在調(diào)制實驗中，信號發(fā)生器生成調(diào)頻（FM）信號的核心是通過壓控振蕩器（VCO）或直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術，使載波頻率隨調(diào)制信號的幅度變化而線性偏移。以下是具體原理、實現(xiàn)步驟及關鍵參數(shù)設置方法：
一、調(diào)頻信號的基本原理
調(diào)頻信號的數(shù)學表達式為：
s
FM
(t)=A
c
cos[2πf
c
t+2πk
f
∫
0
t
m(τ)dτ]
其中：
A
c
：載波幅度。
f
c
：載波中心頻率。
m(t)
：調(diào)制信號（如正弦波、音頻信號）。
k
f
：頻率敏感度（單位：Hz/V），表示調(diào)制信號幅度每變化1V時載波頻率的偏移量。
調(diào)制指數(shù)（
β
）：最大頻率偏移（
Δf=k
f
?V
m
）與調(diào)制信號頻率（
f
m
）的比值：
β=
f
m
Δf
β?1
時為寬帶FM，
β?1
時為窄帶FM。
二、信號發(fā)生器生成FM信號的方法
現(xiàn)代信號發(fā)生器（如Keysight、R&S、Tektronix等品牌）通常通過以下兩種技術實現(xiàn)FM調(diào)制：
1. 壓控振蕩器（VCO）架構
原理：
VCO的輸出頻率與輸入控制電壓成線性關系：
f(t)=f
c
+k
v
?V
mod
(t)
。
將調(diào)制信號
m(t)
通過內(nèi)部放大器縮放后，作為控制電壓輸入VCO，實現(xiàn)頻率偏移。
特點：
適用于模擬調(diào)制信號（如音頻、低頻正弦波）。
頻率偏移范圍受VCO線性度限制（通常為載波頻率的±10%~20%）。
2. 直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術
原理：
DDS通過數(shù)字相位累加器和查找表（LUT）生成正弦波樣本。
在FM模式下，調(diào)制信號動態(tài)改變相位累加器的步長（即頻率控制字），從而實時調(diào)整輸出頻率。
特點：
頻率分辨率高（可達μHz級）。
支持任意波形調(diào)制（如方波、三角波、噪聲等）。
適用于高頻和寬帶FM信號生成。
三、信號發(fā)生器設置FM信號的步驟
以Keysight 33600A系列信號發(fā)生器為例，詳細操作如下：
1. 選擇調(diào)制類型
按下前面板上的 Modulation 鍵。
選擇 FM（頻率調(diào)制）模式。
2. 設置載波參數(shù)
頻率（
f
c
）：
輸入載波中心頻率（如100MHz）。
幅度（
A
c
）：
設置輸出幅度（如0dBm或1Vpp）。
3. 設置調(diào)制信號參數(shù)
調(diào)制源：
內(nèi)部（Internal）：使用信號發(fā)生器內(nèi)置的低頻正弦波作為調(diào)制信號。
設置調(diào)制頻率（
f
m
）：如1kHz。
設置調(diào)制幅度（
V
m
）：如1Vpp（對應最大頻率偏移
Δf=k
f
?V
m
）。
外部（External）：通過BNC接口輸入外部調(diào)制信號（如音頻信號源）。
連接外部信號到 FM Ext Mod 接口。
設置外部信號幅度范圍（通常需≤10Vpp，具體參考設備手冊）。
4. 設置頻率偏移（
Δf
）
直接輸入最大頻率偏移值（如75kHz）。
或通過調(diào)制指數(shù)（
β
）間接設置：
Δf=β?f
m
例如，若
β=5
，
f
m
=1kHz
，則
Δf=5kHz
。
5. 啟用調(diào)制并驗證
按下 Output On 鍵開啟輸出。
使用頻譜分析儀或示波器觀察輸出信號：
頻譜分析儀：
觀察載波兩側的邊帶（間隔為
f
m
），邊帶幅度隨
β
增大而衰減更慢（寬帶FM特性）。
示波器：
使用時間-頻率視圖（如Keysight的InfiniiVision系列）或FFT功能分析頻率變化。
若調(diào)制信號為正弦波，輸出頻率應呈周期性正弦變化（頻率偏移
±Δf
）。
四、關鍵參數(shù)對FM信號的影響
參數(shù) 影響
載波頻率（
f
c
） 決定信號中心位置，需匹配接收機調(diào)諧頻率。
調(diào)制頻率（
f
m
） 邊帶間隔為
f
m
，影響信號帶寬（卡森帶寬：
B
FM
≈2(Δf+f
m
)
）。
頻率偏移（
Δf
） 偏移越大，邊帶數(shù)量越多，信號帶寬越寬。
調(diào)制指數(shù)（
β
）
β≥1
時，邊帶幅度分布更均勻（寬帶FM）；
β?1
時近似窄帶FM。
五、實驗優(yōu)化技巧
避免頻譜混疊：
確保調(diào)制信號頻率（
f
m
）遠低于載波頻率（
f
c
），通常
f
m
≤0.1f
c
。
若使用外部調(diào)制信號，需通過低通濾波器去除高頻噪聲。
提高頻率分辨率：
選擇DDS架構的信號發(fā)生器，設置更小的頻率步進（如1μHz）。
動態(tài)范圍調(diào)整：
若調(diào)制信號幅度過大導致頻率偏移超出設備范圍，降低
V
m
或
Δf
設置。
同步觸發(fā)：
啟用外部觸發(fā)模式，使調(diào)制信號與載波同步（如使用方波調(diào)制時避免相位抖動）。
六、示例：生成廣播FM信號
參數(shù)設置：
載波頻率：
f
c
=100MHz
（典型FM廣播頻段）。
調(diào)制頻率：
f
m
=15kHz
（音頻信號最高頻率）。
頻率偏移：
Δf=75kHz
（符合FM廣播標準）。
調(diào)制指數(shù)：
β=
15kHz
75kHz
=5
。
驗證：
使用頻譜分析儀觀察信號帶寬：
B
FM
≈2(75kHz+15kHz)=180kHz
確認邊帶分布符合卡森規(guī)則。
通過以上方法，可靈活生成不同參數(shù)的FM信號，適用于通信系統(tǒng)測試、頻譜分析實驗及軟件定義無線電（SDR）開發(fā)等場景。
