有调频FM收音机、调幅AM收音机，为什么却没有调相收音机？
人们日常生活中接触的收音机，大体分为两种：调频（FM）和调幅（AM）。前者声音清晰，更适合听音乐；后者传输距离远，尤其在农村地区更为普及。但仔细想想，你会发现一个有趣的现象：为什么只有调频和调幅，却鲜少听到“调相收音机”这个说法呢？这背后其实有着技术、历史以及实际应用等多方面的原因。
要理解这个问题，我们得先回到无线电通信最基础的原理。无线电信号是一种电磁波，它本身带有一定的频率。要传输声音信息，就需要改变电磁波的某个特性，使其能够“携带”声音的变化。这就像用一辆卡车运送货物，卡车就是载波，而货物就是我们要传输的声音。改变卡车的某种属性，就能让它装载和传递货物。
在无线电通信中，我们改变电磁波的幅度（Amplitude）或者频率（Frequency），来承载声音的变化。
调幅（AM）：顾名思义，就是改变载波电磁波的幅度。声音信号越大，载波的幅度就越高；声音信号越小，载波的幅度就越低。这个过程就像是改变卡车的“高度”，让它能代表货物的轻重。
调频（FM）：则是改变载波电磁波的频率。声音信号越大，载波的频率就越高；声音信号越小，载波的频率就越低。这就像是改变卡车行驶的“速度”，让速度的变化来代表货物。
那么，调相（PM，Phase Modulation）又是什么呢？
调相（PM）是改变载波电磁波的相位（Phase）。电磁波就像一个周期性的波浪，相位描述了这个波浪在一个周期中的位置。调相就是让载波的相位随着声音信号的变化而变化。当声音信号是正值时，相位向一个方向偏转；当声音信号是负值时，相位向另一个方向偏转。
从原理上看，调相和调频其实有着非常紧密的联系。在数学上，频率是相位的变化率。所以，一个设计精巧的调相系统，其效果可以非常接近调频系统。甚至可以说，很多时候，PM可以看作是FM的一种“特殊情况”或者“更基础的形式”。
那么，为什么我们习惯性地称之为“调频”而非“调相”收音机呢？这主要有以下几个原因：
1. 技术发展和历史选择：
在无线电技术的早期发展阶段，AM是最先成熟的技术。它相对简单，容易实现。而FM的出现，主要是为了解决AM的几个缺点，比如抗干扰能力差，容易受到雷电、电器干扰产生杂音。FM通过改变频率来传输信息，对幅度变化不敏感，因此抗干扰能力远强于AM。
在调频技术被广泛应用和推广时，其核心原理被定义为“改变载波的频率”。虽然在实现FM的过程中，常常会涉及到对相位的调制和解调，但从最终的系统输出和对电波特性的描述来看，“频率的改变”是更直观、更易于理解和宣传的特点。因此，“调频”这个名称也就自然而然地成为了主导。
2. 实现上的考量：
AM是最简单的调制方式，发送端只需一个简单的电路就可以改变载波的幅度，接收端也只需要一个检波器就可以还原声音。
FM在接收端要恢复声音信号，通常需要一个叫做“鉴频器”的电路，它能将频率的变化转换成电压信号。早期的鉴频器技术虽然存在，但可能没有PM信号的解调方式那么直观或高效。
3. PM信号与FM信号的内在联系与转换：
一个重要的原因在于，FM和PM的信号在很多情况下是可以互相转换的，并且在实际应用中，往往会发现 FM调制更容易实现，而解调同样相对直接。
从PM到FM： 如果我们对一个PM信号的输出进行积分，那么它就会变成一个FM信号。
从FM到PM： 反之，对一个FM信号的输出进行微分，它就会变成一个PM信号。
由于这些转换关系，很多时候，设计者会选择直接实现FM，因为它的生成和解调都有一套成熟且相对容易理解的电路。当他们需要PM信号时，可以通过简单的电路将FM信号转换为PM信号，或者反过来。这种灵活性使得“调频”成为一个更通用的描述。
4. 市场和标准化的影响：
