師紅偉

摘 要：本文介紹了全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)中頻率合成技術(shù)關(guān)鍵的技術(shù)點(diǎn)。對(duì)鎖相環(huán)頻率合成器這一全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)中重要部分電路進(jìn)行了基本的分析，并介紹了頻率合成技術(shù)的基本概念和其在全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：頻率合成技術(shù)；全固態(tài)；中波發(fā)射機(jī)；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.047

0 引言

為了保證中波發(fā)射機(jī)輸出頻率的穩(wěn)定性、精確性以及頻繁更換的需要，頻率合成技術(shù)在全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。頻率合成技術(shù)指的是將一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率，例如晶振信號(hào)源，通過(guò)合適的計(jì)算，變?yōu)榫邆渫环€(wěn)定度和精確度的多個(gè)所需頻率的技術(shù)。通過(guò)電壓控制蕩器，將輸出信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)源之間保持穩(wěn)定關(guān)系的技術(shù)為鎖相技術(shù)。將頻率合成技術(shù)通過(guò)基準(zhǔn)頻率進(jìn)行計(jì)算，從而獲得不同頻率信號(hào)的單元電路為“頻率合成器”或“頻率綜合器”。

1 方法和應(yīng)用

頻率合成器的特點(diǎn)在于，能夠提供比1×10-8輸出信號(hào)更穩(wěn)定的信號(hào)，能夠降低寄生分量。不需要使用濾波器，在集成化和微型化方面更加優(yōu)秀。在頻率合成器中，可以通過(guò)微機(jī)控制對(duì)分頻比進(jìn)行調(diào)整，能夠?qū)Πl(fā)射機(jī)的頻率更換和頻率顯示進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的數(shù)字化、微機(jī)化和自動(dòng)化。

在頻率合成中，有多種方法，基本可以分為兩類：直接合成法和間接合成法。在國(guó)外的生產(chǎn)中，有一部分的發(fā)射機(jī)使用的是直接合成法。其原理是通過(guò)一塊浸提振蕩器作為基準(zhǔn)頻率，通過(guò)分頻、倍頻和濾波，將所需的頻率當(dāng)做激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行輸出。石英晶體的應(yīng)用是根據(jù)發(fā)射機(jī)的特點(diǎn)定做的。雖然這種方法的簡(jiǎn)便性較強(qiáng)，但是在輸出紋波和寄生產(chǎn)物上難以進(jìn)行精確的控制，當(dāng)發(fā)射機(jī)的工作頻率需要進(jìn)行改變時(shí)，還需要選擇不同的石英晶體，近年來(lái)直接合成法的應(yīng)用逐漸減少。

間接合成法主要是通過(guò)電壓控制振蕩器、監(jiān)相器、低通濾波器和基準(zhǔn)頻率源組成的。一般是用一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)頻率源，通過(guò)諧波或護(hù)額頻率，利用鎖相法，固定壓控振蕩器輸出頻率在某個(gè)諧波或組合頻率上，壓控振蕩器間接產(chǎn)生中波發(fā)射機(jī)所需的頻率輸出，這種間接合成器又稱為鎖相式合成器。其有著一定的獨(dú)特性：在提供穩(wěn)定性較強(qiáng)的輸出信號(hào)頻率時(shí)，還可以有效的避免產(chǎn)生寄生分量，不需要使用大量的濾波器，提升了設(shè)備的集成化程度。

在當(dāng)下全固態(tài)數(shù)字中波發(fā)射機(jī)中，頻率合成技術(shù)在振蕩器中的應(yīng)用較為先進(jìn)，不同頻率的發(fā)射機(jī)可以使用頻率不變的合成器，如果更改工作頻率，只要對(duì)程序分頻器的分頻比進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整[1]。

2 鎖相倍頻電路及其特性

全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)通常由音頻輸入部分、射頻部分、檢測(cè)系統(tǒng)以及電源模塊等四個(gè)部分構(gòu)成，其中射頻部分的主要作用是產(chǎn)生穩(wěn)定的載波信號(hào)，逐級(jí)的進(jìn)行有效放大，在數(shù)字音頻編碼信號(hào)作用下進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生具備量化階的調(diào)幅信號(hào)，經(jīng)過(guò)帶通濾波器雜波處理，輸出標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制波。由此可見(jiàn)，射頻部分穩(wěn)定度是關(guān)系到發(fā)射機(jī)性能參數(shù)的主要指標(biāo)，其關(guān)鍵的構(gòu)成元件鎖相環(huán)頻率合成器更是衡量全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)性能的核心元件。

