调幅和调频的区别

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引言

波是在介质中传播能量而不传递质量的扰动。波通常以周期性运动（如简谐振荡）的形式存在。它们有波峰和波谷。波的振幅是波的高度。两个连续波峰之间覆盖的距离称为波长。每秒通过的波数称为波的频率。相位不是波的属性。但它给出了两个具有相同频率的信号之间的关系。

图1：波的传播

波的分类有横波和纵波。如果粒子在垂直于传播方向的方向上振动，则称为横波。

例如光波。如果粒子在平行于传播方向的方向上振动，则称为纵波。

调制 - 在无线电中，语音和音乐可以通过更长的距离传输。这是通过将信号叠加到频率高于实际信号频率的载波信号上实现的。这个过程称为调制。调制后得到的波称为调制波。叠加信号的高频波称为载波，不包含任何信息。它表示为：

$$\mathrm{e_{c}=E_{c}cos(\omega _{c}t+\theta )}$$

$$\mathrm{E_{c}=峰值振幅}$$

$\mathrm{\omega _{c}}$ = 角频率

$\mathrm{\theta}$ = 相位

调制是通过改变三个参数中的一个，同时保持其他两个参数不变来实现的。通过这种方式，调制分为三种类型：调频、调幅和相位调制。

调幅

在调幅中，信号的振幅随着载波信号的变化而变化。载波的频率和相位不变。载波信号不携带任何信息，但其振幅随信号波的振幅而变化。

调频

如果瞬时信号电压发生变化，载波频率就会发生变化。这被称为调频。因此，载波的振幅和相位不会发生变化。

调频

什么是 AM、FM 和 PM？

AM - 它被称为调幅，用于增加信号的振幅。

FM - 它被称为调频，用于放大信号的频率。

PM - 相位调制是一种调制方式，其中载波的相位发生变化，用于信号的传输。

FM 如何工作？

调制波的振幅与载波的振幅相同。其频率相对于瞬时信号振幅发生变化。当信号振幅为零时，载波频率保持不变。当信号振幅在正侧达到最大值时，载波频率也增加到最大值，表示为紧密间隔的周期。在负侧最大值期间，载波频率降低到最小值，表示为间隔较宽的周期。

AM 如何工作？

直接在传播方向上传输信号非常困难？因为有一些因素会影响数量。这就是为什么应用调制的原因。调幅是调制承载消息的信号的方法之一。载波信号的振幅与承载消息的信号成正比。当消息信号的振幅在正方向达到最大值时，调制信号的振幅达到最大值。当消息信号的振幅在负方向达到最小值时，调制信号的振幅达到最小值。

数学分析

载波的数学表示为

$$\mathrm{e_{c}=E_{c}\:cos\omega _{c}t......(1)}$$

$$\mathrm{\omega _{c}=2\pi f_{c}}$$

$\mathrm{e_{c},E_{c}\:and\:f_{c}}$ 分别是载波的瞬时电压、振幅和频率。

调制信号的瞬时电压表示为

$$\mathrm{e_{s}=E_{s}\:cos\:\omega _{s}t.......(2)}$$

$$\mathrm{\omega _{s}=2\pi f_{s}}$$

$\mathrm{e_{c},E_{s}\:and\:f_{s}}$ 分别是信号波的瞬时电压、振幅和频率。

$$\mathrm{E_{s}=mE_{c}}$$

所以，

$$\mathrm{e_{s}=mE_{c}\:cos\omega _{s}t.....(3)}$$

调幅信号的振幅由下式给出

$$\mathrm{振幅=E_{c}+ mE_{c}\:cos\:\omega _{s}t}$$

$$\mathrm{振幅=E_{c}(1+m\:cos\:\omega _{s}t)}$$

调幅信号的瞬时电压为

$$\mathrm{e=振幅\:X\:cos\:\omega _{c}t}$$

$$\mathrm{e=E_{c}(1+m\:cos\:\omega _{c}t)cos\:\omega _{s}t}$$

$$\mathrm{e=E_{c}\:cos\:\omega_{c} t+ mE_{c}\:cos\:\omega _{s}t\:cos\:\omega _{c}t}$$

