本文將講解兩種用于從調頻載波波形信號中恢復基帶信號的技術。
調頻（FM）調制方式提供了比調幅（AM）調制更好的性能，但是要從調頻（FM）波形中提取原始信息要困難一些。解調FM有幾種不同的方法。在本次講解中，我們將討論兩種解調FM信號的方法，其中一個很簡單，而另一個則更復雜一些。
與如何解調AM（調幅）波形相同，我們將使用LTspice探索調頻（FM）波形的解調，并且我們再次需要首先執(zhí)行頻率調制，以便進行解調。如果您回顧一下有關模擬頻率調制的內容，您會發(fā)現其數學關系不如幅度調制那么簡單。使用AM（調幅），我們只需添加一個偏移量，然后執(zhí)行普通的乘法處理即可。但是使用調頻（FM），我們需要將連續(xù)變化的值添加到正弦（或余弦）函數內部的參數分量上，此外，這些連續(xù)變化的值不是基帶信號，而是基帶信號的積分。
因此，我們無法像AM（調幅）那樣使用任意的行為電壓源和簡單的數學關系來生成調頻（FM）波形。但是，事實證明，實際上在LTspice軟件中更容易生成調頻（FM）信號，我們僅將SFFM（調頻信號源）選項用于普通電壓源即可：
生成調頻（FM）信號的界面
下面的電路是用LTspice軟件創(chuàng)建由10 MHz載波和1 MHz正弦基帶信號組成的FM波形所需的全部工作：
用LTspice軟件創(chuàng)建由10 MHz載波和1 MHz正弦基帶信號組成的FM波形
注意，上面的電路圖種調制指數為5；更高的調制指數使查看頻率變化更加容易。下圖顯示了SFFM（調頻信號源）電壓源創(chuàng)建的FM波形信號。
用SFFM（調頻信號源）電壓源創(chuàng)建的FM波形信號
我們將要研究的第一種解調技術始于高通濾波器。我們假設我們正在處理窄帶FM信號。我們需要設計高通濾波器，該高通濾波器的衰減在一個寬度是基帶信號帶寬兩倍的頻帶內會發(fā)生明顯變化。讓我們更加深入地探討這個概念。
收到的FM信號將具有一個以載波頻率為中心的頻譜。頻譜的寬度大約等于基帶信號帶寬的兩倍；正負兩個基帶頻率的偏移導致產生了兩個波形，并且之所以“近似”相等，是因為應用于基帶信號的積分會影響調制頻譜的形狀。因此，調制信號中的最低頻率大約等于載波頻率減去基帶信號中的最高頻率，而調制信號中的最高頻率大約等于載波頻率加基帶信號中的最高頻率。
我們的高通濾波器需要具有一個頻率響應，從而使調制信號中的最低頻率衰減得比調制信號中的最高頻率大得多。如果將此濾波器應用于FM波形中，將得到什么結果呢？將會是這樣的：
經過高通濾波器濾波后的FM波形
為了進行比較，上面圖同時顯示了原始FM波形和高通濾波器濾波后的波形。下圖僅顯示濾波后的波形，這樣您可以更清楚地看到它了。
濾波后的FM波形
通過應用濾波器，我們已將頻率調制轉換為幅度調制。這是一種方便的FM解調方法，因為它使我們能夠受益于已開發(fā)用于幅度調制的包絡檢波器電路。用于產生該波形的濾波器無非是RC高通，其截止頻率大約等于載波頻率。
這種解調方案的簡單性自然使我們認為它不是性能最高的選擇，實際上，這種方法確實存在一個主要缺點：它對幅度變化敏感。發(fā)射信號將具有恒定的包絡，因為頻率調制不涉及載波幅度的變化，但是接收信號將不再具有具有恒定的包絡，因為幅度不可避免地受到信號在傳播過程中的誤差源的影響。
因此，我們不能僅通過向AM解調器添加高通濾波器來設計可接受的FM解調器。我們還需要一個限幅器，它是通過將接收信號限制為一定的幅度范圍內來減輕幅度變化的電路。這種簡單有效的幅度變化補救措施的存在使FM能夠保持其對幅度噪聲的更大（與AM相比）的魯棒性：我們不能對AM信號使用限制器，因為限制幅度會破壞載波中編碼的信息。另一方面，FM將所有信息編碼為發(fā)射信號的瞬時特性。
鎖相環(huán)（PLL）可用于創(chuàng)建復雜的但高性能的FM解調電路。 PLL可以“鎖定”輸入波形的頻率。它通過將相位檢測器，低通濾波器（又稱“環(huán)路濾波器”）和壓控振蕩器（VCO）組合到負反饋系統(tǒng)中來實現此目的，鎖相環(huán)（PLL）的電路原理圖如下所示：
鎖相環(huán)（PLL）的電路原理圖
PLL鎖定后，它可以創(chuàng)建一個輸出正弦波，其跟隨輸入正弦波的頻率變化。該輸出波形將從VCO的輸出中獲取。但是，在FM解調器應用中，我們不需要與輸入信號具有相同頻率的輸出正弦波。相反，我們將環(huán)路濾波器的輸出用作解調信號。讓我們看看為什么這樣做是可行的：
鑒相器產生與輸入波形和VCO輸出之間的相位差成比例的信號。環(huán)路濾波器對該信號進行平滑處理，然后將其變?yōu)閂CO的控制信號。因此，如果輸入信號的頻率不斷增加和減少，則VCO控制信號必須相應地增加和減少，以確保VCO輸出頻率保持等于輸入頻率。換句話說，環(huán)路濾波器的輸出是其幅度變化對應于輸入頻率變化的信號， 因此PLL就是這樣來完成頻率解調的。
1、在LTspice中，可以通過將SFFM（調頻信號源）選項用于標準電壓源中來生成調頻正弦波的。
2、一種簡單有效的FM解調技術涉及一個高通濾波器（用于FM到AM的轉換），然后是AM解調器。
3、在基于高通濾波器的FM解調器之前裝有限幅器，以防止幅度變化對解調信號所造成的誤差。
4、鎖相環(huán)（PLL）可用于實現高性能FM解調。使用集成電路PLL的設計使這種方法看起來并不那么復雜。
