廣播信號(hào)的FM和AM到底啥意思？

我們經(jīng)常聽(tīng)到廣播里說(shuō)：FM96.6 兆赫，AM927 千赫。FM 和 AM 到底是什么意思呢？我們又是如何從發(fā)射器發(fā)射音樂(lè)給收音機(jī)的呢？

之前我們講到：利用無(wú)線電發(fā)射裝置可以將信號(hào)發(fā)射出去，人們根據(jù)這個(gè)原理制作了無(wú)線電報(bào)。但是，無(wú)線電報(bào)傳播的是摩爾斯代碼，而廣播要求傳輸聲音， 這又該怎么做呢？

無(wú)線電之父馬可尼

由于無(wú)線電必須頻率足夠大才能夠進(jìn)行有效傳輸，比如廣播頻率多數(shù)是幾百千赫茲到幾百兆赫茲，中央人民廣播電臺(tái)經(jīng)濟(jì)之聲，就是 FM96.6MHz，它表示每秒鐘電磁波會(huì)有九千六百六十萬(wàn)個(gè)周期。但是我們說(shuō)話的聲波頻率低的多， 只有幾百赫茲。我們?nèi)绾尾拍馨盐覀冋f(shuō)的話變?yōu)闊o(wú)線電信號(hào)呢？這就涉及到一個(gè)概念：調(diào)制。

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信號(hào)調(diào)試

就好像寄快遞，我們需要用一個(gè)盒子把貨物裝起來(lái)。低頻信號(hào)是我們所需要傳輸?shù)?，就好像貨物；我們?cè)佼a(chǎn)生一個(gè)高頻信號(hào)，他是我們的載體，就像盒子。我們讓高頻信號(hào)隨著低頻信號(hào)變化， 就好像把貨物裝載在馬車上一樣，這個(gè)過(guò)程就稱為調(diào)制。如果我們讓高頻信號(hào)的頻率隨著低頻信號(hào)變化，這個(gè)過(guò)程就稱為調(diào)頻或者 FM。

如果讓高頻信號(hào)的振幅隨著低頻信號(hào)變化，這個(gè)過(guò)程就稱為

調(diào)幅或者AM。

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無(wú)線電波的發(fā)射

調(diào)制好的信號(hào)就究可以進(jìn)行發(fā)射了。一個(gè)電容和一個(gè)電感構(gòu)成的電路稱為 LC 回路，在 LC 回路中會(huì)產(chǎn)生振蕩的電磁場(chǎng)，向外發(fā)射電磁波。人們研究發(fā)現(xiàn)：電路中的電容越小，發(fā)射的無(wú)線電頻率越高，于是為了發(fā)射高頻信號(hào)，我們把電容的兩個(gè)板子面積減小。同時(shí)，為了讓電磁波發(fā)射的范圍足夠大，我們可以把電容器的兩個(gè)極板一個(gè)放置在頂端，一個(gè)放置在底端，這就構(gòu)成了天線。

我們把調(diào)制好的電流信號(hào)通過(guò)電磁感應(yīng)加載到天線上，天線就可以幫我們把無(wú)線電發(fā)射出去了。

03

無(wú)線電波的傳播

無(wú)線電在空中是如何傳播的呢？大家注意，由于地球是圓的，如果無(wú)線電是沿著直線傳播，就很難擴(kuò)展到很大的范圍。人們?nèi)绾巫専o(wú)線電傳輸?shù)母h(yuǎn)呢？一共有三種方式。

波長(zhǎng)比較長(zhǎng)的無(wú)線電稱為長(zhǎng)波，長(zhǎng)波容易繞過(guò)障礙物，這種現(xiàn)象稱為衍射， 所以長(zhǎng)波主要靠地波傳播。所謂地波，就是讓無(wú)線電沿著地面運(yùn)動(dòng)，它會(huì)自己發(fā)生衍射而彎曲，到達(dá)接收裝置。這種無(wú)線電一般用于遠(yuǎn)程無(wú)線通信。

波長(zhǎng)短一些的無(wú)線電稱為中波，中波衍射能力差，不能靠地波傳播。但是， 在大氣中存在著一層特殊的部位，稱為電離層，電離層可以反射中波，于是可以利用無(wú)線電在地面和電離層之間的反復(fù)反射傳輸無(wú)線電，這種方式稱為天波。而電離層與天波傳輸?shù)脑O(shè)想，最早也是特斯拉提出的。電報(bào)和廣播一般都使用天波傳輸。

