37、高级工程学生无线电通信原理评估与教学方法

高级工程学生无线电通信原理评估与教学方法

1. 引言

无线电通信起源于1893年，当时尼古拉·特斯拉在密苏里州圣路易斯进行了相关演示。不久后的1896年，古列尔莫·马可尼在英格兰索尔兹伯里平原发送了300米的无线电信号。从19世纪末的这些开端，无线电通信发展出了众多设计和技术，21世纪无线电通信设备大量涌现，但基本工作原理保持不变。本文将探讨调频（FM）的基本工作原理，以及如何向高级工程学生传授和评估这些原理。教师被称为引导者，教室或实验室称为教学设施，任务或实验归为实践教学。

2. 调频原理

调频（FM）是一种周期性信号，其瞬时频率会因信息信号（fm）而偏离平均值（fc）。以下是FM信号的相关内容：
- 信号展示 ：
- 在频谱分析仪上，FM信号表现为载波在中心频率两侧的偏移（如图1）。
- 在示波器上，FM信号的载波偏移由彩色带表示（如图2）。
- 公式表达 ：
- FM信号可以用公式 (s_{sig}=sin(\omega_ct + \frac{\Delta f}{f_m}sin(\omega_mt))) 表示，其中 (f_c) 是未调制载波信号（赫兹），(\Delta f) 是峰值频率偏移（赫兹），(\omega_m = 2\pi f_m) 是调制信号的角频率。
- 峰值频率偏移 (\Delta f = k_fE_m)，其中 (k_f) 是调制器灵敏度（赫兹/伏特），(E_m) 是调制信号的峰值（伏特）。
- 基本原理 ：
- 如果 (f_m) 增加，(s_{sig}) 增加。