调频立体声广播原理要点

（2）抗干扰能力强：
多种干扰电波（天电干扰、工业干扰、其他电台的 干扰）一般为幅度变化的干扰，而振幅的变化可以通过 接收机中的限幅器使其不产生影响，调频广播的干扰影 响远小于调幅广播。
（3）信噪比好
调频信号是等幅的电波，接收信号可以通过限幅放大来 恢复，并且因为调制度大，所以信噪比好。
（4）动态范围宽
(1)当调制信号电压uΩ(t)=0时，即为载波状态。此时ｕr (t)= VQ，对应的变容二极管结电容为CjQ
(2)当调制信号电压uΩ(t)=UΩm cosΩt时,对应的变容二极管 的结电容与载波状态时变容二极管的结电容的关系是:
令ｍ= uΩ/(UD+VQ)为电容调制度,则可得
CQ C1
CC CQ CC CQ
上式表示的是变容二极管的结电容与调制电压的关系。 而变容二极管调频器的瞬时频率与调制电压的关系由振荡 回路决定。无调制时，谐振回路的总电容为：
ＣＱ为静态工作点所对应的变容二极管节电容。 当有调制时，谐振回路的总电容为：
C∑ ＝

2.变容二极管工作原理
变容二极管又称可变电抗二极管“。是一种利用PN结电 容（势垒电容)与其反向偏置电压Vr的依赖关系及原理制 成的二极管。所用材料多为硅或砷化镓单晶，并采用外延 工艺技术。反偏电压愈大，则结电容愈小。 图1-6 变容二极管符号及电容公式
u c (t)= Uc cos(ct)
作为调制信号的音频，以单音为例，用数学表达式表示如下：
u(t)= U cost

到目前为止，作为模拟的广播发射机的主要调制方 式有两种，即调幅AM（Amplitude Modulation）和调 频FM（Frequency Modulation）。 调幅就是把调制信号加到载波信号的振幅上，使得 载波信号的振幅大小随着调制信号的大小而变化。 用数学表达式可表达为： u c (t)= Uc (1+m c cost ) cos(ct) 式中m c （＝K U / Uc ）称为调制系数，其中K为 比例系数。

在要求两相邻电台干扰比较小，或要求非线性失 真很小时，带宽还应适当的加宽一些。通常取：
由以上公式可以看出调频波的频带宽度主要取决于调制信 号的最高频率，在频偏受限的情况下调频指数也由调制频 率确定，调制频率低时，调频指数较高，调制频率高时， 调频指数较低。 由于调频指数mf随着调制频率的升高而减小，因此表现在 接收效果上调制音频的高端信噪比比较差，针对调频发射 机的这一缺点，专门采用了预加重与去加重技术措施来改 善高端信噪比。
（2）、AM-FM制
所谓AM-FM制，是“差”信号对副载波调幅形成副信 道，然后，与主信道一起对主载波调频。对于“差”信号 来说，相当于先进行AM处理，再进行FM处理。
在AM-FM制中按照调幅方式的不同，可分为部分抑制 副载波双边带调幅与全抑制副载波双边带调幅，前者又称 极化调制制，前苏联与东欧一些国家使用；后者又称导频 制，被欧、美、日、中国等世界上大多数国家使用。

加到变容管上的反向电压，包括直流偏压 V 0 和调制信号 电压 V Ω (t)= V Ω cos Ωt V R (t)= V 0 + V Ω cos Ωt 此外假定调制信号为单音频信号，结电容在 V R (t) 的控 制下随时间发生变化。
把受到调制信号控制的变容二极管接入载波振荡 器的振荡回路，则振荡频率亦受到调制信号的控 制。适当选择变容二极管的特性和工作状态，可 以使振荡频率的变化近似地与调制信号成线性关 系，这样就实现了调频。
由于“差”信号的频谱是处于音频范围，进行频谱搬迁 时需要选择一个副载波，根据“差”信号对副载波调制方 法的不同，调频立体声广播便有不同的制式。
（1）、FM-FM制
所谓FM-FM制，是“差”信号对副载波调频形成副信 道，然后，与主信道一起对主载波调频。对于“差”信号 来说，相当于进行了两次调频处理。
调频广播的预加重与去加重特性

