探析全固態(tài)中波發(fā)射機中頻率合成技術的應用

師紅偉

摘 要：本文介紹了全固態(tài)中波發(fā)射機中頻率合成技術關鍵的技術點。對鎖相環(huán)頻率合成器這一全固態(tài)中波發(fā)射機中重要部分電路進行了基本的分析，并介紹了頻率合成技術的基本概念和其在全固態(tài)中波發(fā)射機上的實際應用。

關鍵詞：頻率合成技術；全固態(tài)；中波發(fā)射機；應用

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，頻率合成技術在全固態(tài)中波發(fā)射機中得到了廣泛的應用。頻率合成技術指的是將一個或多個標準頻率，例如晶振信號源，通過合適的計算，變?yōu)榫邆渫环€(wěn)定度和精確度的多個所需頻率的技術。通過電壓控制蕩器，將輸出信號和基準信號源之間保持穩(wěn)定關系的技術為鎖相技術。將頻率合成技術通過基準頻率進行計算，從而獲得不同頻率信號的單元電路為“頻率合成器”或“頻率綜合器”。

1 方法和應用

頻率合成器的特點在于，能夠提供比1×10-8輸出信號更穩(wěn)定的信號，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，可以通過微機控制對分頻比進行調整，能夠對發(fā)射機的頻率更換和頻率顯示進行遠程控制，實現(xiàn)發(fā)射機的數(shù)字化、微機化和自動化。

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。在國外的生產中，有一部分的發(fā)射機使用的是直接合成法。其原理是通過一塊浸提振蕩器作為基準頻率，通過分頻、倍頻和濾波，將所需的頻率當做激勵信號進行輸出。石英晶體的應用是根據(jù)發(fā)射機的特點定做的。雖然這種方法的簡便性較強，但是在輸出紋波和寄生產物上難以進行精確的控制，當發(fā)射機的工作頻率需要進行改變時，還需要選擇不同的石英晶體，近年來直接合成法的應用逐漸減少。

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

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

2 鎖相倍頻電路及其特性

全固態(tài)中波發(fā)射機通常由音頻輸入部分、射頻部分、檢測系統(tǒng)以及電源模塊等四個部分構成，其中射頻部分的主要作用是產生穩(wěn)定的載波信號，逐級的進行有效放大，在數(shù)字音頻編碼信號作用下進行數(shù)模轉化，產生具備量化階的調幅信號，經(jīng)過帶通濾波器雜波處理，輸出標準的調制波。由此可見，射頻部分穩(wěn)定度是關系到發(fā)射機性能參數(shù)的主要指標，其關鍵的構成元件鎖相環(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成?；鶞市盘栐床粌H可以由外部介入，本機也可以產生，對輸入的基準信號與反饋信號的相位作一對比，所得到的相位誤差電壓，用環(huán)路濾波器對誤差電壓的波形進行平衡濾波，當獲得控制電壓后，對壓控振蕩器的頻率進行有效控制。當壓控振蕩器輸出一定頻率的信號時，要通過相位比較器的比較信號進行反饋。以此對整個環(huán)路的循環(huán)動態(tài)進行調整 ，使得輸出信號和基準頻率的頻率趨于一致來確保信號的相位差恒定，整個環(huán)路鎖定的情況下實現(xiàn)相位鎖定的狀態(tài)。但在實際應用中，很難保證輸入的頻率恒定，當輸入頻率發(fā)生一定的改變時，環(huán)路可以進入相應的動態(tài)頻率對輸出信號頻率進行追蹤，保證其鎖定狀態(tài)。

在實際的工作中，鎖相環(huán)的靈活性有著獨特的優(yōu)勢，能夠根據(jù)實際的工作狀態(tài)進行相應的調整。通過輸出信號和基準信號之間的頻率關系、差值關系等等，組成適用于不同設備的電路。在頻率合成技術中，主要是用多種運算方式運用到基本鎖相環(huán)路的反饋通路中，一般使用的是插入分路器。在中波發(fā)射機中，CD4046集成塊有著較多的應用，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構。

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比較器組成。比較器選用的是同一個輸入端，工作相位的差異決定了二者工作狀態(tài)的不同。通過比較器對信號輸入端相位的對比，從而得到誤差電壓，并對電壓進行輸出。之后，在用環(huán)路濾波器，過濾掉無作用的組合頻率，并去除無用干擾，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，對公用放大器的振蕩頻率進行相應的控制和調整，最后輸出公用放大器的振蕩信號。和通過外接的分頻器分頻向相位的比較器比較反饋信號。

