探析全固态中波发射机中频率合成技术的应用

师红伟

摘 要：本文介绍了全固态中波发射机中频率合成技术关键的技术点。对锁相环频率合成器这一全固态中波发射机中重要部分电路进行了基本的分析，并介绍了频率合成技术的基本概念和其在全固态中波发射机上的实际应用。

关键词：频率合成技术；全固态；中波发射机；应用

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

0 引言

为了保证中波发射机输出频率的稳定性、精确性以及频繁更换的需要，频率合成技术在全固态中波发射机中得到了广泛的应用。频率合成技术指的是将一个或多个标准频率，例如晶振信号源，通过合适的计算，变为具备同一稳定度和精确度的多个所需频率的技术。通过电压控制荡器，将输出信号和基准信号源之间保持稳定关系的技术为锁相技术。将频率合成技术通过基准频率进行计算，从而获得不同频率信号的单元电路为“频率合成器”或“频率综合器”。

1 方法和应用

频率合成器的特点在于，能够提供比1×10-8输出信号更稳定的信号，能够降低寄生分量。不需要使用滤波器，在集成化和微型化方面更加优秀。在频率合成器中，可以通过微机控制对分频比进行调整，能够对发射机的频率更换和频率显示进行远程控制，实现发射机的数字化、微机化和自动化。

在频率合成中，有多种方法，基本可以分为两类：直接合成法和间接合成法。在国外的生产中，有一部分的发射机使用的是直接合成法。其原理是通过一块浸提振荡器作为基准频率，通过分频、倍频和滤波，将所需的频率当做激励信号进行输出。石英晶体的应用是根据发射机的特点定做的。虽然这种方法的简便性较强，但是在输出纹波和寄生产物上难以进行精确的控制，当发射机的工作频率需要进行改变时，还需要选择不同的石英晶体，近年来直接合成法的应用逐渐减少。

间接合成法主要是通过电压控制振荡器、监相器、低通滤波器和基准频率源组成的。一般是用一个或多个基准频率源，通过谐波或护额频率，利用锁相法，固定压控振荡器输出频率在某个谐波或组合频率上，压控振荡器间接产生中波发射机所需的频率输出，这种间接合成器又称为锁相式合成器。其有着一定的独特性：在提供稳定性较强的输出信号频率时，还可以有效的避免产生寄生分量，不需要使用大量的滤波器，提升了设备的集成化程度。

在当下全固态数字中波发射机中，频率合成技术在振荡器中的应用较为先进，不同频率的发射机可以使用频率不变的合成器，如果更改工作频率，只要对程序分频器的分频比进行适当的调整[1]。

2 锁相倍频电路及其特性

全固态中波发射机通常由音频输入部分、射频部分、检测系统以及电源模块等四个部分构成，其中射频部分的主要作用是产生稳定的载波信号，逐级的进行有效放大，在数字音频编码信号作用下进行数模转化，产生具备量化阶的调幅信号，经过带通滤波器杂波处理，输出标准的调制波。由此可见，射频部分稳定度是关系到发射机性能参数的主要指标，其关键的构成元件锁相环频率合成器更是衡量全固态中波发射机性能的核心元件。

2.1 锁相环捕捉特性

数字集成锁相环的组成由环路滤波器、压控振荡器和相位比较器几部分构成。基准信号源不仅可以由外部介入，本机也可以产生，对输入的基准信号与反馈信号的相位作一对比，所得到的相位误差电压，用环路滤波器对误差电压的波形进行平衡滤波，当获得控制电压后，对压控振荡器的频率进行有效控制。当压控振荡器输出一定频率的信号时，要通过相位比较器的比较信号进行反馈。以此对整个环路的循环动态进行调整 ，使得输出信号和基准频率的频率趋于一致来确保信号的相位差恒定，整个环路锁定的情况下实现相位锁定的状态。但在实际应用中，很难保证输入的频率恒定，当输入频率发生一定的改变时，环路可以进入相应的动态频率对输出信号频率进行追踪，保证其锁定状态。

在实际的工作中，锁相环的灵活性有着独特的优势，能够根据实际的工作状态进行相应的调整。通过输出信号和基准信号之间的频率关系、差值关系等等，组成适用于不同设备的电路。在频率合成技术中，主要是用多种运算方式运用到基本锁相环路的反馈通路中，一般使用的是插入分路器。在中波发射机中，CD4046集成块有着较多的应用，由该集中块组成数字锁相环，可以形成锁相倍频电路的基本结构。

