
【电】 Armstrong frequency-modulation system
阿姆斯特朗调频系统(Armstrong Frequency Modulation System)是指由美国电子工程师埃德温·霍华德·阿姆斯特朗(Edwin Howard Armstrong)于1933年发明的宽带调频(Wideband FM)无线电技术体系。该系统通过大幅增加调制指数(Modulation Index)和频偏(Frequency Deviation),显著提升了抗噪声与抗干扰能力,解决了当时调幅(AM)广播易受静电干扰的问题。其核心创新在于采用限幅器-鉴频器(Limiter-Discriminator)接收电路结构,结合负反馈技术稳定载波频率。
宽带调频(Wideband FM)
与传统窄带FM不同,阿姆斯特朗系统将音频信号调制到高频载波时,允许最大频偏达±75 kHz(以FM广播为例),大幅扩展信号带宽。其调频公式为:
$$ s(t) = A_c cosleft(2pi f_c t + 2pi k_f int_0^t m(tau)dtauright) $$
其中 $k_f$ 为频偏常数,$m(t)$ 为调制信号。高调制指数($ beta = frac{Delta f}{f_m} gg 1 $)使信号能量集中于载波与边带,降低噪声影响。
限幅鉴频接收技术
接收端通过限幅器消除信号幅度波动(如雷电干扰),再由鉴频器将频率变化转换为电压变化输出音频信号。这一设计成为现代FM接收机的标准架构。
阿姆斯特朗于1933年获得美国专利"US1941067A",首次实现全频谱高保真广播。1940年,哥伦比亚广播公司(CBS)建立全球首个FM广播电台W2XMN,验证了该系统的商用可行性。其技术被国际电信联盟(ITU)纳入无线电规范,奠定当代FM广播标准(如88–108 MHz频段)。来源:IEEE历史中心文献(需会员访问,可检索"Armstrong FM System")。
术语对照
- 调频系统:Frequency Modulation System
- 限幅器:Amplitude Limiter
- 鉴频器:Frequency Discriminator
- 调制指数:Modulation Index
- 频偏:Frequency Deviation
阿姆斯特朗调频系统(Armstrong Frequency-Modulation System)是一种通过间接方法生成宽带调频(WBFM)信号的技术,由美国发明家埃德温·阿姆斯特朗在20世纪30年代提出。以下是其核心原理和特点的详细解释:
阿姆斯特朗调频系统采用间接调频法,通过先产生窄带调频(NBFM)信号,再经倍频和混频处理得到宽带调频信号。具体步骤如下:
第一步:生成窄带调频(NBFM)信号
将调制信号积分后,对载波进行调相,形成NBFM信号。其数学表达式为:
$$s_{text{NBFM}}(t) approx Acosomega_c t - AK_f left(int m(t)dtright)sinomega_c t$$
其中,$m(t)$为调制信号,$K_f$为调频灵敏度。
第二步:倍频扩展
通过非线性器件(如倍频器)将NBFM信号的载频和相位偏移同时倍增。例如,经过$n$次倍频后,调频指数和载波频率均变为原来的$n$倍,从而实现宽带调频。
第三步:混频调整载频
若倍频后载波频率过高,可通过混频器与参考信号相乘,结合带通滤波器将频谱搬移到目标频段。
阿姆斯特朗调频系统是调频广播技术的基石。其发明的调频(FM)技术解决了调幅(AM)广播易受天电干扰的问题,显著提升了音质和抗噪性能。这一技术至今广泛应用于无线电广播、电视及卫星通信领域。
通过上述方法,阿姆斯特朗调频系统在保证信号质量的同时,实现了高效的频谱利用,成为现代无线通信的关键技术之一。
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