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CM · 调制基础

调频 FM

把消息搭在载波的瞬时频率上,振幅保持不变,载波则时密时疏。学习信息为何放在频率而非幅度上,使 FM 抗噪。

频率起伏,幅度不变

调大频率偏移 Δf。在消息的峰处载波变密,谷处变疏——可这期间上下包络始终保持平直。

频率偏移 Δfβ = 0.2
用滑块扫过偏移。β = Δf/fm 区分窄带与宽带。
当前偏移下的瞬时频率
f(t) = fc + Δf cos(ωm t)
几乎未调制

把消息搭在频率上

AM 起伏的是幅度;FM 则让幅度不动,转而按消息推拉载波每秒振动多少次,也就是瞬时频率。该频率为 f(t) = fc + kf m(t):消息越高,振动越快。由于幅度不变,包络是一条平直线。

调制指数 β 决定宽度

频率最大偏离的量就是偏移 Δf。把它除以消息频率 fm,得到的 β = Δf/fm 即调制指数。β 小于 1 时频率只轻微摆动,是窄带 FM;β 大于 1 时频率被大幅摆动,是宽带 FM。相位是频率的积分,所以信号写作 s(t) = Ac cos(2π fc t + β sin(ωm t))。

观察f(t) = fc + Δf cos(ωm t)
消息推拉瞬时频率。
选择β = Δf / ?
调制指数是偏移除以消息频率。

卡森法则与抗噪

FM 的带宽由卡森法则给出,B = 2(Δf + fm):偏移越大,占用的带宽越多。作为交换,由于信息只在频率里,接收机可把幅度削到固定值(限幅器),把骑在幅度上的噪声整个丢掉。用更宽的带宽换取抗噪,这就是 FM 的核心交易。

填空B = 2(Δf ? fm)
卡森法则——偏移加消息,再乘二。
自己来B ≈ ?
宽带时偏移占主导,B ≈ 2Δf。

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调大偏移 Δf,载波在消息峰处更密、谷处更疏,但上下包络始终平直。偏移近乎为 0 时载波原样不变,等于没有调制;偏移足够大时变为宽带 FM,转为金色。FM 要听懂的只有一件事:消息在瞬时频率里,而非幅度,所以幅度上的噪声可以削掉。

调频(FM)把消息搭在载波的瞬时频率上,f(t) = fc + kf m(t)。幅度恒定,信息在频率里。调制指数 β = Δf/fm 小于 1 为窄带,大于 1 为宽带,信号为 s(t) = Ac cos(2π fc t + β sin(ωm t))。带宽由卡森法则 B = 2(Δf + fm) 给出,恒定幅度使接收机能削掉幅度噪声,所以 FM 抗噪

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AM 与 FM 结束了模拟调制。从这里起把消息变成数字。先以固定间隔对连续信号采样,把每个值取整到台阶(量化),再写成比特——这就是 PCM。起点是采样定理:采样足够频繁,原信号就能精确重建。