广播电视发送技术 调频广播1.ppt

第三章第三章调频广播调频广播中国传媒大学信息工程学院中国传媒大学信息工程学院        1922年发表调频理论的研究报告，年发表调频理论的研究报告，1941年美国建立起世界上第一个调频电台年美国建立起世界上第一个调频电台       工作频段：工作频段：VHF（（视距传播）；视距传播）；       频率范围：频率范围：87-108MHz；；       带宽：理论带宽为带宽：理论带宽为 ，有效带宽为，有效带宽为200                       KHz左右；左右；      调频时主载波的最大频偏为调频时主载波的最大频偏为   75KHz 调频广播的特点：调频广播的特点：（（1）） 失真小失真小       调频广播造成失真的来源不同于调幅调频广播造成失真的来源不同于调幅广播       调幅波失真来源：电子管特性曲线的调幅波失真来源：电子管特性曲线的非线性调幅信号是幅度变化的信号，与非线性调幅信号是幅度变化的信号，与调制信号成线性的关系受到损害就意味着调制信号成线性的关系受到损害就意味着失真         调频波失真来源：调频波的幅度是恒调频波失真来源：调频波的幅度是恒定的，高频振荡的频率随着调制信号线性定的，高频振荡的频率随着调制信号线性变化。

变化      失真来源于：失真来源于：        a、、系统的幅频特性的不平坦（即不系统的幅频特性的不平坦（即不同的频率成分放大或衰减的幅度不一致，同的频率成分放大或衰减的幅度不一致，发生相对幅度的变化）；发生相对幅度的变化）；b、、相移频率特性的非线性相移频率特性的非线性（线性：传输过程中，频率高的成分相移（线性：传输过程中，频率高的成分相移大，频率低的成分相移小，相移与频率成大，频率低的成分相移小，相移与频率成正比）（（2）抗干扰能力强：）抗干扰能力强：       多种干扰电波（天电干扰、工业干扰、多种干扰电波（天电干扰、工业干扰、其他电台的干扰）一般为幅度变化的干扰，其他电台的干扰）一般为幅度变化的干扰，而振幅的变化可以通过接收机中的限幅器而振幅的变化可以通过接收机中的限幅器使其不产生影响，调频广播的干扰影响远使其不产生影响，调频广播的干扰影响远小于调幅广播小于调幅广播  （（3 3）便于开办立体声、多节目和附加信息）便于开办立体声、多节目和附加信息 广播4 4）发射机功率利用系数高，整机效率高，）发射机功率利用系数高，整机效率高， 发射机在调制过程中输出的高频功率是不发射机在调制过程中输出的高频功率是不变的，携带信息的边带功率是由载波功率变的，携带信息的边带功率是由载波功率转化而来的。

转化而来的  第一节第一节  调频与调相原理调频与调相原理一、调频、调相的定义与基本关系一、调频、调相的定义与基本关系       调频与调相都是使高频振荡的相角产调频与调相都是使高频振荡的相角产生变化，故统称角度调制，而高频振荡的生变化，故统称角度调制，而高频振荡的幅度保持不变幅度保持不变      1、调频、调频设高频载波电压的角频率为设高频载波电压的角频率为 c,在此基础上在此基础上叠加一个随音频调制信号叠加一个随音频调制信号u (t)= U  cos t线性变化的变量线性变化的变量Δ （（t））,即：即：       Δ （（t））=Kf U  cos t  [ [KKf f表示单位调制信号所引起的角频偏，量纲为弧表示单位调制信号所引起的角频偏，量纲为弧表示单位调制信号所引起的角频偏，量纲为弧表示单位调制信号所引起的角频偏，量纲为弧度度度度/ /（秒（秒（秒（秒.  . 伏）伏）伏）伏）] ]        调频波的瞬时角频率表达式为：调频波的瞬时角频率表达式为：      （（t））= c +Δ （（t））                 = c+ Kf U  cos t        = c+Δ  cos t                                                                   （（  1-1））         式中：式中：式中：式中：              为音频调制信号的角频率（为音频调制信号的角频率（为音频调制信号的角频率（为音频调制信号的角频率（  =2=2   F F ））））            Δ Δ   为调频波的频偏振幅值（为调频波的频偏振幅值（为调频波的频偏振幅值（为调频波的频偏振幅值（Δ Δ   =2=2   Δ Δf f））））  上式表明：调频波的瞬时角频率上式表明：调频波的瞬时角频率 （（t））在在（（ c+Δ ））与（与（ c-Δ ））之间，按照调制信之间，按照调制信号的变化规律而变化。