一旦某个技术概念被广泛接受并形成了行业标准，它就很难被轻易取代或重新命名。从早期的无线电广播开始，“AM广播”和“FM广播”就已经深入人心，并成为了市场上的标准。即使理论上可以用调相来传输声音，但重新命名和推广一个全新的“调相收音机”会面临巨大的市场阻力，包括设备制造商、广播电台以及广大消费者。
5. 技术演进中的重点：
随着技术的发展，人们更关注的是最终的传输效果和效率。FM广播以其优良的音质和抗干扰能力，成功地取代了许多AM广播的应用场景，尤其是在听音乐方面。而PM虽然也是一种调制方式，但在实际广播领域，FM的优势更为突出，其技术路线也被更多地采用和发展。
举个更形象的比喻：
想象一下你要传递一个秘密信息。
AM 就像你用一个灯泡的亮度来表示信息，亮度高低代表着信息的变化。
FM 就像你用灯泡闪烁的快慢来表示信息，闪烁越快代表信息越大，越慢代表信息越小。
PM 就像你用灯泡闪烁的“节奏感”来表示信息，比如灯光在最亮和最暗之间切换的速度和方式不同。
虽然第三种方式（PM）听起来也很有意思，但你可能会发现，要精确地捕捉和复现那种“节奏感”并从中解读出原始信息，可能需要更复杂的仪器。而“闪烁快慢”这种变化，虽然也是一种对灯光状态的描述，但它的量化和测量可能相对更容易，也更容易在不同的接收者之间达成一致的标准。
所以，不是“没有”调相收音机，而是：
调频（FM）因为其直接的技术优势（如抗干扰能力）和相对成熟的实现方法，成为了广播领域的主流。
调相（PM）与调频（FM）关系密切，甚至可以互相转换，在很多应用中，它的作用被包含在了FM的技术框架内。
历史和市场选择将“调频”固化为了我们熟悉的名称。
在一些更专业的通信领域，比如数字通信中，相位调制（Phase Shift Keying, PSK）是一种非常重要的技术，它利用相位的变化来编码信息。但这与我们日常听广播所说的“调相收音机”有所不同，广播领域更侧重于模拟信号的连续变化。
总而言之，调频和调幅的命名是技术发展历史、实现难度以及市场推广的结果。虽然调相在技术原理上同样成立，但在广播通信的演进过程中，它并没有像FM那样成为一个独立且主流的命名方式。
要理解这个问题，我们得先回到无线电通信最基础的原理。无线电信号是一种电磁波，它本身带有一定的频率。要传输声音信息，就需要改变电磁波的某个特性，使其能够“携带”声音的变化。这就像用一辆卡车运送货物，卡车就是载波，而货物就是我们要传输的声音。改变卡车的某种属性，就能让它装载和传递货物。
在无线电通信中，我们改变电磁波的幅度（Amplitude）或者频率（Frequency），来承载声音的变化。
调幅（AM）：顾名思义，就是改变载波电磁波的幅度。声音信号越大，载波的幅度就越高；声音信号越小，载波的幅度就越低。这个过程就像是改变卡车的“高度”，让它能代表货物的轻重。
调频（FM）：则是改变载波电磁波的频率。声音信号越大，载波的频率就越高；声音信号越小，载波的频率就越低。这就像是改变卡车行驶的“速度”，让速度的变化来代表货物。
那么，调相（PM，Phase Modulation）又是什么呢？
调相（PM）是改变载波电磁波的相位（Phase）。电磁波就像一个周期性的波浪，相位描述了这个波浪在一个周期中的位置。调相就是让载波的相位随着声音信号的变化而变化。当声音信号是正值时，相位向一个方向偏转；当声音信号是负值时，相位向另一个方向偏转。
从原理上看，调相和调频其实有着非常紧密的联系。在数学上，频率是相位的变化率。所以，一个设计精巧的调相系统，其效果可以非常接近调频系统。甚至可以说，很多时候，PM可以看作是FM的一种“特殊情况”或者“更基础的形式”。
那么，为什么我们习惯性地称之为“调频”而非“调相”收音机呢？这主要有以下几个原因：
