振幅保持恒定的一种调制方式。调频波用英文字母FM表示。调频信号的解调称为鉴频或频率检波。
设调制信号为
U?(t)?U?mcos?t （2.2）载波信号为
（2.3） UC(t)?UCmcos?Ct 调频时，载波电压振幅度Ucm 不变，而载波瞬时间频率则随调制信号规律变化，即为
（2.4） ?(t)??c?KfU?(t)??c???(t) 式中ωc为载波角频率，又称为调频波中心频率；
Kf为比例常数表示载波频率变化随调制信号变化的程度大小。 其值由调频电路决定，单位是弧度/秒2伏（rad/s2v）；
??(t)?KfU?(t)为瞬时角频率相对于中心频率的频率偏移，简称频偏。最大频偏与调制信号的振幅成正比，而与调制信号的频率无关。这是调频波的基本特征。 调频后载波瞬时相位也会产生变化，其瞬时相位为
tt（2.5） ??t???0?(t)dt??ct?kf?0U?(t)dt??ct???(t)
式中，ωct 为未调频时载波相位；
t???t??Kf?0U?(t)d?
为调频后，瞬时相位相对于?ct的相位偏移。 调频波的数字表示式为
t（2.6） UFM?t??Ucos[?ct?Kf?0U?(t)dt]
根据(2.6)式可画出调频波的波形图，如图2-3所示。 调制信号 载波 调频波 图2-3 调频波的形成
由调频波的形成过程及调频波的波形可见调频波（调频信号）的特点是：其频率
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随调制信号振幅的变化而变化，而它的幅度却始终保持不变。当调制信号的幅度为零时，调频波的频率称为中心频率ω0。当用一完整的调制信号（即调制信号的幅度作正负变化）对高频载波进行调频时，调频波的频率就围绕着ω0而随调制电压线性地改变。当调制信号向正的方向增大时，调频波的频率就高于中心频率；反之，当调制信号向着负的方向变化时，调频波的频率就低于中心频率。可见，调制信号的幅度越大，频率的偏移也越大，调频波以其频率的变化代表着调制信号的特征[2]。
3 系统设计
3.1 总体设计方案
设计要求为：设计一个单工无线发射接收系统,实现无线发射机至接收机间的单工语音传输业务。由于语音业务对误码不敏感，可以采用调频方式发送信息，设计中采用了分立元件构成音频无线发射电路。接收机采用第三代立体声放收音机电路CXA1238组成单片收音机。CXA1238是性能优良的收音集成电路，内部有AM、FM的高放、混频、中放、检波、鉴频以及FM立体声解码、自动频率控制电路等功能，外围元件较少。接收机采用电容分压式滤波器，即可提高镜像抑制比，又可使天线达到最佳匹配，具有动态范围大、调整方便的特点。
语音信号采用调频方式与调幅相比，有利于改善输出音频信号的信噪比，以保证语音业务的可靠传输，下表是调幅和调频的优缺点比较。
表3-1 调幅和调频优缺点比较 调幅（AM） 调频（FM） 1.传送音频频带较宽（100Hz—5KHz）适宜于高保真优 1. 传播距离远，覆盖面大 点 2. 电路相对简单 音乐广播 2.抗干扰性强，内设限幅器除去幅度干扰 3.应用范围广，用于多种信息传递 4.可实现立体声广播 缺 点 1.传送音频频带窄 （200Hz—2500Hz），高音缺乏 传播衰减大，覆盖范围小 2.传播中易受干扰，噪声大 设计要求：
⑴ 设计发射频率在32MHz左右，无线发射机传送信号的输入采用线路输入方式，采用了分立元件构成音频无线发射电路。
⑵ 设计采用一个接收频率与无线发射机相对应的接收机，接收机采用第三代立体声放收音机电路CXA1238组成的单片收音机，用扬声器收听语音信号。 ⑶ 送信号正弦波在300Hz～3400Hz时，系统发射功率20mW左右。
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⑷ 线发射接收机室内通信距离（两设备间的最近距离）不小于5米。 ⑸ 线发射接收机收发天线采用拉杆天线或导线，长度小于等于1米。 ⑹ 系统可实现无明显失真的语音传输。
3.2 方案论证与比较
3.2.1 音频无线发射电路设计方案论证与选择
方案1：采用单片调频发射集成电路组成芯片MC2833。它可构成发射高频率信号的功率放大器。电路由音频放大器、可变电抗器、射频振荡器、输出缓冲器以及放大电路构成。由集成芯片MC2833组成的调频发射机，先将语音通过话筒变成音频电压信号送给音频放大器进行音频电压放大，此音频电压信号经耦合电容送给可变电抗的输入端脚3去控制可变电抗，而由可变电抗以及电感、晶体与高频振荡器组成调频振荡电路，产生调频波经缓冲送给两级二倍频放大器。电路实现基本框图如图3-1所示。但由于该芯片涉及到的谐振回路较多，不易统调，因而频率不易控制，导致信号不稳定，容易跑台，实现较为困难。