号的变化规律而变化调频波的瞬时相位如何变化？调频波的瞬时相位如何变化？    设未调高频振荡电压设未调高频振荡电压u (t)= Uc cos( ct+ 0)= Uc cos  （（t ））         （（1-2）） （（t ））= ( ct+ 0)为总相角，为总相角， 0为初为初始相角调制后的总相角为：调制后的总相角为： （（t ））=       （（τ））dτ+ 0      =     [ c+Δ  cos τ] dτ+ 0            = c t+(Δ / ) sin t+ 0                                                                                               (1-3)       已调频波的表达式：已调频波的表达式：将式将式(1-3)的结果代入式的结果代入式(1-2)，便得到已调，便得到已调频波的数学表达式：频波的数学表达式： u (t)= Uc cos[  c t+(Δ / ) sin t+ 0 ]       = Uc cos[  c t + mf sin t+ 0 ]     (1-4)式中式中式中式中mmf f = =Δ Δ   / /  = =Δ Δf/Ff/F，，，，称为调频指数，可为任意称为调频指数，可为任意称为调频指数，可为任意称为调频指数，可为任意正值，从物理意义上说，调频指数代表着在调频正值，从物理意义上说，调频指数代表着在调频正值，从物理意义上说，调频指数代表着在调频正值，从物理意义上说，调频指数代表着在调频过程中相角偏移的幅度（简称相偏振幅）。

过程中相角偏移的幅度（简称相偏振幅）过程中相角偏移的幅度（简称相偏振幅）过程中相角偏移的幅度（简称相偏振幅）结论：结论：（（1）、调频的同时必然伴随着调相，但二）、调频的同时必然伴随着调相，但二        者的规律不同；者的规律不同；（（2）、频偏幅度）、频偏幅度Δ 只与调制信号的幅度只与调制信号的幅度     （大小）有关，而与调制信号的频率无（大小）有关，而与调制信号的频率无       关；关；（（3）最大相偏与调制信号的幅度成正比，）最大相偏与调制信号的幅度成正比，        而与调制信号的频率成反比而与调制信号的频率成反比请注意：调频波中有三个有关频率的概念请注意：调频波中有三个有关频率的概念  ：：（（1）、）、fc（（或或 c）：）：未调载波频率，即调未调载波频率，即调频波的中心频率；频波的中心频率；（（2）、）、Δf（或（或Δ ）：）：频偏振幅，表示调频偏振幅，表示调制信号变化时高频波瞬时频率偏离中心频制信号变化时高频波瞬时频率偏离中心频率（载频）的幅度；率（载频）的幅度； （（3）、）、F（（  ）：）：音频调制信号频率，表示音频调制信号频率，表示在调频过程中，每秒钟高频振荡瞬时频率在调频过程中，每秒钟高频振荡瞬时频率在其最大值在其最大值fc +Δf 与最小值与最小值fc –Δf之间往返之间往返摆动的次数（由于调频的同时必然伴随着摆动的次数（由于调频的同时必然伴随着调相，因此，也表示每秒钟高频振荡的瞬调相，因此，也表示每秒钟高频振荡的瞬时相位在自己的最大值与最小值之间往返时相位在自己的最大值与最小值之间往返摆动的次数）。

摆动的次数） 2、、 调相调相       仍设未调高频振荡的角频率为仍设未调高频振荡的角频率为 c ，，初初始相角为始相角为 0如果在 ct+ 0的基础上叠加的基础上叠加一个变量一个变量Δ （（t））,而而Δ （（t））正比例于音正比例于音频调制信号，即频调制信号，即Δ （（t））=kpU  cos t  ,系系数数kp的量纲为弧度的量纲为弧度/秒        已调相波的瞬时总相角可表达为：已调相波的瞬时总相角可表达为：  （（t ））= ct+ kpU  cos t +  0       = ct+Δ cos t  +  0                                   （（1-5））       式中式中Δ 表示调相后相位偏离的幅度，表示调相后相位偏离的幅度，它与调制信号的频率无关，只正比例于调它与调制信号的频率无关，只正比例于调制电压的幅度制电压的幅度U   令mp=Δ = kpU ,，，称称为调相指数为调相指数      调相指数代表着在调相过程中相角偏移调相指数代表着在调相过程中相角偏移的幅度（简称相偏振幅）。

