为什么在 AM 和 FM 中会产生边带?

信息处理 频率 频谱 调制
2022-01-13 14:44:59

当信号被调制到电磁频谱中的载波上时,该信号占据载波频率周围频谱的一小部分。它还会导致在高于和低于载波频率的频率上产生边带。

但是这些边带是如何以及为什么在 AM 和 FM 中产生的,为什么在 FM 中产生这么多边带,而在 AM 中只产生两个?请提供一个实际示例,因为我已经知道它们是如何在数学上生成的。

我所知道的是,在时域中,当将原始信号放入载波信号时,它实际上与载波信号相乘,这意味着在频域中,原始信号与载波信号进行了卷积。AM中的这两个边带实际上是载波信号的傅里叶变换。

它是否正确?

3个回答

携带信息需要带宽。

对于给定的 S/N 比,调制信号以携带更多信息将因此扩展其带宽。将附加带宽称为“边带”。如果您不向固定频率载波添加边带,则无法扩展其带宽,因此您无法传输任何信息(除了存在恒定载波)。

对于 AM,AM 不是 PM(相位调制)。载波一侧的任何附加带宽(根据需要在调制信号中携带信息)通常具有与载波不同的相位(相对于任何参考点的时间的相位变化)。为了抵消这种相位差,AM 调制必须在载波的另一侧添加一些额外的匹配带宽,以承载能够准确抵消第一侧频谱的任何相移的信号,这样 AM 就不会变成 PM。

使用 FM,调制载波会将信号频率更改为新频率。您也可以将这些额外的新频率称为“边带”。

我将这个问题解释如下:如果我们使用 AM 调制具有纯音的载波,我们会得到一组边带,但如果我们使用相位调制进行调制,则会得到无限数量的边带,它们以调制频率间隔开。为什么?

很容易看出为什么单一频率的幅度调制恰好给出了两个边带。简单地将 AM 的表达式相乘:

y(t) = (1 + m cos(Ω t)) exp(i ω t)

y(t) = (1 + (m/2) ( exp(i Ω t) + exp(-i Ω t) )) exp(i ω t)

在这里,我们看到我们得到了调制频率 Ω 从载波频率 ω 偏移的边带。

现在,相位调制。我向您推荐相量图的这个动画(由这个 matlab 脚本生成):

相位调制的相量动画

如动画所示,需要高阶边带来保持合成相量(红色)的幅度恒定,从而产生纯相位调制。您可以看到如何需要每对高阶边带来纠正与低阶边带引入的圆弧的偏差。

将音频与载波混合与将输入信号与本地振荡器混合以获得中频完全相同。在这两种情况下,您都会得到原始频率、频率之和以及两个频率之间的差异。每当您混合频率时,都会产生这种结果。当两个人一起唱歌时,会产生和声。如果他们的音符之间的差异在可听范围内,您会听到。我听过四重奏的歌声,然后出现了一个没有演唱或演奏的深沉的低音音符。