波長(zhǎng)比中波短的無(wú)線電稱為短波和微波。這種波波長(zhǎng)很短，難以衍射，所以不能使用地波傳輸。同時(shí)這種波容易穿透電離層，也不能靠天波傳輸。短波和微波的傳輸方式一般是直線傳播，就是通過(guò)高架的鐵塔上的中繼器將信號(hào)一段段接收放大然后繼續(xù)傳輸。

手機(jī)無(wú)線電信號(hào)傳播的原理就是直線傳播，最開始移動(dòng)、聯(lián)通、網(wǎng)通、電信等幾大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商每個(gè)人都要建設(shè)鐵塔和基站，十分浪費(fèi)。最后國(guó)家出面協(xié)調(diào)， 由幾大運(yùn)營(yíng)商共同出資組建了中國(guó)鐵塔公司，專門用來(lái)建設(shè)基站塔，實(shí)現(xiàn)了資源共享。

由于人造地球衛(wèi)星的出現(xiàn)，人們更多的把這種信號(hào)直接發(fā)射到衛(wèi)星上，然后再通過(guò)衛(wèi)星傳輸?shù)降孛嫔系牧硪粋€(gè)地點(diǎn)，這樣就節(jié)約了基站。

04

無(wú)線電波的接收

收音機(jī)上也有天線，天線是導(dǎo)體，無(wú)線電信號(hào)遇到導(dǎo)體就會(huì)在導(dǎo)體上激發(fā)起同樣規(guī)律的感應(yīng)電流，只是這個(gè)電流比較微弱。不過(guò)，接收天線也是 LC 回路，它也存在固有頻率，如果接收天線的頻率與空間中的無(wú)線電頻率相同，就會(huì)產(chǎn)生電磁共振，此時(shí)天線上的感應(yīng)電流最大。

比如，我們想收聽(tīng) FM96.6，就把接受裝置的固有頻率調(diào)整到 96.6MHz，此時(shí)電路中受到經(jīng)濟(jì)之聲引起的感應(yīng)電流最大，而其他電臺(tái)信號(hào)雖然也在電路中有感應(yīng)電流，但是由于沒(méi)有共振，所以電流很小。

調(diào)整接收裝置固有頻率的過(guò)程其實(shí)是調(diào)整收音機(jī)中的電容大小，這個(gè)過(guò)程稱為調(diào)諧，也就是我們生活中所說(shuō)的搜臺(tái)或者換臺(tái)。

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信號(hào)解調(diào)

當(dāng)我們接收到 FM96.6MHz 的經(jīng)濟(jì)之聲頻道之后，是不是就可以直接把電流通向喇叭了呢？答案是不可以。因?yàn)槲覀兘邮盏男盘?hào)是經(jīng)過(guò)調(diào)制的高頻信號(hào)，就好像接收了一個(gè)快遞，首先要把快遞拆開一樣。我們需要把低頻信號(hào)從高頻信號(hào)中檢出來(lái)，這個(gè)過(guò)程稱為解調(diào)。

我們按照與調(diào)制相反的方法，把高頻信號(hào)過(guò)濾掉，余下低頻信號(hào)。再把這個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)放大，通入喇叭。喇叭中的線圈在磁鐵對(duì)電流作用力下前后振動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)聲的膜片，我們就可以接收到廣播中播放的優(yōu)美的歌聲啦！

總結(jié)起來(lái)說(shuō)，廣播的過(guò)程就是：信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制變?yōu)楦哳l信號(hào)，通過(guò)天線發(fā)射出去，經(jīng)過(guò)各種方式到達(dá)接收端，經(jīng)過(guò)調(diào)諧被接收裝置接收，再經(jīng)過(guò)解調(diào)就變?yōu)榱嗽瓉?lái)的信號(hào)。

電視、手機(jī)等無(wú)線電裝置的原理是相同的。但是也有一點(diǎn)區(qū)別。廣播信號(hào)一般是可以連續(xù)變化的，這種信號(hào)稱為模擬信號(hào)；而手機(jī)信號(hào)一般采用數(shù)字信號(hào)， 所謂數(shù)字信號(hào)，就是只有 0 和 1 兩個(gè)狀態(tài)，與計(jì)算機(jī)原理相同。利用數(shù)字信號(hào)， 可以方便的實(shí)現(xiàn)信息的處理和運(yùn)算。

END