專利名稱:調(diào)頻單路單載波發(fā)生器的制作方法
本發(fā)明涉及微波通信設(shè)備，是一種調(diào)頻單路單載波發(fā)生器(簡稱FM-SCPC發(fā)生器)。
在衛(wèi)星通信地面站的通信設(shè)備中，發(fā)送部分的調(diào)頻單路單載波信號發(fā)生器(FM-SCPC發(fā)生器)通常由兩個(gè)標(biāo)頻發(fā)生器、頻率調(diào)制器、混頻器、頻率合成器和帶通濾波器組成。標(biāo)頻發(fā)生器I產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率f1輸入頻率調(diào)制器，由基帶信號對f1進(jìn)行調(diào)頻，產(chǎn)生中心頻率為f1的調(diào)頻信號;標(biāo)頻發(fā)生器Ⅱ產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率fr，經(jīng)過頻率合成器輸出可以預(yù)置或程控的頻率為f2＝Nfr(N為可預(yù)置或程控的正整數(shù))的信號;中心頻率為f1的調(diào)頻信號和可預(yù)置或程控的頻率為f2的信號分別輸入混頻器的信號輸入端和本振輸入端進(jìn)行混頻，混頻信號經(jīng)過帶通濾波器取出f1和f2的和頻或差頻信號f0，即得到中心頻率可預(yù)置或程控的調(diào)頻單路單載波信號(FM-SCPC信號)。這種方案電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)試工作困難。而且，由于混頻器的非線性，在其輸出信號中含有許多干擾頻率分量，而單路單載波系統(tǒng)要求f0的變化范圍(即帶通濾波器的3分貝帶寬)往往很寬，為了取出有用的FM-SCPC信號，而不允許有較低階的混頻干擾落入帶通濾波器的3分貝帶寬內(nèi)，這就造成了f1、f2與f0三個(gè)頻率之間苛刻的制約條件，使選用頻率困難，因而往往限制了該方案的推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，研制一種電路結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便的調(diào)頻單路單載波信號發(fā)生器，它能解決上述大范圍改變本振頻率時(shí)選擇混頻頻率的困難，以便能在實(shí)際中推廣應(yīng)用。
本發(fā)明將頻率調(diào)制器和頻率合成器合為一體，采用一個(gè)鎖相環(huán)來實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制與頻率合成兩種功能，不需要混頻而直接產(chǎn)生FM-SCPC信號。它由標(biāo)頻發(fā)生器(1)、鑒相器(2)、環(huán)路濾波器(3)、相加器(4)、壓控振蕩器(簡稱VCO)(5)和程序分頻器(6)等組成。標(biāo)頻發(fā)生器(1)產(chǎn)生的穩(wěn)定頻率fr輸入鑒相器(2)，作為鎖相環(huán)的參考頻率。VCO(5)的工作頻率f0經(jīng)過由頻率選擇開關(guān)或微機(jī)控制的程序分頻器(6)進(jìn)行N次分頻后輸入鑒相器(2)，N的大小可由頻率選擇開關(guān)手控或由微機(jī)程控，鎖相環(huán)路鎖定后f0/N＝fr，所以工作頻率f0＝Nfr可以通過手控或程控每間隔fr進(jìn)行變化。鑒相器(2)輸出的信號經(jīng)過環(huán)路濾波器(3)輸出控制電壓，并與基帶信號一起輸入相加器(4)相加后輸入VCO(5)，控制電壓使f0跟蹤fr(即f0＝Nfr)，基帶信號由于環(huán)路濾波器作用而不參與環(huán)路反饋，而對f0進(jìn)行調(diào)頻。這樣，在VCO(5)的輸出端就得到了中心頻率為f0的可以手控或程控改變的調(diào)頻信號，稱為調(diào)頻單路單載波信號(簡稱FM-SCPC信號)。
由于工作頻率f0的變化范圍往往要求很寬，一般鎖相環(huán)的捕捉帶和同步帶的范圍達(dá)不到所要求的帶寬，或者即使能夠捕捉，捕捉的時(shí)間也很長。為了解決這個(gè)問題，本發(fā)明增設(shè)一個(gè)數(shù)/模(D/A)變換器(7)，其輸出接到相加器(4)，由頻率選擇開關(guān)或微機(jī)分別供給程序分頻器(6)和D/A變換器(7)以相應(yīng)的碼組，在程序分頻器(6)改變N的同時(shí)，D/A變換器(7)輸出一個(gè)粗調(diào)電壓到相加器(4)，與環(huán)路濾波器(3)輸出的細(xì)調(diào)電壓相加后，輸入VCO(5)的振蕩回路作為控制電壓。
