頻率合成技術應用

□劉俊峰 顏家槐

目前廣播發射機中使用的頻率合成器(激勵器、頻率綜合器)都使用了頻率合成技術。頻率合成器的方案主要有直接式、間接式和直接數字頻率式。直接式頻率合成盡管有頻率轉換快的優點，但是其體積大的弱點無法適應現代系統要求。直接數字式由于其工作頻率較低且成本昂貴也不宜采用。間接式頻率合成技術是運用鎖相和數字分頻器相結合的技術對信號頻率進行四則運算，諧波分量是利用鎖相環的窄帶濾波器加以濾除的，由于它不采用傳統的諧波發生器、倍頻器等器件，從而使頻率合成器結構簡單，造價低，并且有良好的相位噪聲特性，所以絕大多數頻率合成器均采用間接式頻率合成方案。間接式頻率合成器的具體實現方案有很多，主要有混頻鎖相式、取樣鎖相式和數字分頻鎖相式三種。本文以802A型調頻激勵器為例分析數字分頻鎖相式頻率合成技術在調頻中的應用，頻率合成技術在中短波中的應用與之類似。

頻率合成原理

頻率合成器的原理如圖1所示：

壓控振蕩器即調制振蕩器。壓控振蕩器是用變容二極管來改變所產生的頻率，從壓控振蕩器輸出的已調波頻率為f0，經脈沖取樣再經可變分頻器進行n分頻（n值由頻率設定裝置的編碼開關或鍵盤設定），經n分頻后所得f0=f0／n送入鑒相器的一個輸入端。石英振蕩器產生基準頻率f1，經固定分頻器進行m分頻。所得f2=f1／m送入鑒相器的另一輸入端。兩信號經鑒相器鑒頻鑒相后輸出信號頻率差和相位差相對應的誤差信號電壓ud(t)，經環路濾波器濾除高頻部分后得到控制電壓uc(t)，送到壓控振蕩器振蕩電路中變容二極管的負端，去改變變容二極管的電容值，從而改變輸出頻率f0，使f1／m逐漸逼近f0／n用以維持相位鎖定狀態。由上述分析可以看出環路輸出頻率的改變是通過改變可變分頻器的分頻比來實現的。

分頻原理

分頻器是頻率合成器中非常重要的部件，分頻器分為可變分頻器與固定分頻器。為便于理解，這里以由五個D觸發器組成的÷10固定分頻器為例對分頻原理進行簡單說明。可變分頻器是在固定分頻器的基礎上，加上預置電路后組成的。10分頻即輸入10個脈沖輸出一個脈沖，由D觸發器組成的環形計數器用作÷10固定分頻器的邏輯圖，如圖2所示。

這種計數器，計數脈沖加到每一個D觸發器的CP端。因此當計數脈沖，每一個觸發器是否翻轉就由前一級觸發器的狀態決定 （也就是由它本身D輸入端的信號電平決定）。設計數器初始狀態為“全0”，則在計數脈沖未進入之前，只有 A 觸發器的 Da 端為“1”，Db、Dc、Dd、De 均為“0”。所以當第一個計數脈沖輸入時，只有A觸發器翻轉。以此類推，即完成了10分頻的任務。

頻率合成器電路分析

忽略直流偏置、故障檢測等電路后，802A頻率合成器主要包括調制振蕩器部分、分頻器部分和鑒相器部分。下面對這三部分電路進行詳細的說明。

調制振蕩器部分。調制振蕩器由結型場效應管Q1組成，諧振電路有 L1、L2、CR1、CR2、CR3 和 CR4 組成，其中CR1、CR2用作AFC調諧二極管對，CR3和CR4用作調制二極管對，調制振蕩器有兩路輸出，一路驅動功率放大器，一路驅動分頻器。

分頻器部分。分頻器主要由一系列帶有預置電路的計數電路組成。調制振蕩器來的載頻信號變成脈沖信號后先進行16分頻，再經過U3—U7組成的BCD可編程計數器。該計數器可用位于分頻器組件板上的兩列直插式波動開關以10KHZ的增量設置程序得到87—109MHZ頻率范圍內的任何頻率。每個計數器的輸出加到后繼計數器的時鐘輸入端。每個十進制計數器的最大/最小計數信號被讀出加到與非門U7。U7輸出信號加到單觸發器U8，用于將U7輸出的非常窄的脈沖擴展到625Hz信號的50%占空比。

鑒相器部分。10MHz石英晶體振蕩器是AFC電路參考振蕩器，經分頻后得到625Hz參考頻率。它與分頻器分頻后得到的信號在鑒相器比較，如果載頻高于參考頻率，U1的PC輸出變高；如果載頻低于參考頻率，U1的PC輸出變低；如果載頻與參考頻率相同但相位不同，載頻領先時U1的PC輸出為高，載頻滯后時U1的PC輸出為低；如果載頻與參考頻率相同但相位一致，U1的PC輸出為2.5V,PC輸出經濾波后為-2.5—11.5V之間隨頻率變化的直流電壓，該直流電壓即為輸入壓控振蕩器的誤差電壓。

參考書目：

1.王家禮著：《頻率合成技術》，西安，西安電子科技大學出版社。

2.沈琪琪編：《頻率合成技術》，北京，中國人民解放軍戰士出版社。