[摘要]通过详细分析频率调制原理，得出调频的输入信号与有效频带的关系。并分析常用的双通道电视发射机的双工器的工作原理，得出发射机的输入信号与双工器的吸收负载功率的关系。
[关键词]双工器 调频 瞬时频率 载波 频偏 调频系数 有效带宽
中图分类号：TN94文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）0320011－03
电视双通道发射机与单通道发射机相比增加庞大的双功器，虽然增加了成本，但在运行技术指标上它不存在有互调现象，所以换来了运行质量的提高。我台的VHF、UHF频段的两部东芝的机器，都采用双通道的工作方式，但在使用中发现一个现象，那就是双工的吸收负载的吸收功率有变化，而且与输入伴音的信号有很大的关系，当伴音的输入电平大时，吸收负载的吸收功率也增大。试图从理论上分析这一因果关系，说明这一现象并非双工器不正常所引起的。
一、调频原理
电视的伴音的调制都采用调频制，所谓调频制是指振荡频率（在现代发射机中，该频率是中频）的瞬时频率随着调制信号的变化规律而线性改变，其特点是高频振荡的振幅维持不变，所得的已调波是一个频率随调制信号电压变化的等幅波。瞬时频率的定义是：瞬时相位对时间的变化率。即反之，瞬时相角
是包络线瞬时振幅，称为调幅度（或调制系数），其调制系数必须小于1，当调制系数大于1时，则调幅的包络波与调制信号不成线性关系，这种现象称为过调。正因为不能大于1，所以调幅波的信杂比不是很好。所以在电视伴音广播中一般不采用此方式。
将上面调频波 展开得:
这与调幅波的表达式类似，在频谱表上可分为一个主频，两个边频，所不同的是两边频相位相反。在这种情况下，调频波的信杂比也不好。
而当 比较大时，可利用第一类贝塞尔函数以级数展开成：
参阅文献（7）贝塞尔函数的母函数及其递推公式P355
上式表明调频波的频谱中包含有载频 分量和频率为
的无限对上下边频分量。所以从理论上来说，无失真地放大或传送调频波要求无限大的通频带，这当然是不现实的。所以调频波具有以下特点：
载频分量上、下各有无数个边频分量，它们与载频分量相隔恰为调制频率的整数倍，奇数次的上下边频分量相位相反。
调制指数 越大，具有较大振幅的边频分量越多，即有效带宽增大。
选择适当的值可以使载频分量携带的功率非常小，即绝大部分功率由边频分量携带，从而使传输效率得到提高。
调频时，只能导能量从载频向边频分量转移，总的能量则未变（即调频后的平均功率不发生变化）。调频波的带宽通常是这样规定的，振幅小于未调制载波振幅的1℅或10℅（根据不同的标准规定，某些要求较高的场合要求1℅，）。
二、调频的实现
实现调频的方法一般可分有二类，一类是直接调频法，另一是间接调频法。间接调频法又分为三种：矢量合成法、可变移相法、可变延时法。直接调频法是用调制电压直接控制振荡器的振荡频率，使振荡频率f（t）按调制电压的规律变化。若被控制的是LC振荡器，则只需控制振荡回路的某个电抗元件（L或C），使其参数随调制电压变化，就可达到直接调频的目的。 但由于中心频繁率的稳定度差，所以必须加锁相环以稳定中心频率。
直接调频的优点是线路简单，频偏大，信杂比等指标都优于间接调频法。缺点是中心频率称定度不高。但是随着锁相稳频技术和调频锁相环的数字式频率合成器的应用。直接调频已成现代调频的主流。
间接调频法是先对调制信号积分，再对载波进行相位调制，从而产生调频信号。不论采用何种调频法，最终得到的是频率随调制信号变化而变化的调频波。
三、输入信号与有效带宽
当调制信号的振幅不变，而制频率变化时，由可知，与成反比关系，因为与调频波的带宽存在直接关系，所以为保证 的相对稳定，调制信号在调制前要经过预加重处理。在解调时再经过去加重以还原原信号，在理想情况下，经调制频率的预加重处理后，调制系数 保持相对不变状态。 在调制信号的频率不变而振幅变化时，调频信号的频偏和调制系数都与调制信号的幅度成正比变化，因而随着调制信号的振幅的变化，调频波的有效带宽也将随着成正比例的变化！所以 可写成：
由上式可以看出，要保持调频波的带宽的相对稳定，必须对调制频率进行预加重处理及保持调制信号幅度的相对稳定。所以，在调制器的输入级中一般要设有一级箝位电路。在陕西762厂生产的调频发射机的NEC激励器HPB-1210中，这一电路是由VR6、VR7、D3、D2实现的，如图二：
在东芝的模拟电视发射机的激励器中，输入的伴音信号箝位方式与此类似。只不过因为伴音的输入是600Ω平衡方式，因此箝位电路就有两路。同时，在混频器的后一级都设有带通滤波器以滤掉无用的带外频率。东芝模拟电视发射机TV3400A、TU3400A设有两级带通滤波器。
