
【電】 Armstrong frequency-modulation system
阿姆斯特朗調頻系統(Armstrong Frequency Modulation System)是指由美國電子工程師埃德溫·霍華德·阿姆斯特朗(Edwin Howard Armstrong)于1933年發明的寬帶調頻(Wideband FM)無線電技術體系。該系統通過大幅增加調制指數(Modulation Index)和頻偏(Frequency Deviation),顯著提升了抗噪聲與抗幹擾能力,解決了當時調幅(AM)廣播易受靜電幹擾的問題。其核心創新在于采用限幅器-鑒頻器(Limiter-Discriminator)接收電路結構,結合負反饋技術穩定載波頻率。
寬帶調頻(Wideband FM)
與傳統窄帶FM不同,阿姆斯特朗系統将音頻信號調制到高頻載波時,允許最大頻偏達±75 kHz(以FM廣播為例),大幅擴展信號帶寬。其調頻公式為:
$$ s(t) = A_c cosleft(2pi f_c t + 2pi k_f int_0^t m(tau)dtauright) $$
其中 $k_f$ 為頻偏常數,$m(t)$ 為調制信號。高調制指數($ beta = frac{Delta f}{f_m} gg 1 $)使信號能量集中于載波與邊帶,降低噪聲影響。
限幅鑒頻接收技術
接收端通過限幅器消除信號幅度波動(如雷電幹擾),再由鑒頻器将頻率變化轉換為電壓變化輸出音頻信號。這一設計成為現代FM接收機的标準架構。
阿姆斯特朗于1933年獲得美國專利"US1941067A",首次實現全頻譜高保真廣播。1940年,哥倫比亞廣播公司(CBS)建立全球首個FM廣播電台W2XMN,驗證了該系統的商用可行性。其技術被國際電信聯盟(ITU)納入無線電規範,奠定當代FM廣播标準(如88–108 MHz頻段)。來源:IEEE曆史中心文獻(需會員訪問,可檢索"Armstrong FM System")。
術語對照
- 調頻系統:Frequency Modulation System
- 限幅器:Amplitude Limiter
- 鑒頻器:Frequency Discriminator
- 調制指數:Modulation Index
- 頻偏:Frequency Deviation
阿姆斯特朗調頻系統(Armstrong Frequency-Modulation System)是一種通過間接方法生成寬帶調頻(WBFM)信號的技術,由美國發明家埃德溫·阿姆斯特朗在20世紀30年代提出。以下是其核心原理和特點的詳細解釋:
阿姆斯特朗調頻系統采用間接調頻法,通過先産生窄帶調頻(NBFM)信號,再經倍頻和混頻處理得到寬帶調頻信號。具體步驟如下:
第一步:生成窄帶調頻(NBFM)信號
将調制信號積分後,對載波進行調相,形成NBFM信號。其數學表達式為:
$$s_{text{NBFM}}(t) approx Acosomega_c t - AK_f left(int m(t)dtright)sinomega_c t$$
其中,$m(t)$為調制信號,$K_f$為調頻靈敏度。
第二步:倍頻擴展
通過非線性器件(如倍頻器)将NBFM信號的載頻和相位偏移同時倍增。例如,經過$n$次倍頻後,調頻指數和載波頻率均變為原來的$n$倍,從而實現寬帶調頻。
第三步:混頻調整載頻
若倍頻後載波頻率過高,可通過混頻器與參考信號相乘,結合帶通濾波器将頻譜搬移到目标頻段。
阿姆斯特朗調頻系統是調頻廣播技術的基石。其發明的調頻(FM)技術解決了調幅(AM)廣播易受天電幹擾的問題,顯著提升了音質和抗噪性能。這一技術至今廣泛應用于無線電廣播、電視及衛星通信領域。
通過上述方法,阿姆斯特朗調頻系統在保證信號質量的同時,實現了高效的頻譜利用,成為現代無線通信的關鍵技術之一。
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