为了提高其信噪比，在调频广播中通常使用一种加权方 法，即人为在接收机鉴频器后的音频系统中加上高音频 衰减网络使高音频段内幅度较高的噪声得到衰减。接收 机中的这种措施称为“去加重”，相应的衰减网络叫去 加重衰减。 但是，在去加重的同时，节目信号的高音频成分也衰减 了，使节目原貌发生变化。为了保持广播节目的本来面 目，在发射端，人为地将音频调制信号的高音频成分加 以提升，这中措施叫“预加重”，即通过高音频提升网 络增强高音。
（5）能进行高保真度广播
（6）便于开办立体声、多节目和附加信息 广播。
第三节 调频立体声广播的原理

调频立体声广播制式与原理
立体声制式的选择，很重要的一点是必须满足兼容性 与逆兼容性的要求。 兼容性： 进行立体声广播时，普通接收机虽没有立体声效果， 但仍能收听完整的节目信号； 逆兼容性： 立体声接收机能收听单声道广播的节目，但无立体感。
图1-5 变容二极管调频原理图

设调制信号为uΩ(t)=UΩm cosΩt,加在二极管上的反向直流 偏压为 VQ, VQ的取值应保证在未加调制信号时振荡器的 振荡频率等于要求的载波频率,同时还应保证在调制信号 uΩ(t)的变化范围内保持变容二极管在反向电压下工作。加 在变容二极管上的控制电压为： ｕr (t)= VQ+ UΩm cosΩt

AM-FM导频制 在导频制中，把左、右声道信号之和（L＋R）作为声 频段的和信号，简称为M，作为单声道接收的信号，频带 范围为30Hz～15kHz。把左、右声道信号之差（L－R）作 为声频段的差信号，简称S，并采用拟制载波的调幅方式 调制在副载波上，副载波频率规定为38kHz，因此形成频 段38±15kHz，即23kHz～53kHz的调幅差信号。导频制立 体声广播规定要加入的导频信号是副载频的半频，副载波 规定使用38kHz，导频则是19kHz。至此，完整的立体声调 制信号称为立体声复合信号可表示为： u (t)=M+S sin ωSt+ P sin (ωS/2) t
第一章 调频立体声广播原理
西安海通公司 赵伟
第一节 调频广播的发展史
1935年在实验室证明可以用来作为广播的一种 调制方式，1941年美国建立起世界上第一个调频电 台。 工作频段：VHF（视距传播）； 频率范围：87-108MHz； 带宽：理论带宽为，有效带宽为200 KHz左右； 调频时主载波的最大频偏为 75KHz。
不同τ值的预加重特性

由曲线可以看出，使用不同的τ值，同一提升量对应不同的 频率，或者说同一频率时有不同的提升量。
调频广播的特点
调频广播与中波调幅广播相比，调频广播具有以下特点和 优势，因此得到了迅速发展。
（1） 失真小
调频广播造成失真的来源不同于调幅广播。 调幅波失真来源：调幅信号是幅度变化的信号，与调制信 号成线性的关系受到损害就意味着失真。 调频波失真来源：调频波的幅度是恒定的，高频振荡的频 率随着调制信号线性变化。

为了实现兼容性与逆兼容性，调频立体声广播都 保留单声道广播时传送的信号部分，也就是继续传送 左、右信号的“和”信号（单声道信号），在基带中 占据0-15KHz的范围（实际为30Hz-15KHz），称为主 信道；在主信道的基础上，通过频谱搬迁形成一个副 信道，在副信道传送左、右信号的“差”信号。主、 副一起对主载波调频。 在接收端经解调后，恢复出主信道与副信道信号，通 过对副信道的解调，恢复出“差”信号，再通过与处 于主信道的“和”信号的和差组合，最后恢复出、左 右信号。对于单声道接收机来说，它没有处理副信道 信号的装置，只能收听主信道的信号。
目前模拟的调频广播发射机都采用变容二极管直接调频 技术，即在工作于发射载频的LC振荡回路上直接调频，采 用晶体振荡器和锁相环路来稳定中心频率。较之中频调制 和倍频方法，这种方法的电路简单、性能良好、副波少、 维修方便等优点。

