高中物理 無線電調(diào)頻到底是怎么回事？教學(xué)論文 新人教版3-4

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1、無線電調(diào)頻到底是怎么回事？ 無線電調(diào)頻是怎么回事？ 高中《物理》教科書如是說：在電磁波發(fā)射技術(shù)中，使電磁波隨各種信號(hào)而改變叫做調(diào)制。使高頻震蕩的振幅隨信號(hào)而改變叫做調(diào)幅，調(diào)幅廣播（AM）一般使用中波和短波段。使高頻震蕩的頻率隨信號(hào)而改變叫做調(diào)幅，調(diào)幅廣播（FM）和電視廣播（TV）都采用調(diào)頻的方法來調(diào)制，通常使用微波中的甚高頻（VHF）和超高頻（UHF）波段。（見人民教育出版社物理室 編著 人民教育出版社出版的全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書（實(shí)驗(yàn)修訂本 必修加選修）《物理》第二冊(cè) 第十九章第五節(jié)第219頁）。 有的教科書上還有如下三幅圖象幫助理解。 圖1調(diào)頻波的波形 那么，怎樣才能使(

2、b)圖中的載波信號(hào)（高頻信號(hào)）的頻率隨 (a)圖的調(diào)制信號(hào)（廣播中的聲音或電視中的伴音或圖象信號(hào)，相對(duì)(b)圖是低頻）的振幅的變化而變化從而變成(c)圖中的調(diào)頻波了呢？也就是說無線電調(diào)頻到底是怎么回事？ 說句老實(shí)話，我教了30多年的物理，對(duì)這個(gè)問題一直沒有明白，幸虧沒有學(xué)生打破沙鍋紋（問）到底。可能是因?yàn)槲疑洗髮W(xué)時(shí)碰上“文化大革命”，書沒有讀完；也可能是我們物理系不是無線電系，因?yàn)槲覇栠^一些同行，不是說不知道，就是說忘記了。但是，“以己昏昏，使人昭昭”是不行的，“要給人一碗水，自己要有一桶水”。最近，我翻了一些書，也上了一些網(wǎng)，終于懂得了，把它奉獻(xiàn)出來，與物理教師同行共勉。 1. 調(diào)頻波

3、的表達(dá)式 所謂調(diào)頻就是使高頻載波的瞬時(shí)頻率按調(diào)制信號(hào)的變化而變化，同時(shí)幅度保持不變。當(dāng)調(diào)制信號(hào)電壓為，載波信號(hào)電壓為時(shí)，按調(diào)頻的定義，調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率為: 式中是瞬時(shí)頻率相對(duì)于的偏移，叫做瞬時(shí)頻率偏移，它與調(diào)制電壓成正比。的最大值叫做最大偏移，用表示，即 上式中，是比例常數(shù)，表示單位調(diào)制信號(hào)所引起的頻移，單位是弧度/秒·伏（rad/s·V）。習(xí)慣上把最大頻率偏移稱為頻偏。 根據(jù)式可求得調(diào)頻波的瞬時(shí)相位為 式中 其中是調(diào)頻波的相位變化量，它和調(diào)制電壓對(duì)時(shí)間的積分成正比。因此調(diào)頻波的瞬時(shí)表達(dá)式為 式中， 稱為調(diào)頻系數(shù)，它表示調(diào)頻波的最大相位偏移。調(diào)頻系數(shù)與調(diào)制

4、信號(hào)的振幅成正比，而與調(diào)制信號(hào)的角頻率成反比。 2 調(diào)頻波的波形和頻譜 從調(diào)頻波的波形可以看出，調(diào)頻波的幅度保持不變，仍為等幅波。但調(diào)頻波的頻率則隨著調(diào)制信號(hào)的變化而變化，并與調(diào)制信號(hào)的幅度成正比。當(dāng)調(diào)制信號(hào)的幅度達(dá)到最大時(shí)調(diào)頻波的頻率最高，波形最密；而當(dāng)調(diào)制信號(hào)的幅度達(dá)到最小時(shí)調(diào)頻波的頻率最低，波形最疏。 利用數(shù)學(xué)方法可對(duì)調(diào)頻波的頻譜進(jìn)行分析。通過分析發(fā)現(xiàn)，調(diào)頻波的頻譜由載頻和無數(shù)對(duì)邊頻組成，其中n為任意正整數(shù)，相鄰邊頻之間的間隔等于調(diào)制信號(hào)頻率，第n條譜線與載頻之差為。邊頻的相對(duì)幅度是以調(diào)頻系數(shù)數(shù)為參量的各階貝塞爾函數(shù)，其邊頻振幅可能超出載頻振幅。 從理論上說調(diào)頻波的邊頻有無限多個(gè)

5、，因而頻帶也為無限寬。但實(shí)際上調(diào)頻波的能量的絕大部分是集中在載頻附近的一些邊頻中。 不同時(shí)調(diào)頻波的頻譜 給出了不同值時(shí)的頻譜圖。譜線的長度都是相對(duì)值（設(shè)未調(diào)制時(shí)的載波振幅為100%）。 由圖可見，隨著值的增大，調(diào)頻波邊頻分量中幅度較大者的數(shù)目增加，有效頻譜寬度也相應(yīng)增大。在較大的情況下，離載頻較遠(yuǎn)的變頻分量幅度很小，濾除這些邊頻分量，對(duì)調(diào)頻波的失真影響不大。在此情況下，調(diào)頻波的有效帶寬為 由于，或，所以有 我國的調(diào)頻廣播標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，100%調(diào)制時(shí)的頻偏為75kHz，即Δfmax=75kHz。音頻信號(hào)的最高頻率為15kHz，即Fmax=15kHz。則帶入上式可得 我國調(diào)頻廣播標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,一套調(diào)頻廣播節(jié)目所占的帶寬為200kHz。調(diào)頻波所占的頻帶寬度要比調(diào)幅波寬得多（約大20倍），若放在中、短波波段內(nèi)傳輸，則可容納的節(jié)目頻道很少，所以調(diào)頻廣播都工作在超短波波段內(nèi)。超短波波段頻帶較寬，調(diào)頻廣播電臺(tái)所傳送的音頻信號(hào)的最高頻率可達(dá)15kHz，可使所傳聲音的保真度較高，音質(zhì)優(yōu)美動(dòng)聽。另外，可進(jìn)行調(diào)頻立體聲廣播，使收聽者能獲得立體感、方位感、臨場(chǎng)感強(qiáng)的聲音。而且調(diào)頻廣播的抗干擾能力強(qiáng)，噪聲小，所以聲音清晰。但由于使用超短波傳輸，即以空間波直線傳播，所以傳輸距離較近，覆蓋范圍不大。 圖2 調(diào)頻波的頻譜