公用放大器振蕩范圍的確認是核心的因素。公用放大器是由電流鏡像網(wǎng)絡、RC定時元件、電流控制型振蕩電路、禁止端電平控制的電子開關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、用場效應管和外接電阻組成的。使用這個電路，可以將自環(huán)路濾波器的控制電壓直接轉換為控制電流，兩者之間有著相互促進的關系[2]。

電流鏡像網(wǎng)絡的兩路輸出電流是相等的。輸入電壓能夠對一路流入源極跟隨器的大小進行精確控制；另一路為電路提供對性振蕩電路，從而進行控制。電流鏡像網(wǎng)絡有著鏡像的特點，在對性振蕩電路和源極跟隨器中的電流是相同的。因此，通過電流鏡像網(wǎng)絡進行運作的振蕩電路中的工作電流，可以通過源極跟隨器對輸入控制電壓進行精確控制。

對定時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)控制部分有門電路完成，通過電容兩端不同的輸入電壓，有效的決定了電路的狀態(tài)。當控制電壓比源極跟隨器一支場效應管開啟電壓低時，控制電流的值為0，支場效應管處于挺會狀態(tài)。但是電路中有著并聯(lián)的情況，因此存在電阻，導致電流鏡像網(wǎng)絡為振蕩器提供的工作電流的值最小。所以，通過RC能夠決定最低振蕩頻率，還可以對公用放大器的值進行確定。當控制電源在電源電壓和N1管開啟電壓之間時，隨著控制電壓的變化，電流鏡像網(wǎng)絡的工作電流也會產生變化，從而使得公用放大器的振蕩頻率發(fā)生改變。endprint

當控制電壓和電源電壓的值恒定時，支場效應管會出現(xiàn)深度飽和的情況。在該狀態(tài)下，電流鏡像網(wǎng)絡會向振蕩器中輸入最大工作電流，公用放大器中會產生最高振蕩頻率，該頻率的值和電阻和電容有關。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，源極跟隨器的輸入電壓能夠對振蕩頻率進行精確的控制。

2.3 DAM中波數(shù)字調幅發(fā)射機中CD4046的應用

為了保證載頻信號的穩(wěn)定性，提高載頻信號的精確度。并使其在一定的頻率中，達到相應的規(guī)范標準，在全固態(tài)中波數(shù)字調幅發(fā)射機10KW（DAM）的射頻系統(tǒng)中，將CD4046技術作為關鍵電路技術，從而實現(xiàn)鎖相環(huán)技術。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置，能夠對載頻進行簡便的更改，在該射頻激勵版中使用了間隔9KHz的鎖相環(huán)頻率合成器設計。

首先，在基準信號源中，鎖相環(huán)的基準信號源是用1×10-8的高頻率穩(wěn)定恒溫晶體發(fā)出的4.608MHz信號通過二次分頻獲得的。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相對應的頻率指標。通過插件，可以不用將4.608MHz信號輸送給電壓，而是直接輸送到比較器中。通過調整，原本的正弦波會變?yōu)榉讲?。再進行相應的計算，可以獲得鎖相環(huán)9KHz信號，并輸送到鎖相倍頻電路中；鎖相環(huán)頻率合成器為CD4046，一般是通過環(huán)路濾波器和可編程分頻器組成鎖相環(huán)電路；設置可編程分頻電路的主要目的是為了實現(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 結語

隨著科學技術的不斷發(fā)展，全固態(tài)中波發(fā)射機的激勵器輸出信號以及功率合成都將更加穩(wěn)定，這也為未來真正實現(xiàn)遠程計算機控制的無人值守打下了良好的基礎。通過頻率合成技術的應用，可以有效提高發(fā)射機的性能，拓寬發(fā)射機的應用范圍，提高其穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]趙亮.頻率合成技術在中波固態(tài)發(fā)射機上的應用[J].科技創(chuàng)新與應用，2012（23）：42.

[2]劉昆.DAM全固態(tài)中波廣播發(fā)射機的關鍵技術及新技術動態(tài)[J].科技傳播，2010（07）：76-77.

[3]劉宏學.功率合成技術在全固態(tài)發(fā)射機中的應用實例[J].電聲技術，2010（10）：86-88.

[4]張獻中，張濤.頻率合成技術的發(fā)展及應用[J].電子設計工程，2014（03）：142-145.endprint