1 .变容二极管直接调频原理
可变电抗器件的种类很多，其中应用最广的是变容二极 管。作为电压控制的可变电容元件，它有工作频率高、损 耗小和使用方便等优点。


如果“预加重”量与“去加重”量相当，就能既完好保 持节目的本来面貌（各种频率成分的振幅固有关系）， 不会发生频率失真，又抑制了高音频成分的噪声。 由于节目信号的高能量信号主要集中在低音频和中音频 段，大幅度的高音频成分很少，因此，由于预加重而产 生过调制的概率很小。
国际上对预加重与去加重特性有明确的规定，发射端调 频器之前的预加重频率特性必须与接收端鉴频器后的去 加重频率特性成反函数的关系。
导频制立体声复合基带信号频谱图
第四节 调频立体声广播发射机系统组成
调频立体声广播发射机原理图

主要组成部分
调频立体声广播发射机主要由调频激励器、功率放大 器控制系统及供电系统等组成。
调频激励器主要由音频输入板、立体声编码板、调频 调制器板、功放、电源和控制单元等组成。
一、调频调制器
实现调频的方法可分为两类，一类是直接调频法，另 一类是间接调频法。
2f
2

习惯上将预加重和去重频率特性用对数表示，预加重频率 特性为： 20lgFp(ω) =10 lg [1+ (2πτf )2] （dB）
去重频率特性为： 20 lg Fd(ω)=-10 lg [1+ (2πτf )2] （dB）
上式中的f0是幅度提升3dB或衰减3dB时的频率。 τ = 1/ω0=1/(2πf0) ,具有时间量纲，称为时间常数。 不同的τ值对应不同的频率特性。通常规定τ =50μs或τ =75μs。我国在调频广播中规定τ =50μs。


在我国，上世纪50年代末就开始了试验性调频广 播。 到80年代后期我国的调频广播迅速的发展起来。 调频广播主要向立体声、多功能附加信道、全固 态方向发展 。
第二节 调频广播的基础理论


通信广播是利用电磁波作为载体来传送信号，以不同的方式 把信息装载后发射出去，在接收端再以相应的方式把信息取 出来。前一过程称之为调制，后一过程则称为解调 。 电磁波用数学表达式可表示如下，在以后叙述中我们称之为 载波信号：
习惯上把最大频移称为频偏。在调频广播发射机中主信号 标准频偏为±75kHz，而最大频偏为±100kHz。

调频波的频谱分析
调频波的频谱，它不像调幅波所产生的上下两个边带那么 简单。从理论分析上已经证明，载波被单音频信号调频后 产生的频谱，除了载频分量c外，上下各有无数个边频分 量c±n，它们与载频分量的距离恰为调制信号频率的整 数倍，奇次上下边频分量的相位相反，偶次上下边频分量 的相位相同，载频分量及各边频分量的振幅，由对应的各 贝塞尔函数值确定。
(1)直接调频
通过改变回路元件的参数实现调频。LC振荡回路的谐 振频率由L和C的参数决定，用调制信号控制L或C的大小， 进而控制振荡频率而实现调频。 例如，接入振荡回路中的变容二极管，可以作为电压 控制的电容元件，受调制信号电压控制而改变电容量，从 而使回路振荡频率改变。
(2)间接调频：通过调相实现调频。 (3)采用数字信号处理技术，通过FPGA、DSP器件， 在数字域实现调频——频率综合器。
贝塞尔函数值随m变化的规律

实际上调频波能量的绝大部分是集中在载频附近 的一些边频中，跟调频指数mf的关系是：
在当n >（ mf ＋1）时，边频的幅度已降到小于0.1，滤除 掉大于（ mf ＋1）的边频分量，对调频波的失真影响不大， 因此得到以下重要结论，也是通常计算调频波频谱有效宽 度的原则，即：

பைடு நூலகம்
调频就是对载波的频率项f c （或角频率c）进行调 制，使载波的瞬时频率随着音频调制信号的大小而 变化，在最终的结果上，实际上是总相角c t随调 制信号的变化，而载波的幅度保持不变。 用数学表达式可表达为： u c (t)= Uc cos[ c t + mf sin t ] 式中mf =Kf U /称为调频指数，可为任意正值， 从物理意义上说，调频指数代表着在调频过程中相 角偏移的幅度。


预加重频率特性为：
Fp(ω) =
1 0
2
=

f = 1 f 0
2
1
2f
2
去重频率特性为：
Fd(ω) =1/
1 =1/ 0
2
f 1 f =1/ 0
2
1