调幅广播与调频广播

调幅广播与调频广播

随着生活水平的提高，人们对只能收听中波调幅广播的收音机已经不满足了，在选购收音机时，要求具备调频、调幅两种功能的产品。那么电台为什么要用调频、调幅两种不同的方式进行广播？调频广播与调幅广播各有什么特点，又有什么区别？下面来谈谈这个问题。
    大家知道，无线电广播是依靠空间的高频电磁波来传播节目的。在这里，高频电磁波并不含有任何信息，只起了“运载工具”的作用。因此，又称它为载波。平时讲的中央人民广播电台的频率为 540 千赫、上海人民广播电台的频率为 990 千赫，就是载波的频率。而要传送的广播节目的频率要比载波的频率低得多，在 30 赫～ 15000 赫之间，称为音频信号或低频信号。低频信号是传不远的。必须设法把它与高频载波叠加起来，才能达到远传的目的。这种叠加的过程，称它为调制。用无线电俗语讲：用低频信号控制高频振荡的过程称为调制。
    常用的调制方式有两种：当被控制的是高频振荡的幅度时，或者讲使高频振荡的幅度随着音频信号的大小变化而变化，这种调制方式称为调幅。如果被控制的是高频振荡的频率，或者讲使高频振荡的频率随着音频信号的大小变化而变化，这种调制方式称为调频。
    调幅的特点是载波的频率始终不变，而载波幅度变化的形状与音频信号变化的形态一样。我们把幅度变化的轨迹称作包络线。从图 1 中可以看出，包络线的形状与音频信号是相同的。被音频信号调制后的载波，称已调波。

    未调制前的载波是正弦波，而已调波不再是单一的正弦波了，它是几个正弦波相加的结果。并且是按照某种数学规律相加组合而成的。如果用一个单音频率信号 f a ，去调制载波频率 f c 时，可用数学方法分解出已调波是由 3 个正弦波相加组成的。它的频率成分为：载频 f c ；比载频 f c 高的载频加音频 f c ＋ f a ，称上边频；比载频 f c 低的载频减音频 f c － f a ，称下边频。把这 3 个正弦波的相对振幅及频率关系用图来表示便称为调幅波的频谱图，见图 2 （ a ）。如果用整个音频范围的全部频率去调制载波的话，已调波中除了载频外，上、下边频即变为上、下边带。变为图 2 （ b ）那样的频谱图。

    从频谱图（ b ）上可看出，每一边带的频率宽度等于音频调制信号的频带宽度。或者说调幅波的频带宽度为音频带宽的两倍。例如：用 30 ～ 15000 赫的音频信号去调制 990 千赫的载频，它的上边带为 990 .03 ～ 1005 千赫；它的下边带为 989.97 ～ 975 千赫。这个已调波的频率范围为 975 ～ 1005 千赫。已调波所占的频带宽度为 1005 千赫 —975 千赫 =30 千赫换句话讲，广播电台发射的调幅波的频带宽度为音频最高频率的两倍。在实际上，广播电台的频带宽度是没有 30 千赫的。我国中波调幅广播的频率范围为 535 ～ 1605 千赫。若按 30 千赫计算，仅能设台（ 1605—535 ）／ 30≈36 （座）。对我们这样大的一个国家来说，是不可能的。为了在有限的广播频率段中，既要防止临近频率电台相互干扰，又要设置更多的电台数目，只能压缩每个电台的频带宽度。国际上规定中波广播的频道间隔为 9 千赫。即每一电台的频带宽度限制于 9 千赫之内。故音频信号中的高音频率被限制在 4.5 千赫以下。在收听中波调幅广播时，其高音成分感到欠缺。尤其是播送音乐节目时，更是明显。这是调幅广播的一大弱点。此外，调幅广播的另一不足是抗干扰能力差。因为各种工业干扰和天电干扰也会以调幅的形式叠加在载波上，成为干扰和杂音，影响收听效果。调频的特点是载波的幅度始终不变，而它的频率则随着音频信号大小在变化。如图 3 所示：当音频信号增强的时候，频率变高，波形就密；当音频信号减弱的时候，频率变低，波形就疏。这种波形疏密的变化即频率的宽度在变化。我们把频率变化的宽度称为频率偏移，简称频偏。调频广播就是通过频偏来传送信息的。

    调频波的频谱要比调幅波复杂得多。它的边频是由许多谐波组成。在调频广播中规定最高频偏为 7 5 千赫，每个电台所占频带宽宽为 200 千赫 [ 带宽 = （频偏 + 音频） ×2 ，单声道为 180 千赫，立体声为 198 千赫 ] 。比调幅广播的二十倍还多。因而在调频广播中，可将音频信号的高音频率扩大至 15 千赫。所以调频电台的节目听起来要比调幅广播高音丰富、清晰、逼真。特别是在聆听立体声高保真音乐节目时，更是调幅广播无法比拟的。
    调频广播的另一个特点是抗干扰能力强。因为干扰主要是影响载波的幅度，对载波的频率几乎没有影响。因此在接收机中用限幅器很容易将干扰消除掉。参见图4 。

    由于调频电台所占的频带较宽，假如仍使用中波频率的话，那么（ 1605 － 535 ）／ 200=5.35 ，仅能容纳 5 个电台。显然不现实。因此中波与短波是不适合用作调频广播的，必须移至超短波的频率范围。我国使用的调频广播频率范围为 88 ～ 108 兆赫。大家知道中、短波是靠地面波和电离层反射来传播的，能作远距离广播用。特别是借助电离层反射的短波，能传遍全世界。而超短波遇电离层只穿过不反射，它只能在地面直接传播。所以调频广播不能作远距离广播用。
    调频收音机要比调幅收音机复杂。除了要用比例鉴频器检波外，还要高放电路、去加重电路等。接收立体声的话，还要用解码电路等。成本要比调幅收音机高。
    调幅广播与调频广播各有优缺点，谁也不能替代谁。因此既有调幅中、短波广播，又有调频超短波广播。它们将“和平共处”、“长期同存”。调幅与调频“合作”的最好例子是电视机。它的图象信号采用调幅方式，伴音信号采用调频方式。其缘故这里就不赘述了。