的幅度（简称相偏振幅）调相波的表达式：调相波的表达式：u (t)  = Uc cos （（t ））= Uc cos[  c t+Δ cos t+ 0 ] = Uc cos[  c t+mpcos t + 0 ]                                                                                                （（1-6））调相波的频率变化：调相波的频率变化： （（t））= d （（t ））/dt     =  c -Δsin t    =  c – mp sin t   =  c -Δ  sin t                        (1-7)上式说明，调相的同时必然伴随着调频，上式说明，调相的同时必然伴随着调频，但二者的变化规律不同但二者的变化规律不同问题讨论：问题讨论： 如果调制信号为如果调制信号为u (t)= U  cos t，，如先对其进如先对其进行积分，得行积分，得u ’(t)=   [u (τ)]dτ         =（（U  / ））sin t然后用该信号对高频信号调相，则调相后的高然后用该信号对高频信号调相，则调相后的高频信号的总相角频信号的总相角 （（t ））为：为： （（t ））= ct+ kpu ，，(t)+  0     = ct+ kp （（U  / ））sin t +  0      （（1-9））瞬时角频率为：瞬时角频率为：  （（t））=d （（t ））/dt     = c+ Kp U  cos t   = c+Δ  cos t                 (1-10)       由由(1-10)可以看出，此时高频波瞬时可以看出，此时高频波瞬时角频率的变化与原音频信号直接调频的规角频率的变化与原音频信号直接调频的规律完全相同，因此，得出结论：将调制信律完全相同，因此，得出结论：将调制信号先进行积分，再用积分后的信号去对高号先进行积分，再用积分后的信号去对高频信号调相，得到的调相波即为用原调制频信号调相，得到的调相波即为用原调制信号直接对高频信号进行调频的调频波。

信号直接对高频信号进行调频的调频波       这种方法称为间接调频这种方法称为间接调频——用调相的用调相的方法实现调频也就是说，用这种方法得方法实现调频也就是说，用这种方法得到的已调波，对积分后的信号来说是调相到的已调波，对积分后的信号来说是调相波，而对原始信号而言是调频波波，而对原始信号而言是调频波二、调频二、调频波与调相波的频谱分析波与调相波的频谱分析       调角信号也可以分解为许多不同频率调角信号也可以分解为许多不同频率与不同幅度的正弦信号之和对调角信号与不同幅度的正弦信号之和对调角信号进行频谱分析，可以得出各频谱分量分布进行频谱分析，可以得出各频谱分量分布规律、能量关系及调角信号的频带宽度规律、能量关系及调角信号的频带宽度（一）单音信号调制的调角波（一）单音信号调制的调角波1、频谱分析、频谱分析      根据前面的分析，若调制信号是单频根据前面的分析，若调制信号是单频余弦，则：余弦，则：     已调频波为已调频波为       u (t)= Uc cos[  c t + mf sin t+ 0 ]                                                                            (1-11)      已调相波为已调相波为      u (t)=   Uc cos[  c t + mpcos t + 0 ]                                                                     (1-12)若调制信号是单频正弦，则：若调制信号是单频正弦，则：      已调频波为已调频波为         u (t)= Uc cos[  c t -mf cos t+ 0 ]                                                                                        (1-13)      已调相波为已调相波为          u (t)=   Uc cos[  c t + mpsin t + 0 ]                                                                  (1-14)      上述四式对于进行波形分析来说没有上述四式对于进行波形分析来说没有本质区别，差别仅在于一个是本质区别，差别仅在于一个是mf，，是调频是调频指数；一个是指数；一个是mp，，是调相指数。

但是，所是调相指数但是，所代表的都是相偏振幅为简便起见，都用代表的都是相偏振幅为简便起见，都用m表示表示,得到下式：得到下式：       u (t)= Uc cos[  c t + msin t+ 0 ]                                                                              (1-15)     根据公式根据公式cos(A+B)= cosA.cosB-sinAsinB和和cos(A-B)= cosA.cosB+sinAsinB，，将式将式(1-15)中的中的msin t视为视为A,（（ c t +  0））视为视为B,进行变换，得到：进行变换，得到： u (t)= Uc cos[  c t + msin t+ 0 ]= Uc [cos (msin t)·cos( c t+  0)-sin(msin t)·sin( c t+  0)]                                                         (1-16)将上式展开为贝塞尔函数将上式展开为贝塞尔函数:cos (msin t)     = J0 (m)+2 J2 (m)cos2 t +2 J4 (m)cos4 t+…….     =J0 (m)+ 2    J2n(m)cos2n t     (1-17)sin(msin t)     =2 J1 (m)sin t + 2 J3  (m)sin3 t     +2 J5 (m)sin5 t +…….      =2    J2n+1 (m)sin(2n+1) t   (1-18)       将式将式(1-17) 和和(1-18)代入代入  (1-16)，并，并利用公式利用公式  2cosA·cosB=cos(A+B)+ cos(A-B) 与与 -2sinA·sinB= cos(A+B)- cos(A-B) ,可得到以下结果：可得到以下结果：= Uc J0 (m) cos（（ c t + 0 ））-----------( 载频载频)   + Uc J1 (m){cos[( c+ )t+ 0]    -cos[( c- )t+ 0]}   ------- (第一对边频第一对边频)   + Uc J2 (m){cos[( c+2 )t+ 0]   +cos[( c-2 )t+ 0]} -------（第二对边频）（第二对边频）   + Uc J3 (m){cos[( c+3 )t+ 0]    -cos[( c-3 )t+ 0]}  -------（第三对边频）（第三对边频）   +……= Uc      Jn (m)cos[( c+n )t+ 0]                                                                   (1-19)       式中式中Jn (m)为调制指数为为调制指数为m的的n阶第一阶第一类贝塞尔函数（类贝塞尔函数（n为阶数、为阶数、m为自变量），为自变量），并有以下关系：并有以下关系：   （（-1））n Jn (m) = J-n (m)                                                                         (1-19)  即即︱︱n︱︱为偶数时，为偶数时，Jn (m) = J-n (m)；；      ︱︱n︱︱为奇数时，为奇数时，- Jn (m) = J-n (m) 。