四、双通道电视发射机双工器的结构
双工器是一种三端口的无源器件，它有两个输入端口和一个输出端口，两个不同的频率输入信号由输入端口输入，经双工后，无损耗地叠加为一路宽带信号。对于双通道电视发射机而言，这两路信号就是图像载波与伴音载波，用于此类功率合成的双工类型有很多种，在电视发射机中较常用的双工器为恒阻3dB桥式滤波器式双工器。这种双工器由两个恒阻3dB桥和臂上的滤波器组成，简称桥式滤波双工器。如下图三所示：
3dB耦合器是一个带状传输四端网络，有奇偶模分析法可以求出各端的功率分配关系，输入端口为电压V1=V，另三个端口有一个是隔离端，V3=0，另两个端口输出，。换算
成功率比即为 ， 。从端口1输入的功率P1被分成两半，从端口2、4输出。但相位相差。从2、4端口输出的功率，经两桥臂送到另一3dB耦合器，与FA合成后上天线。在两3dB耦合器桥臂中间串有两对谐振腔，一对是FV-4.43MHZ，另一对是FA。FV-4.43MHZ谐振腔和与其连接的电容分支组成谐振电路，等效于一个对FV-4.43MHZ频率的串联谐振电路，对FV-4.43MHZ点阻抗近似为零。镜像负载波全反射到第一个3dB耦合器的2、4端，进而叠加在吸收负载上而消耗掉。对图像载频FV，谐振腔位于通频带的低端，并对FV呈感性，故加一个电容性分支，调成对FV并联谐振。因此FV可以顺利通过。另一对FA谐振腔等效于对伴音载频的串联电路。对于FA呈现的阻抗近似为零。因此从第二个3dB定向耦合器来的两路
全反射到第Ⅱ个3dB定向耦合器的输出端，在第Ⅱ个3dB定向耦合器叠加成FA后再和FV合成FV＋FA最后送到天线上发射。同样对于FA、谐振腔，FA位于通频带的高端，对图像载频FV此谐振电路等效于容性，故外加一电感调成对FV并联谐振。图像载频FV可以无阻通过。这是理想状态下的双工器，实际的双工器对FV-4.43MHZ、FV+6.5MHZ还有一些电抗分量存在，因此不是理想的全反射。声机的载频有一部分窜到影机和吸收负载。同样影机在两对谐振腔点也不是无阻的通过，有一部分功率反射回到吸收负载。因此吸收负载所吸收的功率由有三部分组成：
（一）镜像负载波；
（二）图像载频的反射波；
（三）伴音载频的泄漏功率。
五、双工器负载发热原因
既然负载的吸收功率是由以上这三部分组成，在本例中负载发热是什么原因所引起？为排除是双工器特性不良造成，我们用网络分析仪测试了双工器的传输特性如下图四。
从双工器的传输特性来看基本正常，实际使用中发现，VHF频段在刚开机时吸收的功率为有十多瓦，理论上小于－28dB的伴音载频通过功率小于2瓦。加上图像的一些镜像、载波反射也应只有几瓦，关掉伴音发射机测试结果与分析一致。所以合计总的吸收功率有十瓦左右。但随着开机时间的增长吸收的功率有所上升。此时伴音的输入小于0db，用手摸双工有一点发热，属正常温度范围。这说明双工的特性因温度的变化传输特性在些变化。但较明显的是当输入的音频信号变化时，吸收功率变化较大。此时用频谱议观察发射机的输出发现在伴音频率的两边出现较多的杂频。这些杂频的频率不是伴音载频，所以它会直接通过伴音谐振腔而加在吸收负载上，因而吸收负责载的吸收功率肯定会上升。
实测的双工器的传输特性：
在TV3400A、TU3400A中，伴音电平输入范围规定为：－6dBm～＋18 dBm。电平的范围是比较大的。当输入的信号过大时，在电视接收机中表现为噪声明显的增大！这是因为伴音载波的有效成分10%已落在激励带通或双工谐振带宽之外。这些有效成分就是我们频谱议中所看到的“杂频”。
发射机的伴音也是使用直接调频的调制工作方式，并加数字锁相环稳频技术，如果锁相环出现故障，当载波的频率会发生偏离时，如激励器中的带通的频带过大，而全固态的发射机的伴音功放是宽带的，所以，伴音载频就会洞穿过双工器的伴音谐振电路直接加到吸收负载上，也会引起吸收负载的吸收功率上升！
六、结论
本例中的双工器的负载吸收功率随输入伴音电平的增大而变大，不是因图像载频在双工反射过大造成。也不是载频不稳所致！而双工器的特性基本正常。该现象是由于伴音调制所引起，是输入电平过大造成。而负载的吸收功率设计值在几百瓦，吸取负载的吸收功率在几十瓦属正常范围，机器运行是安全的。但是在实际使用中必须注意输入信号的幅度不能过大，一是会引起双工的吸收负载的吸收功率上升，另外是接收的伴音也有较明显的噪声，信杂比变坏！
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注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”