频率合成技术应用

目前广播发射机中使用的频率合成器(激励器、频率综合器)都使用了频率合成技术。频率合成器的方案主要有直接式、间接式和直接数字频率式。直接式频率合成尽管有频率转换快的优点,但是其体积大的弱点无法适应现代系统要求。直接数字式由于其工作频率较低且成本昂贵也不宜采用。间接式频率合成技术是运用锁相和数字分频器相结合的技术对信号频率进行四则运算,谐波分量是利用锁相环的窄带滤波器加以滤除的,由于它不采用传统的谐波发生器、倍频器等器件,从而使频率合成器结构简单,造价低,并且有良好的相位噪声特性,所以绝大多数频率合成器均采用间接式频率合成方案。间接式频率合成器的具体实现方案有很多,主要有混频锁相式、取样锁相式和数字分频锁相式三种。本文以802A型调频激励器为例分析数字分频锁相式频率合成技术在调频中的应用,频率合成技术在中短波中的应用与之类似。

频率合成原理

频率合成器的原理如图1所示:

压控振荡器即调制振荡器。压控振荡器是用变容二极管来改变所产生的频率,从压控振荡器输出的已调波频率为f0,经脉冲取样再经可变分频器进行n分频(n值由频率设定装置的编码开关或键盘设定),经n分频后所得f0= f0/n送入鉴相器的一个输入端。石英振荡器产生基准频率f1,经固定分频器进行m分频。所得f2=f1/m送入鉴相器的另一输入端。两信号经鉴相器鉴频鉴相后输出信号频率差和相位差相对应的误差信号电压ud(t),经环路滤波器滤除高频部分后得到控制电压uc(t),送到压控振荡器振荡电路中变容二极管的负端,去改变变容二极管的电容值,从而改变输出频率f0,使f1/m逐渐逼近f0/n用以维持相位锁定状态。由上述分析可以看出环路输出频率的改变是通过改变可变分频器的分频比来实现的。

分频原理

分频器是频率合成器中非常重要的部件,分频器分为可变分频器与固定分频器。为便于理解,这里以由五个D触发器组成的÷10固定分频器为例对分频原理进行简单说明。可变分频器是在固定分频器的基础上,加上预置电路后组成的。10分频即输入10个脉冲输出一个脉冲,由D触发器组成的环形计数器用作÷10固定分频器的逻辑图,如图2所示。

这种计数器,计数脉冲加到每一个D触发器的CP端。因此当计数脉冲,每一个触发器是否翻转就由前一级触发器的状态决定(也就是由它本身D输入端的信号电平决定)。设计数器初始状态为“全0”,则在计数脉冲未进入之前,只有A触发器的Da端为“1”,Db、Dc、Dd、De均为“0”。所以当第一个计数脉冲输入时,只有A触发器翻转。以此类推,即完成了10分频的任务。

频率合成器电路分析

忽略直流偏置、故障检测等电路后,802A频率合成器主要包括调制振荡器部分、分频器部分和鉴相器部分。下面对这三部分电路进行详细的说明。

调制振荡器部分。调制振荡器由结型场效应管Q1组成,谐振电路有L1、L2、CR1、CR2、CR3和CR4组成,其中CR1、CR2用作AFC调谐二极管对,CR3和CR4用作调制二极管对,调制振荡器有两路输出,一路驱动功率放大器,一路驱动分频器。

分频器部分。分频器主要由一系列带有预置电路的计数电路组成。调制振荡器来的载频信号变成脉冲信号后先进行16分频,再经过U3―U7组成的BCD可编程计数器。该计数器可用位于分频器组件板上的两列直插式波动开关以10KHZ的增量设置程序得到87―109MHZ频率范围内的任何频率。每个计数器的输出加到后继计数器的时钟输入端。每个十进制计数器的最大/最小计数信号被读出加到与非门U7。U7输出信号加到单触发器U8,用于将U7输出的非常窄的脉冲扩展到625Hz信号的50%占空比。

鉴相器部分。10MHz石英晶体振荡器是AFC电路参考振荡器,经分频后得到625Hz参考频率。它与分频器分频后得到的信号在鉴相器比较,如果载频高于参考频率,U1的PC输出变高;如果载频低于参考频率,U1的PC输出变低;如果载频与参考频率相同但相位不同,载频领先时U1的PC输出为高,载频滞后时U1的PC输出为低;如果载频与参考频率相同但相位一致,U1的PC输出为2.5V,PC输出经滤波后为-2.5―11.5V之间随频率变化的直流电压,该直流电压即为输入压控振荡器的误差电压。

(作者单位:海峡之声广播电台)

参考书目:

1.王家礼著:《频率合成技术》,西安,西安电子科技大学出版社。

2.沈琪琪编:《频率合成技术》,北京,中国人民战士出版社。