sin\left ( 2 \pi f_ct ight )2 \pi k_f\int m\left ( t ight )dt$$

NBFM调制器的框图如下图所示。

这里使用积分器对调制信号$m\left (t ight )$进行积分。载波信号$A_c \cos \left ( 2 \pi f_ct ight )$通过$-90^0$移相器相移$-90^0$得到$A_c \sin \left ( 2 \pi f_ct ight )$。乘积调制器有两个输入$\int m\left ( t ight )dt$和$A_c \sin \left ( 2 \pi f_ct ight )$。它产生一个输出，它是这两个输入的乘积。

通过在前向路径中放置一个块$2 \pi k_f$，将其进一步与$2 \pi k_f$相乘。加法器块有两个输入，它们只是NBFM方程的两个项。在加法器模块的输入端，为载波信号和另一项分配正负符号。最后，加法器模块产生 NBFM 波。

WBFM 的生成

以下两种方法可生成 WBFM 波。

• 直接方法
• 间接方法

直接方法

此方法称为直接方法，因为我们直接生成宽带 FM 波。在此方法中，压控振荡器 (VCO) 用于生成 WBFM。VCO 产生输出信号，其频率与输入信号电压成正比。这类似于 FM 波的定义。下图显示了 WBFM 波生成的框图。

这里，调制信号 $m\left (t ight )$ 被用作压控振荡器 (VCO) 的输入。VCO 产生的输出就是 WBFM。

$$f_i \: \alpha \: m\left ( t ight )$$

$$\Rightarrow f_i=f_c+k_fm\left ( t ight )$$

其中，

$f_i$ 是 WBFM 波的瞬时频率。

间接方法

此方法之所以称为间接方法，是因为我们正在间接生成宽带 FM 波。这意味着，首先我们将生成 NBFM 波，然后在倍频器的帮助下我们将获得 WBFM 波。下图显示了生成 WBFM 波的框图。

此框图主要包含两个阶段。在第一阶段，NBFM 波将使用 NBFM 调制器生成。我们在本章开头已经看到了 NBFM 调制器的框图。我们知道 NBFM 波的调制指数小于 1。因此，为了获得所需的 FM 波调制指数（大于 1），请适当选择倍频器的值。

倍频器是一种非线性设备，它产生的输出信号的频率是输入信号频率的"n"倍。其中，n 为倍增因子。

如果将调制指数 $\beta$ 小于 1 的 NBFM 波作为倍频器的输入，则倍频器产生的输出信号调制指数为 $\beta$ 的 n 倍，频率也是 WBFM 波频率的 n 倍。

有时，我们可能需要多级倍频器和混频器，以增加 FM 波的频率偏差和调制指数。