由以上分析可知，载波被单音频信号调频由以上分析可知，载波被单音频信号调频后产生的频谱，除了载频分量后产生的频谱，除了载频分量 c外，上下外，上下各有无数个边频分量各有无数个边频分量 c±n ，，它们与载频它们与载频分量的距离恰为调制信号频率的整数倍，分量的距离恰为调制信号频率的整数倍，奇次上下边频分量的相位相反，偶次上下奇次上下边频分量的相位相反，偶次上下边频分量的相位相同，载频分量及各边频边频分量的相位相同，载频分量及各边频分量的振幅，由对应的各贝塞尔函数值确分量的振幅，由对应的各贝塞尔函数值确定贝塞尔函数值随贝塞尔函数值随m变化的规律变化的规律2、功率关系、功率关系      当不调制时，当不调制时，m=0，，J0 (m) = J0 (0)=1，而，而J1 (0)= J2 (0)= J3(0)------=0；；    在调制时，在调制时，J0 (m) 、、J1(m) 、、J2(m) 、、J3(m) 、、、、、、、、、、、、都随都随m而变化       但是，但是，J0 (m)除了除了m=0时等于时等于1外，外，m≠0时总是小于时总是小于1       这说明载波分量的能量分配到其他边这说明载波分量的能量分配到其他边频分量中去了，综合能量应与未调制时的频分量中去了，综合能量应与未调制时的载波状态完全相同。

现证明如下：载波状态完全相同现证明如下：     载波状态的功率：载波状态的功率：Pc = U2c /(2R)                                                             (1-20)       (R为负载电阻为负载电阻)       调制状态的功率：调制状态的功率：    P，，= [U2c /(2R) ]       Jn 2(m)                                                                                                       (1-21) 由贝塞尔函数的性质可知，由贝塞尔函数的性质可知，        Jn 2(m)= J0 2(0)=1               （（1-22））         因此因此  ，，P，，=Pc  ，， 调频后的平均功率调频后的平均功率没有发生变化，只是没有发生变化，只是“转移转移”或或“转化转化”，转化的程度由，转化的程度由m决定对于某些特定的决定对于某些特定的m值，值，J0(m) =0 ，，说明此时载波功率全部转说明此时载波功率全部转移到边带中去了。

移到边带中去了        调频时，调制信号只起着控制功率分调频时，调制信号只起着控制功率分配的作用，它本身不提供功率配的作用，它本身不提供功率                    结论：结论：       不论调制指数不论调制指数m为何值，调频波各频率为何值，调频波各频率分量的功率之和总是等于未调载波的功率分量的功率之和总是等于未调载波的功率从能量守恒的关系来考虑，由于调频波的从能量守恒的关系来考虑，由于调频波的幅度是固定不变的，因此，上述结论也是幅度是固定不变的，因此，上述结论也是成立的成立的3、载波与边带波的相对幅度随调制指、载波与边带波的相对幅度随调制指数数m的变化趋势分析的变化趋势分析        由变化趋势可以看出，随着由变化趋势可以看出，随着m的增加，的增加，代表载频和边频相对幅度的各系数代表载频和边频相对幅度的各系数J0 (m) 、、J1(m) 、、、、、、、、、、、、呈简谐衰减曲线变化呈简谐衰减曲线变化从曲线还可以看出，对于某些从曲线还可以看出，对于某些m，，载频或载频或某些边频的振幅为某些边频的振幅为0      例如，例如，m为为2.405  5.520   8.653 ------，时，时J0 (m)=0，，利用这一现象，可以测定调制指利用这一现象，可以测定调制指数数m和频偏和频偏Δf。

