頻率合成技術(shù)應(yīng)用

□劉俊峰 顏家槐

目前廣播發(fā)射機(jī)中使用的頻率合成器(激勵(lì)器、頻率綜合器)都使用了頻率合成技術(shù)。頻率合成器的方案主要有直接式、間接式和直接數(shù)字頻率式。直接式頻率合成盡管有頻率轉(zhuǎn)換快的優(yōu)點(diǎn)，但是其體積大的弱點(diǎn)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代系統(tǒng)要求。直接數(shù)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(shù)是運(yùn)用鎖相和數(shù)字分頻器相結(jié)合的技術(shù)對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行四則運(yùn)算，諧波分量是利用鎖相環(huán)的窄帶濾波器加以濾除的，由于它不采用傳統(tǒng)的諧波發(fā)生器、倍頻器等器件，從而使頻率合成器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，并且有良好的相位噪聲特性，所以絕大多數(shù)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(shí)現(xiàn)方案有很多，主要有混頻鎖相式、取樣鎖相式和數(shù)字分頻鎖相式三種。本文以802A型調(diào)頻激勵(lì)器為例分析數(shù)字分頻鎖相式頻率合成技術(shù)在調(diào)頻中的應(yīng)用，頻率合成技術(shù)在中短波中的應(yīng)用與之類(lèi)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(diào)制振蕩器。壓控振蕩器是用變?nèi)荻O管來(lái)改變所產(chǎn)生的頻率，從壓控振蕩器輸出的已調(diào)波頻率為f0，經(jīng)脈沖取樣再經(jīng)可變分頻器進(jìn)行n分頻（n值由頻率設(shè)定裝置的編碼開(kāi)關(guān)或鍵盤(pán)設(shè)定），經(jīng)n分頻后所得f0=f0／n送入鑒相器的一個(gè)輸入端。石英振蕩器產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率f1，經(jīng)固定分頻器進(jìn)行m分頻。所得f2=f1／m送入鑒相器的另一輸入端。兩信號(hào)經(jīng)鑒相器鑒頻鑒相后輸出信號(hào)頻率差和相位差相對(duì)應(yīng)的誤差信號(hào)電壓ud(t)，經(jīng)環(huán)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?nèi)荻O管的負(fù)端，去改變變?nèi)荻O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(tài)。由上述分析可以看出環(huán)路輸出頻率的改變是通過(guò)改變可變分頻器的分頻比來(lái)實(shí)現(xiàn)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(gè)D觸發(fā)器組成的÷10固定分頻器為例對(duì)分頻原理進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。可變分頻器是在固定分頻器的基礎(chǔ)上，加上預(yù)置電路后組成的。10分頻即輸入10個(gè)脈沖輸出一個(gè)脈沖，由D觸發(fā)器組成的環(huán)形計(jì)數(shù)器用作÷10固定分頻器的邏輯圖，如圖2所示。

這種計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)脈沖加到每一個(gè)D觸發(fā)器的CP端。因此當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖，每一個(gè)觸發(fā)器是否翻轉(zhuǎn)就由前一級(jí)觸發(fā)器的狀態(tài)決定 （也就是由它本身D輸入端的信號(hào)電平?jīng)Q定）。設(shè)計(jì)數(shù)器初始狀態(tài)為“全0”，則在計(jì)數(shù)脈沖未進(jìn)入之前，只有 A 觸發(fā)器的 Da 端為“1”，Db、Dc、Dd、De 均為“0”。所以當(dāng)?shù)谝粋€(gè)計(jì)數(shù)脈沖輸入時(shí)，只有A觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。以此類(lèi)推，即完成了10分頻的任務(wù)。

頻率合成器電路分析

忽略直流偏置、故障檢測(cè)等電路后，802A頻率合成器主要包括調(diào)制振蕩器部分、分頻器部分和鑒相器部分。下面對(duì)這三部分電路進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

調(diào)制振蕩器部分。調(diào)制振蕩器由結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)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(diào)諧二極管對(duì)，CR3和CR4用作調(diào)制二極管對(duì)，調(diào)制振蕩器有兩路輸出，一路驅(qū)動(dòng)功率放大器，一路驅(qū)動(dòng)分頻器。

分頻器部分。分頻器主要由一系列帶有預(yù)置電路的計(jì)數(shù)電路組成。調(diào)制振蕩器來(lái)的載頻信號(hào)變成脈沖信號(hào)后先進(jìn)行16分頻，再經(jīng)過(guò)U3—U7組成的BCD可編程計(jì)數(shù)器。該計(jì)數(shù)器可用位于分頻器組件板上的兩列直插式波動(dòng)開(kāi)關(guān)以10KHZ的增量設(shè)置程序得到87—109MHZ頻率范圍內(nèi)的任何頻率。每個(gè)計(jì)數(shù)器的輸出加到后繼計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端。每個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的最大/最小計(jì)數(shù)信號(hào)被讀出加到與非門(mén)U7。U7輸出信號(hào)加到單觸發(fā)器U8，用于將U7輸出的非常窄的脈沖擴(kuò)展到625Hz信號(hào)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(jīng)分頻后得到625Hz參考頻率。它與分頻器分頻后得到的信號(hào)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(lǐng)先時(shí)U1的PC輸出為高，載頻滯后時(shí)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(jīng)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(shū)目：

1.王家禮著：《頻率合成技術(shù)》，西安，西安電子科技大學(xué)出版社。

2.沈琪琪編：《頻率合成技術(shù)》，北京，中國(guó)人民解放軍戰(zhàn)士出版社。