调频

无线电电话和广播都是利用高频无线电波来传递音频的信号。也就是说，以音频信号电流的变化去影响高频电流，受到影响后的高频电流再由天线变成无线电波发送到空间去。高频电流有三个因素可以受到音频信号的影响，即振幅、频率和相位。使音频信号去影响高频电流幅度的方法称为“调幅”，调幅过的电流称为“调幅电流”，如图1丙所示，这种电流经天线后即变成“调幅波”。使音频信号去影响高频电流频率的方法则称为“调频”，调频过的高频电流称为“调频电流”，如图1丁所示，这种电流经天线后即变成“调频波”。同样，如去影响相位则称“调相”、“调相电流”和“调相波”。

调幅是被最广泛采用的一种方法，目前我国所有的无线电广播都利用调幅，因此我们收音机里所收到的也都是调幅波。可是，调幅具有很大的缺点。

在收听广播时经常会听到“沙沙”声、“喀喇”声和其它许多可厌的杂声；另外还会遇到邻近强力电台的干扰。这时，人们通常埋怨收音机不好，其实这是不公道的。收音机质量的优劣当然有很大关系，可是在采取调幅广播的时候，实在也很难完全避免杂声和电台间的干扰。杂声的来源是很多的，例如在城市中到处都充满着电气用具，这些用具在发生火花和电弧时，将产生很强的、频带很宽的无线电波，这种电波进入收音机后即产生杂声。此外自然界中存在的所谓“天电干扰”也是非常主要的杂声来源，它们是由大气层中的电荷放电所引起的。最后，构成收音机的各种零件和电子管也会产生各种杂声。要减小这些杂声，当然可以用提高广播电台的电力来使输出的调幅波信号电平增高，压倒杂声，但是这样做既不经济而且收效不大。再则想避免电台间的相互干扰，也不宜用提高广播电台电力的方法，因为增强一个电台的输出电力后，虽能避免别家电台对它的干扰，可是反过来，它却会强烈的干扰其它电台。这样，和它邻近的小电台就受到很大影响了！要避免这种相互干扰，唯有提高收音机的选择性，可是逃择性太高，又会产生另外的弊病。

调频的这种遏止杂声和干扰的能力是跟调频波的“最大频移”值有关，最大频移的数值愈大，效果愈佳；而当最大频移值很小时，遏止杂音和干扰的能力就大为降低，甚至接近调幅了。因此，调频必须保证具有相当大的频移，通常是20千周到100千周。但是频率变化的范围（频带宽度）这样大，要想应用在中波或短波波段是不可能的，因为中波和短波波段的范围很窄，在使用频带宽度仅10千周的调幅电台已觉拥挤不堪，当然就难于考虑使用频带宽度大于10千周很多倍的调频电台。超短波的波段范围极为宽广，可以容纳大量的宽频带的调频电台。因此，调频在超短波波段获得广泛的采用。

通常调幅电台受到频宽的限制，音频信号的频率范围局限于30—5000周。调频时这种频宽限制就不再存在，可将音频信号的频率范围扩大至30—15000周，于是音频信号的质量（保真度）大为提高。

当然，调频还具有其它优点，例如调频器（用来调频的音频信号放大器）所需的功率极小，可以降低发射机的造价等等。但是，有效的遏止杂声和干扰是调频的最大优点。

图2是调频波发射机与调幅波发射机的方框图，从图中可见，它们的差别仅在于：前者（图2甲）是用调频器去影响振荡器高频电流的频率，而后者（图2乙）是用调幅器去影响末级放大器（通常是末级）高频电流的幅度。影响幅度即调幅的方法不属于本文范围，不加讨论；影响频率的调频需利用特殊的电路。

图3甲为一调频振荡器，振荡频率决定于L\(_{1}\)和C1的大小，要变化高频电流的频率，必须改变L\(_{1}\)或C1的大小。为了达到这个目的，可将一“可变电抗”与振荡器的谐振槽路并联，如图3乙虚线方框内所示。这个可变电抗可以是一个电感线圈，也可以是一个电容器，不过它的电抗（电感量或电容量）必须随音频信号的振幅而改变。这样的可变电抗可以用一个电子管来做，这个电子管就叫做“电抗管”。电抗管的线路结构如图3丙中虚线方框内所示。当振荡器输出的振荡电压U\(_{1}\)加接到LR串联回路的两端AB点时，由于选用的电感线圈L的感抗远比电阻R的阻值为大，R的作用可以忽略，可以把LR串联回路看作是一个纯电感，因此，流过这个回路的电流I1落后于U\(_{1}\)90°但I1流过电阻R时，在它两端所产生的电压降U\(_{g}\)与I1的相位是一致的，即同相。由电子管工作原理知道，电抗管屏回路中的交流电流I\(_{p}\)是与Ug同相的，所以I\(_{p}\)也落后于U190°。I\(_{p}\)应在LR支路和振荡器的调谐回路L1C\(_{1}\)里流动，可是LR支路的阻抗很大，所以可以看成Ip全部流过L\(_{1}\)C1槽路，L\(_{1}\)C1槽路中增加了电流I\(_{p}\)，而这个电流又比槽路电压U1落后90°，因此电抗管的作用就好象在并联到L\(_{1}\)C1槽路上的一只电感线圈，振荡槽路的L改变了，振荡频率当然也随着改变。这只线圈电感量的大小，决定于I\(_{p}\)，而Ip又是随着U\(_{g}\)的变化而变化的。所以把调频器输出的音频电压加到电抗管的栅回路里（图4），使栅极电压Ug随音频电压而变化，就必然影响振荡器的频率，达到调频的目的。