测量方法与原理是：测量方法与原理是：        用某已知频率用某已知频率F（（例如例如F=13586 .8Hz））去调制载波，由去调制载波，由0逐渐增大调制信号的幅度逐渐增大调制信号的幅度（即增大调制系数（即增大调制系数m，，用频谱分析仪观察用频谱分析仪观察到到J0的幅度由的幅度由1（相对值）逐渐减小到（相对值）逐渐减小到0，，这就是第一个载波这就是第一个载波0点，点， J0 (2.405)=0，，此此时的时的m=2.405，，根据公式根据公式Δf=mF，，可计算可计算出出Δf=32.7KHz如继续增大调制信号的如继续增大调制信号的幅度，使载波出现第二个幅度，使载波出现第二个0点，点， J0 (5.520)=0，，此时的此时的     m=5.520，，可计算出可计算出Δf=75KHz4、调频波的有效带宽、调频波的有效带宽       上述的理论分析已经表明，调频波的频上述的理论分析已经表明，调频波的频谱无限多，理论带宽为无穷大但是对于给谱无限多，理论带宽为无穷大但是对于给定的定的m值来说，高到一定次数的边频分量的值来说，高到一定次数的边频分量的振幅小到可以忽略不计的程度，对于工程上振幅小到可以忽略不计的程度，对于工程上来说，不会带来显著的误差与影响。

来说，不会带来显著的误差与影响        如果忽略掉幅度小于如果忽略掉幅度小于1/10 未调载波幅未调载波幅度的那些边频分量，就能保留住调频波的度的那些边频分量，就能保留住调频波的99%的能量（的能量（1-0.12=0.99）根据贝塞尔）根据贝塞尔函数表可以发现，边带次数凡是高于函数表可以发现，边带次数凡是高于（（m+1））的频率分量，其幅度都小于的频率分量，其幅度都小于0.1，，由此确定出的有效带宽为：由此确定出的有效带宽为：    B=2（（m+1））F=2（（Δf+F））                                                                                    （（1-23）） 对于高质量的调频广播来说，为了满对于高质量的调频广播来说，为了满足良好的失真指标，要求保留更多的边带，足良好的失真指标，要求保留更多的边带，忽略掉幅度小于忽略掉幅度小于1/100 未调载波幅度的那些未调载波幅度的那些边频分量，保留住调频波的边频分量，保留住调频波的99.99%的能量的能量（（1-0.012=0.9999）。

这时，有效带宽就不）这时，有效带宽就不能用一个简单的公式来表明能用一个简单的公式来表明 但根据贝塞尔函数表和但根据贝塞尔函数表和m值，可以查得应保值，可以查得应保留的边带次数留的边带次数n,则有效带宽为：则有效带宽为：B=2nF 例如，当用例如，当用F=15KHz的调制信号去调制，且的调制信号去调制，且调频波的频偏达到最大值调频波的频偏达到最大值Δf=75KHz，，算出算出m=Δf/F=75KHz /15KH=5，，查贝塞尔函数表得到查贝塞尔函数表得到n=8，，则有效带宽为则有效带宽为B=2nF=240 KHz 假设调制信号的频率假设调制信号的频率F降低为降低为3.75 KHz，，频偏仍达到最大值频偏仍达到最大值Δf=75KHz，，则则m=75KHz /3.75 KHz ==75KHz /3.75 KHz =20，，查得查得n=24,得到得到B=180 KHz 虽然虽然m增大了，有效边带增大了，有效边带次次n数多了，但数多了，但由于调制频率由于调制频率F低了，各相邻边频之间的间隔低了，各相邻边频之间的间隔小了，所以带宽并不加宽小了，所以带宽并不加宽（二）、多频信号调制的已调波（二）、多频信号调制的已调波的频谱的频谱      用多频信号对载波进行调频，已调波用多频信号对载波进行调频，已调波的频谱成分非常复杂，它既包含载波分量、的频谱成分非常复杂，它既包含载波分量、各音频分量形成的各次边频成分，各音频各音频分量形成的各次边频成分，各音频分量的基波、各次谐波之间的和差组合频分量的基波、各次谐波之间的和差组合频率形成的边频成分。

率形成的边频成分       在双频（在双频（ 1和和 2）信号调制的情况下，已调）信号调制的情况下，已调波可表达为：波可表达为： u (t)= Uc            Jn (m1) Js (m2) cos( c+ n 1+ s 2)t                              (1-24)        由上式可以看出，当由上式可以看出，当s=0 , m2=0时，相当于时，相当于只用只用 1的信号对载波调频，于是产生一系列上下的信号对载波调频，于是产生一系列上下边频，边频，用（用（ c+ n 1））= （（ c± | n|  1 ）表示，各边频的）表示，各边频的幅度分别为未调载波的振幅乘以各阶幅度分别为未调载波的振幅乘以各阶Jn (m1)值        当频率为当频率为 2的信号不为的信号不为0时，相当于频时，相当于频率为率为 2的信号对一系列新的载波调频，这的信号对一系列新的载波调频，这一系列新的载波的幅度为一系列新的载波的幅度为Uc Jn (m1)，，新的新的载波的频率为载波的频率为 c+ n 1，，n为为-∞—+∞。

