調幅和調頻的區別

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引言

波是在介質中傳播能量而不傳遞質量的擾動。波通常以週期性運動（如簡諧振盪）的形式存在。它們有波峰和波谷。波的振幅是波的高度。兩個連續波峰之間覆蓋的距離稱為波長。每秒透過的波數稱為波的頻率。相位不是波的屬性。但它給出了兩個具有相同頻率的訊號之間的關係。

圖1：波的傳播

波的分類有橫波和縱波。如果粒子在垂直於傳播方向的方向上振動，則稱為橫波。

例如光波。如果粒子在平行於傳播方向的方向上振動，則稱為縱波。

調製 - 在無線電中，語音和音樂可以透過更長的距離傳輸。這是透過將訊號疊加到頻率高於實際訊號頻率的載波訊號上實現的。這個過程稱為調製。調製後得到的波稱為調製波。疊加訊號的高頻波稱為載波，不包含任何資訊。它表示為：

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

$$\mathrm{E_{c}=峰值振幅}$$

$\mathrm{\omega _{c}}$ = 角頻率

$\mathrm{\theta}$ = 相位

調製是透過改變三個引數中的一個，同時保持其他兩個引數不變來實現的。透過這種方式，調製分為三種類型：調頻、調幅和相位調製。

調幅

在調幅中，訊號的振幅隨著載波訊號的變化而變化。載波的頻率和相位不變。載波訊號不攜帶任何資訊，但其振幅隨訊號波的振幅而變化。

調頻

如果瞬時訊號電壓發生變化，載波頻率就會發生變化。這被稱為調頻。因此，載波的振幅和相位不會發生變化。

調頻

什麼是 AM、FM 和 PM？

AM - 它被稱為調幅，用於增加訊號的振幅。

FM - 它被稱為調頻，用於放大訊號的頻率。

PM - 相位調製是一種調製方式，其中載波的相位發生變化，用於訊號的傳輸。

FM 如何工作？

調製波的振幅與載波的振幅相同。其頻率相對於瞬時訊號振幅發生變化。當訊號振幅為零時，載波頻率保持不變。當訊號振幅在正側達到最大值時，載波頻率也增加到最大值，表示為緊密間隔的週期。在負側最大值期間，載波頻率降低到最小值，表示為間隔較寬的週期。

AM 如何工作？

直接在傳播方向上傳輸訊號非常困難？因為有一些因素會影響數量。這就是為什麼應用調製的原因。調幅是調製承載訊息的訊號的方法之一。載波訊號的振幅與承載訊息的訊號成正比。當訊息訊號的振幅在正方向達到最大值時，調製訊號的振幅達到最大值。當訊息訊號的振幅在負方向達到最小值時，調製訊號的振幅達到最小值。

數學分析

載波的數學表示為

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

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

$\mathrm{e_{c},E_{c}\:and\:f_{c}}$ 分別是載波的瞬時電壓、振幅和頻率。

調製訊號的瞬時電壓表示為

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

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

$\mathrm{e_{c},E_{s}\:and\:f_{s}}$ 分別是訊號波的瞬時電壓、振幅和頻率。

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

所以，

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

調幅訊號的振幅由下式給出

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

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

調幅訊號的瞬時電壓為

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

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

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

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

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

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

有三個訊號電壓。包括三個頻率 $\mathrm{f_{c},f_{s}+f_{s}\:and\:f_{c}+f_{s}}$

$\mathrm{f_{c}}$ 載波的頻率不變，但有一些額外的頻率 $\mathrm{f_{c}+f_{s}}$ 稱為上邊帶頻率，$\mathrm{f_{c}-f_{s}}$ 稱為下邊帶頻率。它們相對於載波是對稱的。

AM接收機在現實中的工作原理

在 AM 接收機中，由本地振盪器產生未調製的射頻訊號。該訊號與接收到的調製 RF 訊號混合。因此，載波訊號的頻率降低，調製相同，稱為中頻 (I.F)。然後放大並檢測此中頻訊號。

AM接收機的框圖如下所示。其中，RF放大器接收來自天線的調製訊號並對其進行放大。並將其提供給混頻器，在那裡它與來自本地振盪器的頻率較低的訊號混合。然後由中頻放大器進行額外的放大。然後將輸出提供給檢波器。然後將檢波訊號提供給音訊放大器，然後提供給揚聲器。這將電訊號轉換為聲波。

PM 如何工作？

相位調製 - 瞬時訊號振幅的變化導致載波相位的變化，這稱為相位調製。

它與調頻大多相似。如果調製訊號的振幅在正側達到最大值，則載波訊號的相位超前並顯示壓縮。如果調製訊號的振幅下降並在負側達到最小值，則載波訊號的相位滯後並顯示稀疏。

調幅和調頻的區別

調幅	調頻
根據載波訊號改變振幅	根據載波訊號改變頻率
頻率和相位保持恆定	振幅和相位保持恆定
音質差	音質好
它比調頻簡單	它更復雜。
頻寬較小	頻寬較大
傳輸過程中浪費功率	它非常高效，因為所有功率都被利用。

結論

調製是一種用於放大波的不同屬性（如振幅、頻率、頻寬等）的技術。根據需要應用不同型別的調製。每種調製都有一些優點和缺點。它主要用於電信和無線通訊以傳輸資料。

常見問題

Q1.什麼是解調？

答：從調製波中恢復音訊訊號。此過程稱為解調或檢波。它分兩個步驟進行。首先，透過整流去除調製波的負週期。然後，透過合適的濾波器去除載波頻率。

Q2.給出 FM 調製的應用

答：調頻應用於雷達和腦電圖監測電路。

它主要用於調頻廣播。它也應用於磁帶錄音系統。它在衛星和微波通訊、蜂窩無線通訊和電視聲音傳輸等方面有著廣泛的應用。

Q3. 什麼是調製指數？

Ans. 調製指數是調製訊號和載波訊號的峰值電壓之比。

$$\mathrm{調製指數=\frac{E_{s}}{E_{c}}}$$

Q4. 調製有什麼必要性？

Ans. 調製的主要目的是增強訊號強度。它可以防止訊息與其他訊號混合。

Q5. 天線的功能是什麼？

Ans. 天線是用於調製波的傳送和接收的雙向通訊裝置。在傳送過程中，它將實際的聲音波輻射到空間中。在接收過程中，它接收調製訊號。