调幅

人耳能听到的声音在16赫至20千赫频率范围内。声波的传播速度很慢，在空气中约为每秒340米，而且衰减很快，所以传播的距离有限。如果把声音通过话筒变成和声音频率相对应的音频电信号，那么，这种电信号便可以通过电线传送到很远的地方去，且速度也加快了。这就是我们日常使用的有线电话。但有线电话只能沿着电线传输。要想不用导线把音频信号传到很远的地方去，或者说要实现无线电通信或广播，就必须利用无线电波。

人们发现，频率超过10千赫的电振荡送到一条一端开路的导线（天线）上之后，在导线的周围就会产生出交变电磁场。这种电磁场在一定条件下脱离导线，带着一定的能量，以等于光速的速度在空中传播。这就是无线电波。无线电波的频率可以从10千赫到1,000亿赫（或100千兆赫）。如果设法把音频信号加在无线电波上，利用无线电波的运载，便可在空中任意地传播了。当传播到接收地点之后，再将音频信号从无线电波中取出来。正好像人们乘上飞机之后，便可在空中任意飞行，速度很快，距离很远，到达目的地之后，人们再从飞机上下来那样。

上面所说的，在发送端将音频信号加到无线电波上去的过程，叫做无线电波的调制。在接收端把音频信号从无线电波中取出来的过程则叫做检波或解调。

用来运载音频信号的无线电波称为载波，它具有一定的振幅和频率。如果设法使载波的振幅随着要传送的信号成比例地变化，那么就可以说是将信号加到了载波上了，这样的过程叫做调幅。相似地，如果设法使载波的频率随着要传送的信号成比例地变化，就叫做调频。调幅和调频都得到了广泛的应用。例如普通短波通信和中、短波广播利用调幅，而电视伴音和超短波调频广播利用调频。

在这里，我们打算谈谈有关调幅的一些问题。

要传送的音频信号对载波进行调幅，所以称为调幅信号。实际的音频信号波形是很复杂的。为了简单起见，在下面的讨论中用一个纯音的正弦波来代表音频信号。如图1.a所示。载波是等幅的，它的频率要比音频高许多倍，如图1.b所示。调幅就是使载波的振幅按音频信号的变化而变化，而载波的频率和相位则保持不变。音频变正时载波幅度增大，音频变负时载波幅度减小。经过调幅而且携带了音频信号的无线电波，叫做已调幅波，如图1.c所示。调幅波的包络线反映了调幅的音频信号。载波振幅变化的最大值I\(_{mΩ}\)与载波振幅Imo之比叫做调幅度m，即

调幅度表示了调幅的深度，它一般在0和1（100％）之间。最大允许的调幅度为100%，如图2.a所示。调幅度大于100％时叫过调幅，如图2.b所示。过调幅时，已调幅波的包络线就不能真实地反映音频信号了。这时接收机检波出来的音频信号波形就会与原来的调制音频信号波形不同，也就是说过调幅会产生信号失真。

已调幅波的频率虽然不变，但是由于它的振幅随着音频调幅信号不断地变化，所以它已经不是一个简单的正弦波了。根据分析，图1.c的已调幅波主要是由三个不同频率的正弦波组成的。其中一个频率等于载波频率f\(_{o}\)，振幅仍然为Imo；另外两个频率分别等于载频f\(_{o}\)加上调幅信号的频率F（fo+F）和减去频率F（f\(_{o}\)-F），它们的振幅和调幅度有关，都等于\(\frac{1}{2}\)mImo。如图3a所示。由图可见，对载波进行调幅的结果，等于在载波中加进去了两个新的振荡，它们的频率对称地分布在载频两边，并和它相差一个音频。其中频率比载频高的叫上边频，比载频低的叫下边频。例如，如果载频f\(_{o}\)为1000千赫，调制音频F为1千赫，则上边频为fo+F=1001千赫，下边频为f\(_{o}\)-F=999千赫。