音频输入前置放大可变电抗振荡电路射频输出放大电路二倍频电路缓冲放大
图3-1 MC2833电路基本框图
方案2：采用集成芯片BA1404及相关电路构成。它主要由前置音频放大器，立体声调制器，FM调制器及射频放大器组成。利用内部参考电压改变变容二极管的电容值，可实现发射频率的调整。图3-2所示为电路框图。此电路可实现立体声调频发射，典型调频频段为75-108MHz，振荡频率不易调整，尤其是低端频率实现困难，难以实现要求频段的调整。
右声道输入
图3-2 BA1404电路基本框图
方案3：采用分立元件构成音频无线发射电路。图3-3所示为分立元件调频电路框图。利用三极管构成高频振荡器，调节相应的电感和电容的大小，可产生稳定的中心频率，在音频信号的作用下，可产生相应的调频波，再经过缓冲放大和末级功率放大，得到需要的调频信号。相对前两种电路，不仅电路简单，而且调试控制非常灵活，
左声道输入 调频 电路 放大 电路 射频 输出 7
可靠性好，抗干扰能力强，容易实现调频的要求。
音频输入振荡调制电路调谐放大功率放大射频输出 图3-3 分立元件调频电路框图
综上所述，本设计选择方案3，即利用分立元件构成音频无线发射电路。 3.2.2 音频无线接收电路设计方案论证与比较
方案1：采用芯片MC3362 。该芯片是美国MOTOROLA公司生产的单片窄带调频接收电路，主要应用于语音通讯和数据传输的无线接收机。调频接收电路框图如图3-4所示。MC3362片内包含振荡电路、混频电路、限幅放大器、积分鉴频器、场强指示驱动及载频检波电路等电路。具有低供电电压、低功耗、灵敏度高等特点，主要应用于语音和数字通讯的接收设备。但是该电路较多用于调频广播接收，在要求的频段内进行调试相对困难。
高放
本振1 本振2 中放1 中放2 鉴频 低放 图3-4 MC3362调频接收电路框图
方案2：采用集成芯片CXA1019S。该芯片内部电路包括了AM/FM收音机从天线输入经调频高放、本振、混频在由中放、检波、直至调频功放的整个环节。调频接收电路，将调幅输入端IC对变频信号公共端短路，拉杆天线经耦合电容到带通滤波器，该滤波器的作用是抑制调频波段以外的信号的干扰。CXA1019S虽然把调频头电路集成进去，提高了集成度，但是相对CXA1238S增益较低，因而接收灵敏度较低。调频接收电路框图如图3-5所示。
图3-5 CXA1019S调频接收电路框图
方案3：采用集成芯片CXA1238S。它在片内完成了混频、中放、鉴频及立体声解码等功能，该芯片内部包含FM前置放大、立体声解调放大、FM中频放大及鉴频等环节，尤其是芯片内采用了锁相技术，由于芯片高度的集成化，因而接收机电路外围元件极少、中心稳定，调谐简单、抗干扰性强、电路稳定，调整方便等优点。
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高放中放 鉴频 低放 本振 综上所述，本设计选择方案3，即采用CXA1238S构成的FM解调电路。
4 单元电路设计
4.1 音频无线发射电路的设计
本设计中的声音调频发射部分采用常用分立元件构成电路。下面分别从LC电路的基本工作原理、正弦波振荡电路的振荡条件和考毕兹振荡器的模型及在设计电路中的应用方面入手对发射单元电路进行分析。 4.1.1 LC电路的基本工作原理
⑴ 构成一个LC振荡器必须具备下列三个条件：
① 一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元件。在这两个元件中，当一个释放能量时，另一个就接收能量。释放与接收能量可以往返进行，其频率决定于元件的数值。
② 一个能量来源，可以补充由振荡回路电阻所产生的能量的损失。在晶体管振荡器中，这能源就是直流电源Vcc。
③ 一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的能量损失，以维持等幅振荡。这是由有源器件（电子管、晶体管或集成块等）和正反馈电路完成的[3]。 ⑵ LC振荡器起振条件
① 相位平衡条件：Xce和Xbe必需为同性质的电抗，Xcb必需为异性质的电抗，且它们之间满足下列关系：
Xc??(Xbe?Xce)即
|XL|?|XC|,???1 LCbXbe+Vf_ceXce+Vo_Xcb② 幅度起振条件
qm?Fu *qie?1(qoe?q'L)Au 图4-1 三点式振荡器
式中：qm——晶体管的跨导，
Fu——反馈系数， AU——放大器的增益，
qie——晶体管的输入电导，
qoe——晶体管的输出电导， q'L——晶体管的等效负载电导，
Fu一般在0.1～0.5之间取值。
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