2.2 CD4046锁相环的电气功能

CD4046集成块是由公用放大器、线性压控振荡器和两个比较器组成。比较器选用的是同一个输入端，工作相位的差异决定了二者工作状态的不同。通过比较器对信号输入端相位的对比，从而得到误差电压，并对电压进行输出。之后，在用环路滤波器，过滤掉无作用的组合频率，并去除无用干扰，从而得到最后的控制电压。在将控制电压输入到公用放大器中，对公用放大器的振荡频率进行相应的控制和调整，最后输出公用放大器的振荡信号。和通过外接的分频器分频向相位的比较器比较反馈信号。

公用放大器振荡范围的确认是核心的因素。公用放大器是由电流镜像网络、RC定时元件、电流控制型振荡电路、禁止端电平控制的电子开关以及源极跟随器组成的。一般情况下，控制电压的输入电路是由源极跟随器、用场效应管和外接电阻组成的。使用这个电路，可以将自环路滤波器的控制电压直接转换为控制电流，两者之间有着相互促进的关系[2]。

电流镜像网络的两路输出电流是相等的。输入电压能够对一路流入源极跟随器的大小进行精确控制；另一路为电路提供对性振荡电路，从而进行控制。电流镜像网络有着镜像的特点，在对性振荡电路和源极跟随器中的电流是相同的。因此，通过电流镜像网络进行运作的振荡电路中的工作电流，可以通过源极跟随器对输入控制电压进行精确控制。

对定时电容充放电速度控制工作有工作电流了完成，电容正反状态控制部分有门电路完成，通过电容两端不同的输入电压，有效的决定了电路的状态。当控制电压比源极跟随器一支场效应管开启电压低时，控制电流的值为0，支场效应管处于挺会状态。但是电路中有着并联的情况，因此存在电阻，导致电流镜像网络为振荡器提供的工作电流的值最小。所以，通过RC能够决定最低振荡频率，还可以对公用放大器的值进行确定。当控制电源在电源电压和N1管开启电压之间时，随着控制电压的变化，电流镜像网络的工作电流也会产生变化，从而使得公用放大器的振荡频率发生改变。endprint

当控制电压和电源电压的值恒定时，支场效应管会出现深度饱和的情况。在该状态下，电流镜像网络会向振荡器中输入最大工作电流，公用放大器中会产生最高振荡频率，该频率的值和电阻和电容有关。由此可以得出，电阻和电容能够影响到公用放大器的振荡频率范围，在一定的范围内，源极跟随器的输入电压能够对振荡频率进行精确的控制。

2.3 DAM中波数字调幅发射机中CD4046的应用

为了保证载频信号的稳定性，提高载频信号的精确度。并使其在一定的频率中，达到相应的规范标准，在全固态中波数字调幅发射机10KW（DAM）的射频系统中，将CD4046技术作为关键电路技术，从而实现锁相环技术。在中波广播频段中，有着9KHz的频率间隔。为了保证中波段中的载频设置，能够对载频进行简便的更改，在该射频激励版中使用了间隔9KHz的锁相环频率合成器设计。

首先，在基准信号源中，锁相环的基准信号源是用1×10-8的高频率稳定恒温晶体发出的4.608MHz信号通过二次分频获得的。根据之前的研究得出，在531KHz到1602KHz频段的载频中，都有和4.608MHz相对应的频率指标。通过插件，可以不用将4.608MHz信号输送给电压，而是直接输送到比较器中。通过调整，原本的正弦波会变为方波。再进行相应的计算，可以获得锁相环9KHz信号，并输送到锁相倍频电路中；锁相环频率合成器为CD4046，一般是通过环路滤波器和可编程分频器组成锁相环电路；设置可编程分频电路的主要目的是为了实现中波频段的全覆盖。在反馈环中，可以融入可编程分频器，包括531KHz到1602KHz[3]。

3 结语

随着科学技术的不断发展，全固态中波发射机的激励器输出信号以及功率合成都将更加稳定，这也为未来真正实现远程计算机控制的无人值守打下了良好的基础。通过频率合成技术的应用，可以有效提高发射机的性能，拓宽发射机的应用范围，提高其稳定性。

参考文献：

[1]赵亮.频率合成技术在中波固态发射机上的应用[J].科技创新与应用，2012（23）：42.

[2]刘昆.DAM全固态中波广播发射机的关键技术及新技术动态[J].科技传播，2010（07）：76-77.

[3]刘宏学.功率合成技术在全固态发射机中的应用实例[J].电声技术，2010（10）：86-88.

[4]张献中，张涛.频率合成技术的发展及应用[J].电子设计工程，2014（03）：142-145.endprint