如何解调 FM 波形

调频（FM）相比调幅（AM）提供了更好的性能，但从调频波形中提取原始信息要困难一些。解调调频信号有几种不同的方法；在本页中，我们将讨论其中的两种。其中一种相当直接，另一种则更为复杂。

创建信号

与“如何解调AM波形”一样，我们将使用LTspice来探索FM解调，并且我们首先需要执行频率调制，以便有信号可以进行解调。如果你回顾关于模拟频率调制的页面，你会发现其数学关系比幅度调制更为复杂。在AM中，我们只需添加一个偏移量，然后进行普通的乘法运算。而在FM中，我们需要向正弦（或余弦）函数内部的量连续添加变化的值，并且这些连续变化的值不是基带信号，而是基带信号的积分。

因此，与AM不同，我们不能使用任意行为电压源和简单的数学关系来生成FM波形。然而，事实证明，生成FM信号实际上更容易。我们只需在普通电压源中使用SFFM选项即可：

以下“电路”是我们创建FM波形所需的全部内容，该波形由10 MHz的载波和1 MHz的正弦基带信号组成：

·请注意，调制指数为五；较高的调制指数更容易观察到频率变化。以下图表显示了SFFM电压源创建的波形。

解调：高通滤波器

我们要看的第一种解调技术是从高通滤波器开始的。我们假设处理的是窄带调频（在本页中有简要讨论）。我们需要设计高通滤波器，以便在基带信号带宽两倍的频率带宽内，衰减会发生显著变化。让我们更深入地探讨这个概念。

接收到的调频信号将具有以载波频率为中心的频谱。频谱的宽度大约等于基带信号带宽的两倍；两倍的因素来自于正负基带频率的偏移（如此处所述），并且它“大约”等于，因为应用于基带信号的积分会影响调制频谱的形状。因此，调制信号中的最低频率大约等于载波频率减去基带信号中的最高频率，而调制信号中的最高频率大约等于载波频率加上基带信号中的最高频率。

我们的高通滤波器需要具有这样的频率响应：使得调制信号中的最低频率比调制信号中的最高频率衰减更多。如果我们将这个滤波器应用于调频波形，结果会是什么样的呢？结果会是这样的：

这个图表同时显示了原始调频波形和高通滤波后的波形，以便进行比较。下一个图表仅显示滤波后的波形，以便您更清楚地看到它。

通过应用滤波器，我们将调频转换为调幅。这是调频解调的一种便捷方法，因为它使我们能够利用为调幅开发的包络检测电路。用于生成此波形的滤波器不过是一个RC高通滤波器，其截止频率大约等于载波频率。

幅度噪声

这种解调方案的简单性自然使我们认为它不是性能最高的选项，事实上，这种方法确实有一个主要缺点：它对幅度变化很敏感。传输信号将具有恒定的包络，因为调频不涉及载波幅度的变化，但接收信号将不具有恒定的包络，因为幅度不可避免地会受到误差源的影响。

因此，我们不能仅仅通过在调幅解调器中添加高通滤波器来设计可接受的调频解调器。我们还需要一个限幅器，它是一种通过限制接收信号的幅度来减轻幅度变化的电路。这种简单而有效的幅度变化补救措施的存在，使得调频能够保持其相对于调幅（AM）在幅度噪声方面的更大鲁棒性：我们不能在调幅信号中使用限幅器，因为限制幅度会破坏载波中编码的信息。另一方面，调频将所有信息都编码在传输信号的时间特性中。

解调：锁相环

锁相环（PLL）可用于创建复杂但高性能的调频解调电路。PLL可以“锁定”到传入波形的频率。它通过以下方式实现：将相位检测器、低通滤波器（也称为“环路滤波器”）和压控振荡器（VCO）组合成一个负反馈系统：

当PLL锁定后，它可以生成一个输出正弦波，该正弦波跟随输入正弦波的频率变化。这个输出波形将取自压控振荡器（VCO）的输出。然而，在调频解调器应用中，我们不需要一个与输入信号频率相同的输出正弦波。相反，我们使用环路滤波器的输出作为解调信号。让我们来看看这是如何实现的。

相位检测器生成一个与输入波形和VCO输出之间的相位差成正比的信号。环路滤波器对这个信号进行平滑处理，然后将其作为VCO的控制信号。因此，如果输入信号的频率在不断增加和减少，那么VCO的控制信号也必须相应地增加和减少，以确保VCO的输出频率保持与输入频率相等。换句话说，环路滤波器的输出是一个信号，其幅度变化对应于输入频率的变化。这就是PLL实现频率解调的方式。