1. 技术发展和历史选择：
在无线电技术的早期发展阶段，AM是最先成熟的技术。它相对简单，容易实现。而FM的出现，主要是为了解决AM的几个缺点，比如抗干扰能力差，容易受到雷电、电器干扰产生杂音。FM通过改变频率来传输信息，对幅度变化不敏感，因此抗干扰能力远强于AM。
在调频技术被广泛应用和推广时，其核心原理被定义为“改变载波的频率”。虽然在实现FM的过程中，常常会涉及到对相位的调制和解调，但从最终的系统输出和对电波特性的描述来看，“频率的改变”是更直观、更易于理解和宣传的特点。因此，“调频”这个名称也就自然而然地成为了主导。
2. 实现上的考量：
AM是最简单的调制方式，发送端只需一个简单的电路就可以改变载波的幅度，接收端也只需要一个检波器就可以还原声音。
FM在接收端要恢复声音信号，通常需要一个叫做“鉴频器”的电路，它能将频率的变化转换成电压信号。早期的鉴频器技术虽然存在，但可能没有PM信号的解调方式那么直观或高效。
3. PM信号与FM信号的内在联系与转换：
一个重要的原因在于，FM和PM的信号在很多情况下是可以互相转换的，并且在实际应用中，往往会发现 FM调制更容易实现，而解调同样相对直接。
从PM到FM： 如果我们对一个PM信号的输出进行积分，那么它就会变成一个FM信号。
从FM到PM： 反之，对一个FM信号的输出进行微分，它就会变成一个PM信号。
由于这些转换关系，很多时候，设计者会选择直接实现FM，因为它的生成和解调都有一套成熟且相对容易理解的电路。当他们需要PM信号时，可以通过简单的电路将FM信号转换为PM信号，或者反过来。这种灵活性使得“调频”成为一个更通用的描述。
4. 市场和标准化的影响：
一旦某个技术概念被广泛接受并形成了行业标准，它就很难被轻易取代或重新命名。从早期的无线电广播开始，“AM广播”和“FM广播”就已经深入人心，并成为了市场上的标准。即使理论上可以用调相来传输声音，但重新命名和推广一个全新的“调相收音机”会面临巨大的市场阻力，包括设备制造商、广播电台以及广大消费者。
5. 技术演进中的重点：
随着技术的发展，人们更关注的是最终的传输效果和效率。FM广播以其优良的音质和抗干扰能力，成功地取代了许多AM广播的应用场景，尤其是在听音乐方面。而PM虽然也是一种调制方式，但在实际广播领域，FM的优势更为突出，其技术路线也被更多地采用和发展。
举个更形象的比喻：
想象一下你要传递一个秘密信息。
AM 就像你用一个灯泡的亮度来表示信息，亮度高低代表着信息的变化。
FM 就像你用灯泡闪烁的快慢来表示信息，闪烁越快代表信息越大，越慢代表信息越小。
PM 就像你用灯泡闪烁的“节奏感”来表示信息，比如灯光在最亮和最暗之间切换的速度和方式不同。
虽然第三种方式（PM）听起来也很有意思，但你可能会发现，要精确地捕捉和复现那种“节奏感”并从中解读出原始信息，可能需要更复杂的仪器。而“闪烁快慢”这种变化，虽然也是一种对灯光状态的描述，但它的量化和测量可能相对更容易，也更容易在不同的接收者之间达成一致的标准。
所以，不是“没有”调相收音机，而是：
调频（FM）因为其直接的技术优势（如抗干扰能力）和相对成熟的实现方法，成为了广播领域的主流。
调相（PM）与调频（FM）关系密切，甚至可以互相转换，在很多应用中，它的作用被包含在了FM的技术框架内。
历史和市场选择将“调频”固化为了我们熟悉的名称。
在一些更专业的通信领域，比如数字通信中，相位调制（Phase Shift Keying, PSK）是一种非常重要的技术，它利用相位的变化来编码信息。但这与我们日常听广播所说的“调相收音机”有所不同，广播领域更侧重于模拟信号的连续变化。