$$\mathrm{e=E_{c}\:cos\:\omega_{c} t+ mE_{c}/2(2cos\:\omega _{s}t\:cos\omega _{c}t)}$$

$$\mathrm{e=E_{c}\:cos\:\omega_{c} t+ mE_{c}/2(cos\:(\omega _{c}+\omega _{s})t+cos(\omega _{c}-\omega _{s})t}$$

$$\mathrm{由于\:2cosAcosB=cos(A+B)+cos(A-B)e=E_{c}\:cos\:\omega_{c} t+ (mE_{c}/2)cos\:(\omega _{c}+\omega _{s})t+(mE_{c}/2)cos(\omega _{c}-\omega _{s})t}$$

有三个信号电压。包括三个频率 $\mathrm{f_{c},f_{s}+f_{s}\:and\:f_{c}+f_{s}}$

$\mathrm{f_{c}}$ 载波的频率不变，但有一些额外的频率 $\mathrm{f_{c}+f_{s}}$ 称为上边带频率，$\mathrm{f_{c}-f_{s}}$ 称为下边带频率。它们相对于载波是对称的。

AM接收机在现实中的工作原理

在 AM 接收机中，由本地振荡器产生未调制的射频信号。该信号与接收到的调制 RF 信号混合。因此，载波信号的频率降低，调制相同，称为中频 (I.F)。然后放大并检测此中频信号。

AM接收机的框图如下所示。其中，RF放大器接收来自天线的调制信号并对其进行放大。并将其提供给混频器，在那里它与来自本地振荡器的频率较低的信号混合。然后由中频放大器进行额外的放大。然后将输出提供给检波器。然后将检波信号提供给音频放大器，然后提供给扬声器。这将电信号转换为声波。

PM 如何工作？

相位调制 - 瞬时信号振幅的变化导致载波相位的变化，这称为相位调制。

它与调频大多相似。如果调制信号的振幅在正侧达到最大值，则载波信号的相位超前并显示压缩。如果调制信号的振幅下降并在负侧达到最小值，则载波信号的相位滞后并显示稀疏。

调幅和调频的区别

调幅	调频
根据载波信号改变振幅	根据载波信号改变频率
频率和相位保持恒定	振幅和相位保持恒定
音质差	音质好
它比调频简单	它更复杂。
带宽较小	带宽较大
传输过程中浪费功率	它非常高效，因为所有功率都被利用。

结论

调制是一种用于放大波的不同属性（如振幅、频率、带宽等）的技术。根据需要应用不同类型的调制。每种调制都有一些优点和缺点。它主要用于电信和无线通信以传输数据。

常见问题

Q1.什么是解调？

答：从调制波中恢复音频信号。此过程称为解调或检波。它分两个步骤进行。首先，通过整流去除调制波的负周期。然后，通过合适的滤波器去除载波频率。

Q2.给出 FM 调制的应用

答：调频应用于雷达和脑电图监测电路。

它主要用于调频广播。它也应用于磁带录音系统。它在卫星和微波通信、蜂窝无线通信和电视声音传输等方面有着广泛的应用。

Q3. 什么是调制指数？

Ans. 调制指数是调制信号和载波信号的峰值电压之比。

$$\mathrm{调制指数=\frac{E_{s}}{E_{c}}}$$

Q4. 调制有什么必要性？

Ans. 调制的主要目的是增强信号强度。它可以防止消息与其他信号混合。

Q5. 天线的功能是什么？

Ans. 天线是用于调制波的发送和接收的双向通信设备。在发送过程中，它将实际的声音波辐射到空间中。在接收过程中，它接收调制信号。