这里，电抗管产生的是一个可变的电感效应。

以上的电抗管调频是应用最广的一种，除此以外，也还有很多其它的方法。

由电抗管调频得到的频移是有限的，远不能满足我们对最大频移（例如75千周）的要求，因此在振荡器后必须有倍数很高的倍频器来倍频，借以把频移提高到额定数值。

调频波接收机的方框图如图5甲所示，与图5乙调幅接收机相比较，可以看出两者的差别是在于前者多了一个限幅器，并且用“鉴频器”来代替检波器。

振幅恒定的调频波在传播过程中以及在进入接收机后，都会受到各种干扰，因此它的振幅已不再恒定，如图6甲所示。在加到鉴频器去使音频信号还原之前必须先将这种振幅的变动削平（图6乙），否则在鉴频器之后仍然会出现很大的杂声，调频的优点就丧失了。限幅器就是担任这样的工作。应用最多的一种限制器的电路如图7所示，在这个电路中栅极回路对输入高频信号进行检波（像二极管检波的作用一样），高频信号的振幅变化经检波后产生的直流流经电阻R时，就产生电压降Uc，此电压降被作为负偏压而加到栅极。显然，高频信号的振幅愈大，则负偏压愈大，而输出电流就愈小；振幅小，则负偏压小，而输出电流趋大，于是高频信号经限幅器后就保持振幅恒定了。

因此，调频的能遏止杂声和干扰的优点，是由于它能采用限幅器的缘故。

鉴频器是鉴别调频波的频率从而检出音频信号的一种装置。任何装置，只要在它的输出端能得到和输入端调频波频率变化一致的直流电压，都可起鉴频器的作用。通常采用的鉴频器电路如图8所示，这种电路接有两中谐振槽路1和2，它们都调谐到调频波的中心频率（音频信号为零时的频率）。两槽路的绕圈耦合在一起，糟路2线圈的中点经电容C与槽路1相连。从两个糟路上取出的高频电压利用两个二极管来检波。槽路1上的电压和槽路2上半部线圈上的电压之和加到二极管Ⅰ；槽路1上的电压和槽路2下半部线圈上的电压之和加到二极管Ⅱ。

从槽路1感应到槽路2的感应电压，它的相位滞后于槽路1的电流90°。当调频波的频率为中心频率时，它和两谐振槽路的谐振频率相符合，槽路1的电压和电流同相。此时加到两个二极管上的交流电压的数值相同，于是两个二极管的负荷电阻上的检波电阻Ul和U2相等，由于它们的极性相反，故输出音频电压U等于零。

如果调频波的频率大于它的中心频率，那么槽路1将为电容性，其中电流就超前于电压。此时槽路2上半部线圈上的电压趋向与槽路1上的电压同相，并且相加。同时，下半部线圈上电坟却趋向与槽路1上电压反相，并且相减。因此二极管Ⅰ的负电荷电压U\(_{1}\)大于二极管Ⅱ的负荷电压U2。这时输出音频电压U就不再为零，而为某一正值。

同理，如调频波的频率小于中心频率，则可获得输出音频电压U为某一负值。于是，输出音频电压随调频波的频率而变化，鉴频器检出音频信号的作用就完成了。

无线电广播对广播的质量要求很高，因此采取调频广播是非常合适的。当收听调频广播，特别是音乐节目时，收音机放出的是毫无杂声，逼真度极高的各种乐器声音，好像我们亲历音乐会中听到的一样。可以想见，这是多么愉快的一种享受啊！

苏联已经开始发展超短波调频广播。在美国调频广播也很风行。

电视运用在超短波波段，它的影像和伴音的发送都是利用调频的。

无线电通信系统中的电话、电报和传真等都可以利用调频。对军用无线电通信来说，采用调频更有头等重要的意义，因为在军用无线电通信的情况下，无线电收信的干扰电平通常是非常高的。（钟益棠）