       这相当于对已调频波再次进行调频，相当这相当于对已调频波再次进行调频，相当于对原来单频调制的已调波的每一谱线进行调于对原来单频调制的已调波的每一谱线进行调频，在每一谱线的两边又制造出一系列上、下频，在每一谱线的两边又制造出一系列上、下边频，谱线为边频，谱线为 c+ n 1+ s 2，，幅度是在原来幅幅度是在原来幅度度Uc Jn (m1)的基础上再乘以的基础上再乘以Js (m2)三、调频的方法三、调频的方法1、直接调频、直接调频      通过改变回路元件的参数实现调频通过改变回路元件的参数实现调频LC振荡回路的谐振频率由振荡回路的谐振频率由L和和C的参数决的参数决定，用调制信号控制定，用调制信号控制L或或C的大小，进而控的大小，进而控制振荡频率而实现调频制振荡频率而实现调频       例如，接入振荡回路中的变容二极管，例如，接入振荡回路中的变容二极管，可以作为电压控制的电容元件，受调制信可以作为电压控制的电容元件，受调制信号电压控制而改变电容量，从而使回路振号电压控制而改变电容量，从而使回路振荡频率改变荡频率改变2、间接调频、间接调频      通过调相实现调频。

通过调相实现调频3、采用数字信号处理技术，通过、采用数字信号处理技术，通过FPGA、、DSP器件，在数字域实现调频器件，在数字域实现调频——频率综频率综合器 第二节第二节    调频波的抗干扰能力与调频波的抗干扰能力与                  噪声改善性能噪声改善性能        所谓干扰，一般是指叠加（混杂）在所谓干扰，一般是指叠加（混杂）在被传送信号中的各种有害电振荡，常见的被传送信号中的各种有害电振荡，常见的有电台干扰、工业干扰、宇宙干扰、雷电有电台干扰、工业干扰、宇宙干扰、雷电干扰       所谓噪声，一般是指无线电设备内部所谓噪声，一般是指无线电设备内部的噪声，其频谱很宽的噪声，其频谱很宽已调波的解调过程已调波的解调过程 一、调频的抗干扰性能一、调频的抗干扰性能        为了比较调频、调相相对于调幅方式为了比较调频、调相相对于调幅方式抗干扰性能的优劣，在接收机输入端的信抗干扰性能的优劣，在接收机输入端的信噪比（高频信噪比）相等的情况下，将它噪比（高频信噪比）相等的情况下，将它们的输出信噪比（音频信噪比）进行比较们的输出信噪比（音频信噪比）进行比较假定干扰信号是单频余弦信号假定干扰信号是单频余弦信号un (t)= Uncos2πfn t                               (2-1)接收到的广播电台的未调制的载波信号为接收到的广播电台的未调制的载波信号为uc(t)= Uccos2πf c t                                (2-2)       上述两个信号同时进入接收机，只有上述两个信号同时进入接收机，只有当二者的频率差当二者的频率差︱︱fn -fc︱︱落在解调器后的落在解调器后的低通滤波器的通带内，才能在输出端形成低通滤波器的通带内，才能在输出端形成干扰。

干扰通常通常Un《《Uc，，并假定并假定fn >fc，，fn -fc= fb，，可以可以用矢量图说明余弦干扰对有用载波的影响用矢量图说明余弦干扰对有用载波的影响余弦干扰对有用载波的影响余弦干扰对有用载波的影响        由图可以看出，合成矢量由图可以看出，合成矢量U是一个调幅是一个调幅调相波由干扰产生的对有用载波的调幅调相波由干扰产生的对有用载波的调幅度为：度为：         ma = Un /Uc                                                        (2-3)       当有用载波被有用信号调幅时，最大调当有用载波被有用信号调幅时，最大调制度为制度为m=1，，因此，对调幅来说，接收机因此，对调幅来说，接收机输出端的信噪比为：输出端的信噪比为： (S/N)AM = m/ ma =1/( Un /Uc)= Uc / Un                                                                                                                                        (2-4)    由矢量图看出，由干扰造成的有用载波由矢量图看出，由干扰造成的有用载波的最大相位偏移为的最大相位偏移为φmax,由于由于Un《《Uc，，                                              φmax=arcsin (Un / Uc )  Un / Uc                                                                                          (2-5)         最大相位偏移最大相位偏移φmax相应的频偏振幅为相应的频偏振幅为Δfb=φmax (fn -fc)= （（Un / Uc））fb 。

