窄带调频原理及其SystemView仿真

常见的模拟调制包括角度调制(FM／PM)和幅度调制(AM／DSB)，与幅度调制不同的是角度调制是原调制信号频谱的非线性搬移，并且产生了新的频谱分量，所以又称为非线性调制。FM(调频)在实际通信中的应用非常广泛，高保真音乐广播、电视伴音信号传输、蜂窝电话以及卫星通信等。与幅度调制相比，FM可以获得较高的抗噪声性能。本文就FM中的一种特殊情况——窄带调频(Narrow-Band FM)，讨论其调制解调原理，并应用通信仿真软件SystemView进行仿真分析，目的是向读者完整展现借助EDA(Electronic Design Automatlon，电子设计自动化)技术分析解决通信问题的思路和过程。

1窄带调频的基本原理

1.1调制原理

角度调制信号的一般表达式为：

所谓频率调制(FM)指瞬时频率偏移△ω随调制信号f(t)成比例的变化，即：

至此，得到窄带调频的一般表达式。以式(7)作为数学模型，可直接建立窄带调频的原理框图，如图1所示。

1.2解调原理

由上面的推导可知，窄带调频可以由乘法器实现，因此必然可用相干解调的方法来回复原调制信号，如图2所示，NBFM信号在接收端首先经过带通滤波器(BP)滤除频带外信道加性噪声，然后经过乘法器与载波(-sinωct)相乘，用低通滤波器滤除乘出来的高频分量，最后经微分器去掉f(t)外面的积分，在输出端恢复原调制信号f(t)。

另一种FM解调器就是所谓积分鉴频器，如图3所示。这类FM解调器已在很多单片FM收音机和接收机芯片中使用。

图3中，调频信号分成两路，一路直接接到乘法器，另一路经过一个耦合电容与一个LC并联谐振回路组成的相移电路产生正交信号，作为乘法器的另一个输入。所有相移由耦合电容产生的相移及谐振回路产生的附加相移组成。

简单原理如下：

为了简化问题，将输入的NBFM信号简单表示为一般角度调制信号的形式：

则通过上述相移网络产生的另一路信号为：

式中：系数C1，C2由电路参数确定。两路信号经过乘法器后的输出为：

其中，后一个频率分量中的和项可用LP(低通滤波器)滤除，故输出可化简为：

式中：f(t)为调制信号。另外，要得到式(10)的近似结果，还要求系数C2足够小。

作者：张建伟 张雪亚 来源：中电网