实际的语言和音乐信号，不是一个单一频率的正弦振荡（单纯音），而是由许多不同频率的振荡组合成的。由最低频率F\(_{H}\)到最高频率FB，组成了一个频带。当用这样的信号对载波进行调幅时，如图3b所示，最低音频F\(_{H}\)相应于fo+F\(_{H}\)和fo-F\(_{H}\)，最高音频FB相应于f\(_{o}\)+FB和f\(_{o}\)-FB。其它音频的上边频分布在f\(_{o}\)+FH和f\(_{o}\)+FB之间，下边频分布在f\(_{o}\)-FB和f\(_{o}\)-FH之间。由此可见，在载频f\(_{o}\)的两边，形成了上下两个边频带，或简单上边带和下边带。整个已调幅波所占的频带宽度等于调幅振荡最高音频FB的二倍，每个电台发射的无线电信号都占用一定的频带。为了避免两个电台的已调幅波之间的相互干扰，在无线电广播中规定同一地区内两个电台的载频至少相隔10千赫。

载波不代表信号，它的作用只是将调幅音频搬到边频带，以便将它们发射出去。真正代表音频信号的是边频带。事实上，用一个边频带就能够代表要传进的音频信号了。但在已调幅信号中，功率却主要集中在载波身上。前面说过，载波振幅为I\(_{mo}\)，而边频振幅为\(\frac{1}{2}\)mImo。如果把已调幅波电流通过一个电阻R，那么，载波功率为P\(_{o}\)=1;2Imo\(^{2}\)R,而一个边频的功率为\(\frac{1}{2}\)（1;2）2m\(^{2}\)I2\(_{mo}\)R=\(\frac{m}{^{2}}\)4P0,已调幅波中的总功率

由此式可见，对于调幅度为100％（m=1）的已调幅波（图2,a），载波占全部功率的\(\frac{2}{3}\)，每一个边带的功率只占全部功率的1;6。也就是说发射台发射的功率只利用了\(\frac{1}{6}\)。实际上，在语言广播中调幅度平均为70％，而音乐广播中调幅度平均为30～40％。这样小的调幅度，被利用的功率就更小了。这是调幅的重要缺点之一。在现代的无线电话和有线载波电话中，采用了单边带传输，就是把已调幅波中的载波和一个边带除去，而只传送一个边带。这样，一方面提高了发射功率的利用，同时也使每个电台占用的频带变窄，减少了载频相近的电台相互间的干扰。

实现调幅的方法很多。通常是将由振荡器产生的载波振荡经过几级放大，送到功率放大器中，并且把经过放大的音频调幅信号电压和这个功率放大器的直流电源电压串联在一起，使电子管某一电极上的供电电压随着音频调幅信号的变化而变化。这样，被放大了的载波的振幅也随着调幅信号作相应变化，结果就得到了已调幅波。

根据调幅电压是加在那一个电极上，可以相应地有屏极调幅、栅极调幅、抑制栅极调幅、阴极调幅等等。

屏极调幅的原理电路如图4所示。载波电压U\(_{fo}\)通过T1加在功率放大器的栅极，调幅信号电压U\(_{F}\)通过调幅变压器T2和功率放大器的直流屏极电源电压E\(_{b}\)串联，使实际屏极电压随着调幅信号变动。Cc和C\(_{b}\)分别用来将栅极槽路和屏极槽路调谐到载频fo, C\(_{1}\)用来旁路高频。放大器要设计得使输出振荡的振幅和实际屏压成比例，这样，输出的就是幅度随调幅信号而变化的已调幅波了。屏极调幅的优点是效率高，调节简便，缺点是需要较大的音频调幅功率。

栅极调幅的原理电路如图5所示。载波电压 U\(_{fo}\)经变压器T1加到栅极槽路，调幅电压U\(_{F}\)通过调幅变压器T2和直流栅偏压E\(_{c}\)串联。栅极槽路和屏极槽路都调到载频fo。C\(_{1}\)是高频旁路电容。L1是高频扼流圈，C\(_{2}\)是隔直流电容器。如果把放大器设计得使高频输出的振幅随栅偏压的变化成比例地变化，就可以产生出已调幅波。栅极调幅的效率较低，输出功率也较小，但是所需的调幅信号功率较小，所以设备可做得轻便些。（李华金）