      而有用载波被有用信号调频时，产生的而有用载波被有用信号调频时，产生的最大频偏最大频偏为为Δf ，，因此，对调频来说，接收因此，对调频来说，接收机输出的信噪比为机输出的信噪比为(S/N)FM    = Δf/ Δfb=（（Uc / Un ）（）（Δf/ fb））                                                                  （（2-6））       根据式根据式(2-4) 和（和（2-6），可以得到调频），可以得到调频干扰相对于调幅干扰改善的程度：干扰相对于调幅干扰改善的程度：(S/N)FM  /(S/N)AM =Δf/ fb                  （（2-7））       由式由式(2-7)可以看出，改善程度与被有可以看出，改善程度与被有用信号调制的的最大频偏成正比，与干扰用信号调制的的最大频偏成正比，与干扰源与有用载波的频率差成反比规定的最源与有用载波的频率差成反比规定的最大频偏越大，占用带宽也越宽这说明，大频偏越大，占用带宽也越宽这说明，调频波信噪比的改善是以增大带宽为代价调频波信噪比的改善是以增大带宽为代价。

例如，例如，Δf=75KHz，，f b=15KHz，，则调频比则调频比调幅信噪比改善了调幅信噪比改善了5倍（倍（14dB））,若若 Δf=50KHz，，只能改善只能改善10 dB  调频相对于调幅的信噪比改善是有前调频相对于调幅的信噪比改善是有前提条件的，即调频接收机的限幅电路要起提条件的，即调频接收机的限幅电路要起作用，使调幅干扰的因素不显现出来，要作用，使调幅干扰的因素不显现出来，要求输入信号有一定的强度才能有效工作求输入信号有一定的强度才能有效工作如果信号太弱，限幅电路不起作用，如果信号太弱，限幅电路不起作用，FM抗抗干扰的改善作用就消失，甚至劣于调幅干扰的改善作用就消失，甚至劣于调幅 二、调频的噪声改善性能二、调频的噪声改善性能       噪声的频谱是连续的，其频谱密度平噪声的频谱是连续的，其频谱密度平坦的部分一直扩展到坦的部分一直扩展到1013-1014Hz各个单各个单频噪声分量对系统的影响和单频干扰的影频噪声分量对系统的影响和单频干扰的影响是相同的，噪声对系统的影响可以看成响是相同的，噪声对系统的影响可以看成是在一定频带范围内各个单频分量所形成是在一定频带范围内各个单频分量所形成的噪声干扰的总和。

的噪声干扰的总和       调频系统的最大频偏为调频系统的最大频偏为Δf时，鉴频器时，鉴频器输出的信号电压正比例于输出的信号电压正比例于Δf ，，信号功率正信号功率正比例于（比例于（Δf））2；；而噪声功率与噪声所造成而噪声功率与噪声所造成的频偏的频偏ΔfN 的平方（的平方（ΔfN））2成正比二者成正比二者之比即为调频波的功率信噪比之比即为调频波的功率信噪比ΔfN））2可通过可通过单频干扰频单频干扰频偏偏Δfb的平方在的平方在可听音频带宽范围内的积分求得：可听音频带宽范围内的积分求得：（（ΔfN））2  =2       (Δfb)2df=2     [（（Un / Uc）） fb]2df=(2/3)•（（Un / Uc））2• f 3B                                                             (2-8)因此，调频波的功率信噪比为：因此，调频波的功率信噪比为：(S/N)FM =（（Δf））2/（（ΔfN））2         =3/2 •[（（Δf））2/f 3B ]•（（Uc / Un））2                                                             （（2-9））调幅波的信号功率与载波的振幅（调幅波的信号功率与载波的振幅（Uc））2成成正比（正比（m=1时，调制信号的幅度等于载波时，调制信号的幅度等于载波电压的幅度）；调幅系统输出噪声功率与电压的幅度）；调幅系统输出噪声功率与在可听音频带宽范围内噪声电压在可听音频带宽范围内噪声电压Un的平方的平方的积分成正比，即：的积分成正比，即：        2  ( Un)2df=2 (Un)2 fB (2-10) 调频波相对于调幅波噪声功率改善系数：调频波相对于调幅波噪声功率改善系数： I IFM = =（（S/N））FM / /（（S/NS/N））AM                            =3=3（（Δf/ fB））2=3(m=3(mf) )2                (2-12)      噪声电压改善系数为：噪声电压改善系数为： (m(mf) ) (2-12)        例如，当例如，当例如，当例如，当Δ Δf=75KHzf=75KHz，，，，f fB B =15KHz =15KHz，则，则，则，则I I I IFMFM =75 =75，，，，                  即改善即改善即改善即改善18.75dB18.75dB。