2.1 鎖相環(huán)捕捉特性

數(shù)字集成鎖相環(huán)的組成由環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和相位比較器幾部分構(gòu)成。基準(zhǔn)信號(hào)源不僅可以由外部介入，本機(jī)也可以產(chǎn)生，對(duì)輸入的基準(zhǔn)信號(hào)與反饋信號(hào)的相位作一對(duì)比，所得到的相位誤差電壓，用環(huán)路濾波器對(duì)誤差電壓的波形進(jìn)行平衡濾波，當(dāng)獲得控制電壓后，對(duì)壓控振蕩器的頻率進(jìn)行有效控制。當(dāng)壓控振蕩器輸出一定頻率的信號(hào)時(shí)，要通過(guò)相位比較器的比較信號(hào)進(jìn)行反饋。以此對(duì)整個(gè)環(huán)路的循環(huán)動(dòng)態(tài)進(jìn)行調(diào)整 ，使得輸出信號(hào)和基準(zhǔn)頻率的頻率趨于一致來(lái)確保信號(hào)的相位差恒定，整個(gè)環(huán)路鎖定的情況下實(shí)現(xiàn)相位鎖定的狀態(tài)。但在實(shí)際應(yīng)用中，很難保證輸入的頻率恒定，當(dāng)輸入頻率發(fā)生一定的改變時(shí)，環(huán)路可以進(jìn)入相應(yīng)的動(dòng)態(tài)頻率對(duì)輸出信號(hào)頻率進(jìn)行追蹤，保證其鎖定狀態(tài)。

在實(shí)際的工作中，鎖相環(huán)的靈活性有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能夠根據(jù)實(shí)際的工作狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。通過(guò)輸出信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)之間的頻率關(guān)系、差值關(guān)系等等，組成適用于不同設(shè)備的電路。在頻率合成技術(shù)中，主要是用多種運(yùn)算方式運(yùn)用到基本鎖相環(huán)路的反饋通路中，一般使用的是插入分路器。在中波發(fā)射機(jī)中，CD4046集成塊有著較多的應(yīng)用，由該集中塊組成數(shù)字鎖相環(huán)，可以形成鎖相倍頻電路的基本結(jié)構(gòu)。

2.2 CD4046鎖相環(huán)的電氣功能

CD4046集成塊是由公用放大器、線性壓控振蕩器和兩個(gè)比較器組成。比較器選用的是同一個(gè)輸入端，工作相位的差異決定了二者工作狀態(tài)的不同。通過(guò)比較器對(duì)信號(hào)輸入端相位的對(duì)比，從而得到誤差電壓，并對(duì)電壓進(jìn)行輸出。之后，在用環(huán)路濾波器，過(guò)濾掉無(wú)作用的組合頻率，并去除無(wú)用干擾，從而得到最后的控制電壓。在將控制電壓輸入到公用放大器中，對(duì)公用放大器的振蕩頻率進(jìn)行相應(yīng)的控制和調(diào)整，最后輸出公用放大器的振蕩信號(hào)。和通過(guò)外接的分頻器分頻向相位的比較器比較反饋信號(hào)。

公用放大器振蕩范圍的確認(rèn)是核心的因素。公用放大器是由電流鏡像網(wǎng)絡(luò)、RC定時(shí)元件、電流控制型振蕩電路、禁止端電平控制的電子開(kāi)關(guān)以及源極跟隨器組成的。一般情況下，控制電壓的輸入電路是由源極跟隨器、用場(chǎng)效應(yīng)管和外接電阻組成的。使用這個(gè)電路，可以將自環(huán)路濾波器的控制電壓直接轉(zhuǎn)換為控制電流，兩者之間有著相互促進(jìn)的關(guān)系[2]。