总而言之，调频和调幅的命名是技术发展历史、实现难度以及市场推广的结果。虽然调相在技术原理上同样成立，但在广播通信的演进过程中，它并没有像FM那样成为一个独立且主流的命名方式。
网友意见
有意思的问题，从来没有思考过。
个人感觉，应该是因为AM和FM在电路实现上都比较简单，所以在无线技术发展初期就被发明出来了。比如：
- 1907年实现的AM发射机电路[1]。声波改变麦克风里的电容，进而调制一个LC谐振电路的频率。这个谐振电路的频率和发射机的频率相同。发射机的频率固定而谐振电路的频率改变的时候，输出信号的幅度就跟随声音信号发生了改变，从而实现了AM的功能。
- 1933年Edwin Armstrong的FM Radio专利中的FM发射机[2]，原理还没有看懂……
更多的可以读一下Wikipedia的AM Radio和FM Radio页面中技术历史的部分。
反观，似乎没有一个比较简单的元器件可以直接实现纯PM调制？有时间了再仔细研究一下。
参考
- ^"Experiments and Results in Wireless Telephony" by John Grant, The American Telephone Journal. Part I: January 26, 1907, pages 49-51; Part II: February 2, 1907, pages 68-70, 79-80. https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=mdp.39015057240221&view=1up&seq=147
- ^Edwin H Armstrong, "Radiosignaling," US Patent US1,941,068, 1933 https://patents.google.com/patent/US1941068
首先调频和调相只是基带信号差一次求导或积分的关系，对于相位不敏感的话音信号，求导积分各自具有高通低通特性，没有特别玄乎的区别。以前旧资料常说「AM电路简单，FM电路复杂」、「FM电路简单PM电路复杂」都是相对而言的，背景是早年分立晶体管、电子管时代，甚至AM使用无源器件调制的史前时代。现在电路复杂度差距的影响没有那么大，软件无线电领域可以用相同的硬件实现。甚至实用的所谓「间接FM电路」就是用积分器加调相电路实现的。
至于模拟广播不用调相而选择调频技术，课本里已经写了原因：
张肃文《高频电子线路》
为了体现出我的价值，抄书之外下面要解释一下什么叫经济，夹带一点私货：
首先，我们使用无线电频率，要占据一定带宽。世界上的带宽资源是有限的，想用的话要按带宽交钱。假设我们买下了传输15kHz高保真（HiFi）音频所需的带宽，比如200kHz。
然后我们用FM发射，无论传输什么声音，都能把这200KHz带宽跑满，买来的频谱资源我全用了，感觉物有所值呢。如果用PM发射，那么传输高频声音，比如音乐，能跑满带宽；传输低频声音时候，比如电话话音现场连线，只能用一点点带宽，剩下的带宽浪费了，感觉很不值呢。
但是，跑满带宽真的只是感觉值不值的问题么…要知道无线电频谱带宽是资源啊，资源用得多，一定是会带来好处的。
那么FM在技术层面好处体现在哪里呢？传输模拟音频时，FM比PM多利用的带宽可以在接收信噪比和通信质量层面表现出来，总之多用的带宽一定不会白用，它可以提供更好的传输质量。（具体分析涉及到FM系统的噪声，比较复杂，通信原理里会讲一点）
所以模拟声音广播使用了资源利用效率更高的调频制式，而非调相。提高频谱利用率是无线电技术追求的目标和发展方向。
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