        由式由式由式由式（（（（2-132-132-132-13）可以看出，当调频指数）可以看出，当调频指数）可以看出，当调频指数）可以看出，当调频指数m m m mf f小于小于小于小于1/ 1/ 1/ 1/ 时时时时 噪声电压改善系数小于噪声电压改善系数小于噪声电压改善系数小于噪声电压改善系数小于1 1 1 1，也就是说，，噪声电压，也就是说，，噪声电压，也就是说，，噪声电压，也就是说，，噪声电压 不但不能改善，反而恶化不但不能改善，反而恶化不但不能改善，反而恶化不但不能改善，反而恶化第三节第三节      调频广播的加权技术调频广播的加权技术                在调频系统中，由于微分噪声频偏与在调频系统中，由于微分噪声频偏与微分噪声相偏的关系为微分噪声相偏的关系为d dΔfn =f =f•d dφn ,调调频噪声电压与频率成正比，其结果是，对频噪声电压与频率成正比，其结果是，对于高音频信号来说，信噪比下降于高音频信号来说，信噪比下降        为了提高其信噪比，在调频广播中通为了提高其信噪比，在调频广播中通常使用一种加权方法，即人为在接收机鉴常使用一种加权方法，即人为在接收机鉴频器后的音频系统中加上高音频衰减网络频器后的音频系统中加上高音频衰减网络使高音频段内幅度较高的噪声得到衰减。

使高音频段内幅度较高的噪声得到衰减接收机中的这种措施称为接收机中的这种措施称为“去重去重”，相应，相应的衰减网络叫去重衰减的衰减网络叫去重衰减        但是，在去重的同时，节目信号的高但是，在去重的同时，节目信号的高音频成分也衰减了，使节目原貌发生变化音频成分也衰减了，使节目原貌发生变化为了保持广播节目的本来面目，在发射端，为了保持广播节目的本来面目，在发射端，人为地将音频调制信号的高音频成分加以人为地将音频调制信号的高音频成分加以提升，这中措施叫提升，这中措施叫“预加重预加重”，即通过高，即通过高音频提升网络增强高音音频提升网络增强高音        如果如果“预加重预加重”量与量与“去重去重”量相当，量相当，就能既完好保持节目的本来面貌（各种频就能既完好保持节目的本来面貌（各种频率成分的振幅固有关系），不会发生频率率成分的振幅固有关系），不会发生频率失真，又抑制了高音频成分的噪声失真，又抑制了高音频成分的噪声由于节目信号的高能量信号主要集中在低由于节目信号的高能量信号主要集中在低音频和中音频段，大幅度的高音频成分很音频和中音频段，大幅度的高音频成分很少，因此，由于预加重而产生过调制的概少，因此，由于预加重而产生过调制的概率很小。

率很小一、预加重与去重特性一、预加重与去重特性              国际上对预加重与去重特性有明确的国际上对预加重与去重特性有明确的规定，发射端调频器之前的预加重频率特规定，发射端调频器之前的预加重频率特性必须与接收端鉴频器后的去重频率特性性必须与接收端鉴频器后的去重频率特性成反函数的关系成反函数的关系 预加重频率特性为：预加重频率特性为：Fp(ω) =              =             =                                                                    (3-1)去重频率特性为：去重频率特性为： Fd(ω) =1/          =1/          =1/                                                                              (3-2)习惯上将预加重和去重频率特性用对数表习惯上将预加重和去重频率特性用对数表示，预加重频率特性为：示，预加重频率特性为：  20lgFp(ω) =10 lg [1+ (2πτf )2]     （（dB））                                                                   （（3-3））        去重频率特性为：去重频率特性为：  20 lg Fd(ω)=-10 lg [1+ (2πτf )2]   （（dB））                                                                                (3-4)      式式  (3-1) -(3-4)中的中的f0是幅度提升是幅度提升3dB或或衰减衰减3dB时的频率。

时的频率τ = 1/ω0=1/(2πf0) ,具有时间量纲，称为时具有时间量纲，称为时间常数         不同的不同的τ值对应不同的频率特性通常值对应不同的频率特性通常规定规定τ =50μs或或τ =75μs我国在调频广播中我国在调频广播中规定规定τ =50μs 不同不同τ值的预加重特性值的预加重特性         由曲线可以看出，使用不同的由曲线可以看出，使用不同的τ值，同值，同一提升量对应不同的频率，或者说同一频一提升量对应不同的频率，或者说同一频率时有不同的提升量率时有不同的提升量二、预加重与去重网络二、预加重与去重网络1、预加重网络、预加重网络     电路参数的配置要求电路参数的配置要求电路参数的配置要求电路参数的配置要求R R》》》》R R0 0，，，，(1/ωc)(1/ωc)》》》》R R0 0，，，，τ=RCτ=RC预加重网络预加重网络     由图可以看出：由图可以看出：E2/E1 = R0/[R//（（1/jωc））+ R0]           ≈(R0/R)（（1+jωRc））          =(R0/R)（（1+jωτ））,|E2/E1|=(R0/R) Fd(ω),      (R0/R)为衰减系数，可由等量的放大来为衰减系数，可由等量的放大来补偿。

补偿2、去重网络、去重网络       E2/E1=(-j1/ωc)/[R-j1/ωc]=1/(1+jωRc)= 1/(1+jωτ), |E2/E1|= Fd(ω)。