通信原理 - FM 收音机

频分复用用于无线电和电视接收器。FM 的主要用途是无线电通信。让我们来看看 FM 发射器和 FM 接收器的结构以及它们的框图和工作原理。

FM 发射器

FM 发射器是一个整体单元，它将音频信号作为输入，并将 FM 调制波传送到天线作为输出进行传输。FM 发射器由 6 个主要阶段组成。它们如下图所示。

FM 发射器的工作原理如下。

• 麦克风输出的音频信号被提供给前置放大器，从而提高调制信号的电平。

• 然后，该信号被传递到高通滤波器，该滤波器充当预加重网络，以滤除噪声并提高信噪比。

• 该信号进一步传递到 FM 调制器电路。

• 振荡器电路产生高频载波，该载波与调制信号一起提供给调制器。

• 使用多级倍频器来增加工作频率。即使如此，信号的功率也不足以传输。因此，最后使用射频功率放大器来增加调制信号的功率。该 FM 调制输出最终传递到天线进行传输。

接收器的要求

无线电接收器用于接收 AM 波段和 FM 波段信号。 AM 的检测是通过称为 包络检测 的方法进行的，而 FM 的检测是通过称为 频率鉴别 的方法进行的。

这样的无线电接收器具有以下要求。

• 它应该具有成本效益。

• 它应该接收 AM 和 FM 信号。

• 接收器应该能够调谐和放大所需的电台。

• 它应该能够拒绝不需要的电台。

• 无论载波频率是多少，都必须对所有电台信号进行解调。

为了满足这些要求，调谐器电路和混频器电路应该非常有效。 RF 混频过程是一个有趣的现象。

RF 混频

RF 混频单元产生一个中频 (IF)，任何接收到的信号都会转换为该中频，从而有效地处理信号。

RF 混频器是接收器中的一个重要阶段。接收两个不同频率的信号，其中一个信号电平影响另一个信号的电平，以产生最终的混合输出。下图显示了输入信号和最终的混频器输出。

当两个信号进入RF混频器时，

• 第一个信号频率 = F₁

• 第二个信号频率 = F₂

然后，结果信号频率 = (F₁ + F₂) 和(F₁ - F₂)

输出端产生两个不同频率信号的混频器。

如果在频域中观察到这种情况，则模式如下图所示。

RF 混频器的符号如下图所示。

两个信号混合产生一个结果信号，其中一个信号的影响会影响另一个信号，并且两者都产生如前所述的不同模式。

FM 接收器

FM 接收器是一个整体单元，它将调制信号作为输入，并产生原始音频信号作为输出。业余无线电爱好者是最初的无线电接收器。然而，它们存在灵敏度和选择性差等缺点。

选择性是选择特定信号而拒绝其他信号。灵敏度是在最低功率水平下检测射频信号并解调它的能力。

为了克服这些缺点，发明了超外差接收器。这种 FM 接收器由 5 个主要阶段组成。如下图所示。

射频调谐器部分

天线接收到的调制信号首先通过变压器传递到调谐器电路。调谐器电路只不过是一个 LC 电路，也称为谐振或储能电路。它选择无线电接收器所需的频率。它还同时调谐本地振荡器和 RF 滤波器。

RF 混频器

来自调谐器输出的信号被提供给RF-IF 转换器，后者充当混频器。它有一个本地振荡器，可产生恒定频率。混频过程在这里完成，接收信号作为一个输入，本地振荡器频率作为另一个输入。结果输出是混频器产生的两个频率 [(f₁ + f₂),(f₁ − f₂)] 的混合，称为中频 (IF)。

中频的产生有助于解调任何具有任何载波频率的电台信号。因此，所有信号都被转换为固定载波频率，以实现足够的选择性。

中频滤波器

中频滤波器是一种带通滤波器，可让所需频率通过。它可消除其中存在的任何不需要的高频分量以及噪声。中频滤波器有助于提高信噪比 (SNR)。

解调器

现在使用与发射机端相同的过程解调接收到的调制信号。频率鉴别通常用于 FM 检测。

音频放大器

这是功率放大器级，用于放大检测到的音频信号。处理后的信号被赋予强度以使其有效。该信号被传送到扬声器以获得原始声音信号。

这种超外差接收器因其更好的信噪比、灵敏度和选择性等优点而得到广泛使用。

FM 中的噪声

噪声的存在也是 FM 中的一个问题。每当频率更接近所需信号的强干扰信号到达时，接收器就会锁定该干扰信号。这种现象称为捕获效应。

为了增加较高调制频率下的 SNR，发射器使用一种称为预加重的高通电路。接收器使用另一种称为去加重的电路，即预加重的逆过程，它是一种低通电路。预加重和去加重电路广泛用于 FM 发射器和接收器，以有效提高输出 SNR。