【题目编号】MC2-1233
【题目】在下列调制方式中,施加特定频率和特定幅度的调制信号可使载波分量消失的是:
【答案】AB(多选题)
[A]频率调制 FM
[B]相位调制 PM
[C]抑制载波单边带幅度调制 SSB
[D]开关键控 OOK
考点速览
这道双选题问:哪些调制方式在施加特定频率和特定幅度的调制信号之后,载波分量会消失。答案是频率调制(frequency modulation,FM)和相位调制(phase modulation,PM)。
这道题的分量全在"施加"两个字上。它问的不是某种调制方式天生有没有载波,而是"在某种条件下,载波那一根谱线会不会恰好变成零"。频率调制和相位调制之所以入选,是因为它们的载波幅度随调制指数变化,而这条曲线会周期性地穿过零点。抑制载波单边带(suppressed carrier single sideband,SSB)确实没有载波,但它不是被调制信号"消掉"的,而是设计之初就做掉的,所以不对。
贝塞尔函数:载波分量怎么变成零
单频调制下的角度调制信号,用傅里叶级数展开之后,载波分量的幅度正比于第一类贝塞尔函数(Bessel function of the first kind)的零阶项 J0 在调制指数 m 处的取值。调制指数这个量,对频率调制来说是最大频偏与调制频率之比,对相位调制来说就是最大相位偏移。
J0 是一条振荡衰减的曲线。m 等于零时它取最大值一,随着 m 增大,它一次次穿过横轴:第一个零点在 m 大约二点四附近,后面还有约五点五、约八点七等一串零点。调制指数每经过一个零点,载波那一根谱线的高度就是零——载波分量消失了。
做到这一点所需的调制信号频率和幅度都是确定的。对频率调制,给定调制频率后再按需要的调制指数换算出对应频偏,就能把工作点送到某个零点上;对相位调制,调制信号的幅度直接决定相位偏移量,控制幅度即可。题目里"特定频率和特定幅度"这七个字,指的就是把调制指数精确送到零点这件事。
逐项辨析
选项 A 频率调制对。它的载波分量幅度由零阶贝塞尔函数决定,随着调制指数增大,幅度从最大值一路下降,在第一个零点处归零。这是一种可以主动控制、可以复现的操作,符合题目所说的"施加特定信号可使载波消失"。
选项 B 相位调制对。它同一个机理,只是调制指数的定义换成最大相位偏移,零阶贝塞尔函数的零点位置完全一样。频率调制与相位调制在数学上只差一个积分或微分,所以两者的载波消失条件成对出现,这也是本题定为双选的原因。
选项 C 抑制载波单边带不对。它的载波确实不存在,但这不是调制信号"消掉"的结果。单边带在电路实现上依靠平衡调制器先把载波抵消掉,再靠滤波器或者移相网络只留一个边带——载波从设计上就不在输出里,与调制信号的频率和幅度没有关系。题目问的是"施加某种调制信号之后载波分量消失"这一机制,单边带没有这个机制,它连可供消失的载波都没有。
选项 D 开关键控(on-off keying,OOK)不对。它的做法是按数字码元把载波整个接通或者断开,有码就发、无码就停。载波不是被某个特定调制指数推到零点,而是在"有"和"无"两个状态之间被切换。它更没有连续可调的调制指数,也就谈不上"某个特定幅度"这个条件。
载波消失与载波抑制不是同一件事
这两个说法常在题里并排出现,必须分清。
载波消失是一个"点":调制指数取到某个特定值时,载波幅度恰好等于零;调制指数再增大一点,载波幅度又回来了,只是相位翻转一百八十度。它是一个可以穿过的瞬时状态,前后都有载波。
载波抑制是一个"常态":电路结构决定了载波根本不在输出端出现,无论调制信号怎么变都不出现。平衡调制器、环形调制器这些电路就是干这个的。
分清这一点,本类题目就有了固定解法:看到"施加特定调制信号可使载波消失",只管去找调制指数能连续变化、并且载波幅度函数会过零的方式,也就是频率调制和相位调制这一类角度调制;看到天生不带载波的方式,直接排除。
载波零点在测量与校准里的用法
零点不是只有理论意义。校准调频或者调相设备时,把调制信号调到让载波消失的位置,就得到一把现成的"标尺":此时的调制指数是已知的固定值,据此可以反推发射机的实际频偏灵敏度,或者核对调制器的刻度是否准确。这种做法的好处是不需要额外的频偏测量仪器,只要一台能看载波幅度的接收机或者频谱仪。
需要留意的反面情况是,正常情况下没人愿意让载波落到零点上。载波分量消失时,接收端的本机恢复载波会失去参照,包络检波器更是完全无法工作——没有载波就没有可以随包络起伏的基准,检波输出只能是零。所以纯角度调制信号想用简单的包络检波解调是行不通的,必须经过鉴频或者相干解调。
应试要点
记曲线,不记结论。角度调制的频谱里,载波分量按零阶贝塞尔函数随调制指数起伏,第一个零点在调制指数大约二点四的位置,后面还有一串零点。调制指数每到一个零点,载波就消失一次。
再记一条排除法:题目问"使载波消失",就不要选那些本来就没有载波的方式。抑制载波单边带和有载波的传统幅度调制都不属于"可使载波消失",一个是天生没有,一个是幅度随调制信号线性变化、不经过零点。