超短波调频广播（上）

大家知道，无线电广播是利用电磁波，把本来传不远的声波送到远方去。电波运载着声波向四面八方辐射，所以称为载波。不过，声波并不是单纯“装”在载波上听候输送的“货物”，它要使载波的形状跟着自己一起变化，这一过程称为调制。收音机从载波的波形变化里检取出声波的波形变化，这才能使声音重放出来，这一过程称为检波或解调。

在通常的中、短波广播里，声波使载波的振动幅度随着自己的振幅（也就是强弱度）起变化，这种过程称为振幅调制，或简称调幅。假使电波也能像水波一样地被看到的话，大家就会发现，它的“浪头”忽高忽低，经常在变，但是只要在传送一个单音（一个简单的正弦形声波），每两个“浪头”之间的距离（也就是振动频率）是固定的（图1）。

所有周期地变化着的波动都包含三个变量——振幅、频率和相位，因此除了调幅以外，声波也可以用使载波的瞬时频率或相位随着自己的振幅而变化的方式，来“搭乘”在载波上。这就是频率调制（调频）和相位调制（调相）。

我们再假想电波能被看到，又是在传送一个单音。这时调频波的“浪头”将不再等距分布，而显出一阵疏、一阵密的样子，但所有“浪头”的高度却始终不变。密的地方表示瞬时频率高，疏的一段表示瞬时频率低。疏密的变化情况符合于正弦律（图2），载波频率的变化量和声波的振幅成正比，跟声波频率无关，但载频变化的周期等于声波的周期。

理解瞬时频率的概念是很重要的，这就是既要在很短的一段时期内去考察振动情况。因为声波振幅时时在变，如果载波频率在某一时刻改变了1％，载波并不会按着这个频率振动满一个周期，只有在这一时刻附近才按这一速度振动。所以要根据各个极短时间内的振动情况，折算出瞬时频率。

现在用打秋千为例，设想一个小孩本来在很稳当地打着秋千，每分钟来回20次，后来另有一人不断使挂绳的长度改变，在头15秒钟内逐渐放长，第二个15秒钟内逐渐缩短，这样反复进行。粗略地假定，秋千的运动可以当作单摆运动，那末，由于单摆周期只和摆的长度有关，秋千的瞬时摆动周期便不再是常数，而瞬时摆动频率（这些周期值的倒数）也就在20上下变动。变动量决定于绳索伸缩的程度，变化周期则是30秒。马虎一点说，这种情况跟调频差不多。

在理解了三种调制方式以后，大家也许要提出这样一个问题。

要说明原因，首先得解释一下“频带宽度”的概念。

假如发射机没有缺陷，用一个1000周的调制波使一个1000千周的载波振幅变形的作用，可以想像成载波并没有变形，只是增添了两个频率各是999和1001千周的所谓边波。换句话说，调幅后的载波可看成由原来的载波和两个上下边波组成。

调频波的情况有些不同，同样一个单纯正弦波的调制效果非但使载波的振幅缩小（频率不变），还会添出好几对边波，如类似以上情况，用一个1000周调制一个1000千周的载波。别这些边波的频率是999、998、997…和1001、1002、1003…千周。调制波振幅越强，边波数目越多。

上面只谈了单音调制的情况，但实际上语声和乐音都不是单纯正弦波。分析结果证明，现实存在的任何一个复杂波都可以用一些正弦波来代表，其中一个称为“基波”，频率最低，另外一些是谐波，它们的频率是基频的整倍数。当然，这并不是说，当一个人发出一个声音时，他的声带同时作了好几个频率不同的振动。振动本身还只有一个，但它的效果可以用基波和谐波的综合效果来代表。这种解释法是符合客观实际的，就像用几个分力来代替一个合力的力学方法一般。同时，也已经有了逆证——在电子乐器中，用许多个产生简单正弦波的振荡器，可以模拟出多种乐器的声音。

声波既然包含很多谐波，它们的综合调制效果就会使载波两旁布满各种频率的边波，构成上、下边带。边带所占的频率范围称为频带宽度。显然，调频波的频带比调幅波的宽，所以如果在中、短波段内采用调频方式，广播电台总数就会减少很多。

通常广播不采用调频制的另一个原因是调幅发送设备比较简单，便于制造和维护。

调频制广播只用在超短波段内。这样在全国范围内可建立较多的电台。这首先因为超短波段比中波和短波段宽几十倍，后者就像小胡同，只能容纳几个行人并排走，前者跟广场似地，可以供几十辆汽车齐头并进，所以调频广播台所要求的频道（电波在“空中通行的道路”）虽然较宽，超短波段内能够辟出的频道数还是比较多的。此外，中、短波会被电离层反射，还能沿地面传播，因此可以传到远方去。这固然是个优点，但由此也限制了在几百公里以内不得有同频道（载波频率相同）的发射机，否则就会彼此捣乱。超短波在正常情况下是作直线传播的，传不到地平线以下的地区去，故而可以容许在全国建立较多的同频道电台。

首先在调频制收音机，能用一种限幅器把载波的振幅变化完全削掉，因此也就削弱了从同一频道和邻频道电台来的、天电感应的、或在发、收设备内产生的各种杂波。此外由于发射机里有一个“预加重网络”，它使高频声音信号放大得比较强，然后在收音机里把它们压低到原状，高频杂波也就附带给削弱了。由于调频度不像调幅度那样有一定限度，可以增加得相当深，因此增强了收音机的输出信号，相对地压低了杂音。用调频广播，由于频道彼此之间留出的“空档”比较宽，可以避免“撞车”，减少了邻频道电台之间的干扰。

我们知道乐音中包含频率高到近两万周的分量，而调幅广播频道的宽度最多只有10千周（10000周），所以会使放出来的声音“走样”。调频广播可以载送15000周以下的声波，因此放出来的声音比较能够保持原样。同时，在调频广播里，由于杂波已经被削弱，用不着加大信号来压杂波，所以声音强弱变化的范围较大，这也能够使人感到更好听一些。

最后，调频发送设备的经济效率比较高。这是因为：发射机输出中的边带波才是要“运送的货物”，载波好比“车皮”，调幅广播的“车皮自重”太大，电磁波的“曳引力”大多耗在“拉动车皮”上，“载重”自然少了。调频广播的载波弱，边波强，好像使用了“轻型车皮”，“机车曳引力”就可以大部分用来“拉货”了。要达到同样的效果，调频发射机的电力就需要得少。

调频发射机由于载波振幅不变。不必按最大负载准备发射电力，故而能够充分发挥发射机电力的效用。

调幅作用必须一次完成，调频却可以用先使低频率载波在小电力管子内受少量调制，再一番一番翻上去的方法来逐步增强，这可以大大简化调制设备。（叶臻）