電流鏡像網(wǎng)絡(luò)的兩路輸出電流是相等的。輸入電壓能夠?qū)σ宦妨魅朐礃O跟隨器的大小進(jìn)行精確控制；另一路為電路提供對(duì)性振蕩電路，從而進(jìn)行控制。電流鏡像網(wǎng)絡(luò)有著鏡像的特點(diǎn)，在對(duì)性振蕩電路和源極跟隨器中的電流是相同的。因此，通過(guò)電流鏡像網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)作的振蕩電路中的工作電流，可以通過(guò)源極跟隨器對(duì)輸入控制電壓進(jìn)行精確控制。

對(duì)定時(shí)電容充放電速度控制工作有工作電流了完成，電容正反狀態(tài)控制部分有門(mén)電路完成，通過(guò)電容兩端不同的輸入電壓，有效的決定了電路的狀態(tài)。當(dāng)控制電壓比源極跟隨器一支場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)啟電壓低時(shí)，控制電流的值為0，支場(chǎng)效應(yīng)管處于挺會(huì)狀態(tài)。但是電路中有著并聯(lián)的情況，因此存在電阻，導(dǎo)致電流鏡像網(wǎng)絡(luò)為振蕩器提供的工作電流的值最小。所以，通過(guò)RC能夠決定最低振蕩頻率，還可以對(duì)公用放大器的值進(jìn)行確定。當(dāng)控制電源在電源電壓和N1管開(kāi)啟電壓之間時(shí)，隨著控制電壓的變化，電流鏡像網(wǎng)絡(luò)的工作電流也會(huì)產(chǎn)生變化，從而使得公用放大器的振蕩頻率發(fā)生改變。endprint

當(dāng)控制電壓和電源電壓的值恒定時(shí)，支場(chǎng)效應(yīng)管會(huì)出現(xiàn)深度飽和的情況。在該狀態(tài)下，電流鏡像網(wǎng)絡(luò)會(huì)向振蕩器中輸入最大工作電流，公用放大器中會(huì)產(chǎn)生最高振蕩頻率，該頻率的值和電阻和電容有關(guān)。由此可以得出，電阻和電容能夠影響到公用放大器的振蕩頻率范圍，在一定的范圍內(nèi)，源極跟隨器的輸入電壓能夠?qū)φ袷庮l率進(jìn)行精確的控制。

2.3 DAM中波數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)中CD4046的應(yīng)用

為了保證載頻信號(hào)的穩(wěn)定性，提高載頻信號(hào)的精確度。并使其在一定的頻率中，達(dá)到相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在全固態(tài)中波數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)10KW（DAM）的射頻系統(tǒng)中，將CD4046技術(shù)作為關(guān)鍵電路技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)技術(shù)。在中波廣播頻段中，有著9KHz的頻率間隔。為了保證中波段中的載頻設(shè)置，能夠?qū)d頻進(jìn)行簡(jiǎn)便的更改，在該射頻激勵(lì)版中使用了間隔9KHz的鎖相環(huán)頻率合成器設(shè)計(jì)。

首先，在基準(zhǔn)信號(hào)源中，鎖相環(huán)的基準(zhǔn)信號(hào)源是用1×10-8的高頻率穩(wěn)定恒溫晶體發(fā)出的4.608MHz信號(hào)通過(guò)二次分頻獲得的。根據(jù)之前的研究得出，在531KHz到1602KHz頻段的載頻中，都有和4.608MHz相對(duì)應(yīng)的頻率指標(biāo)。通過(guò)插件，可以不用將4.608MHz信號(hào)輸送給電壓，而是直接輸送到比較器中。通過(guò)調(diào)整，原本的正弦波會(huì)變?yōu)榉讲?。再進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，可以獲得鎖相環(huán)9KHz信號(hào)，并輸送到鎖相倍頻電路中；鎖相環(huán)頻率合成器為CD4046，一般是通過(guò)環(huán)路濾波器和可編程分頻器組成鎖相環(huán)電路；設(shè)置可編程分頻電路的主要目的是為了實(shí)現(xiàn)中波頻段的全覆蓋。在反饋環(huán)中，可以融入可編程分頻器，包括531KHz到1602KHz[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)的激勵(lì)器輸出信號(hào)以及功率合成都將更加穩(wěn)定，這也為未來(lái)真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制的無(wú)人值守打下了良好的基礎(chǔ)。通過(guò)頻率合成技術(shù)的應(yīng)用，可以有效提高發(fā)射機(jī)的性能，拓寬發(fā)射機(jī)的應(yīng)用范圍，提高其穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

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