普通的鎖相調(diào)頻器只采用一組(一只或一對)變?nèi)荻O管，因而信號的調(diào)頻靈敏度即等于環(huán)路壓控靈敏度。而在實(shí)際應(yīng)用場合，對兩種靈敏度的指標(biāo)要求往往相差幾十倍，甚至幾百倍，因而普通的鎖相調(diào)頻電路往往達(dá)不到要求。本發(fā)明采取在VCO(5)的振蕩回路中并聯(lián)兩組變?nèi)荻O管，即D1與D2為一組(也可用一只)，D3與D4為另一組(也可用一只)。相加器(4)輸出的控制電壓加到D3與D4上，用來控制VCO(5)的振蕩頻率f0，使f0跟蹤fr(即f0＝Nfr);基帶信號可直接加到D1與D2上，用來對f0進(jìn)行調(diào)頻。為了使調(diào)頻靈敏度在f0的變化范圍內(nèi)保持均勻，本發(fā)明在基帶信號源同D1與D2之間增設(shè)一個(gè)相加器(8)，D/A變換器(7)的輸出電壓與基帶信號輸入相加器(8)相加后接到D1與D2上，用來對f0進(jìn)行調(diào)頻。適當(dāng)選擇D1與D2和D3與D4兩組變?nèi)荻O管，即可達(dá)到調(diào)頻靈敏度和控制靈敏度的不同要求。有時(shí)為了降低調(diào)頻靈敏度或改善調(diào)頻線性度，D1與D2上可以串聯(lián)一個(gè)固定電容，或者并聯(lián)一個(gè)固定電容，也可以同時(shí)串聯(lián)和并聯(lián)固定電容。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1.由于本發(fā)明只用一個(gè)鎖相環(huán)即可完成頻率調(diào)制與頻率合成兩種功能，故簡化了電路結(jié)構(gòu)和調(diào)試步驟。
2.由于在電路結(jié)構(gòu)上省去了標(biāo)頻發(fā)生器I、頻率調(diào)制器、混頻器及帶通濾波器等，故降低了成本。
3.由于不采用混頻方案，因而解決了大范圍改變本振頻率時(shí)選擇混頻頻率的困難，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。
4.由于D/A變換器(7)輸出的粗調(diào)電壓可預(yù)置變?nèi)荻O管的工作點(diǎn)，因而縮短了鎖相環(huán)路的捕捉時(shí)間，也即縮短了單路單載波信號的載頻切換時(shí)間。
5.采用兩組變?nèi)荻O管方案，可以分別滿足調(diào)頻靈敏度和環(huán)路壓控靈敏度的不同指標(biāo)要求，并可達(dá)到調(diào)頻靈敏度和調(diào)頻線性度的指標(biāo)要求。
圖1為FM-SCPC發(fā)生器框圖。
圖2為載頻f0變化范圍很寬的FM-SCPC發(fā)生器框圖。
圖3為FM-SCPC發(fā)生器實(shí)施例電路圖。
本發(fā)明可以采用以下方案實(shí)施由于實(shí)際應(yīng)用中VCO(5)的工作頻率f0往往較高，因而在可變的程序分頻器(6)之前增加一個(gè)雙模數(shù)前置分頻器(9)，它與程序分頻器(6)構(gòu)成吞脈沖程序分頻器。為了隔離起見，可在相加器(4)和相加器(8)之間增加一個(gè)跟隨器(10)，它由運(yùn)算放大器A2所構(gòu)成。D/A變換器(7)輸出的粗調(diào)電壓經(jīng)電阻R12到相加器(4)的同相輸入端，而經(jīng)過R7、跟隨器(10)和R6加到相加器(8)的同相輸入端。VCO(5)由集成電路E1648和旁路電容C3、C4及振蕩回路所組成，振蕩回路由兩組變?nèi)荻O管D1與D2和D3與D4相并聯(lián)后再同電感L相并聯(lián)構(gòu)成，變?nèi)荻O管D1與D2之間串接固定電容C8，以便降低調(diào)頻靈敏度和改善調(diào)頻線性度。由環(huán)路濾波器(3)輸出的細(xì)調(diào)電壓經(jīng)電阻R9給相加器(4)，輸出控制電壓經(jīng)R11、C5、L3加到VCO(5)的跟蹤組變?nèi)荻O管D3與D4上，使f0跟蹤fr(即f0＝Nfr)?；鶐盘柦?jīng)C1和R2輸入到相加器(8)，它與經(jīng)過跟隨器(10)和R6輸入到相加器(8)的粗調(diào)電壓相加后，再經(jīng)R4、C2、L2與L1加到VCO(5)的調(diào)制組變?nèi)荻O管D1與D2上，基帶信號對VCO(5)的工作頻率f0進(jìn)行調(diào)頻，粗調(diào)電壓可使D1與D2的工作點(diǎn)隨著D3與D4工作點(diǎn)的改變而同步變化。相加器(8)和(4)分別由運(yùn)算放大器A1和A3及其電阻所組成，電位器W1和W2分別用來調(diào)整A1和A3輸出端的起始電平。VCO(5)的輸出端增加輸出器(11)，它可以調(diào)整輸出電平并實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，可由兩級射極輸出器構(gòu)成。標(biāo)頻發(fā)生器(1)由1MHz溫補(bǔ)晶振ZWB-1、集成電路片CC4049、LS74、LS90等組成，輸出fr為50KHz方波。鑒相器(2)與環(huán)路濾波器(3)可采用集成電路T4044(或ST002)。相加器(4)和(8)及跟隨器(10)中的運(yùn)算放大器A3、A1及A2可采用一片LM324或兩片LM358集成電路。程序分頻器(6)可采用4片LS162A分別作為千位、百位、十位和吞食(個(gè)位)計(jì)數(shù)器，采用兩片LS10作為邏輯控制電路，并用集成電路E12012作為雙模數(shù)前置分頻器(9)，從而構(gòu)成了吞脈沖程序分頻器。為了對4片LS162A進(jìn)行預(yù)置或程控，采用兩片集成電路LS273作為鎖存器(12)。D/A變換器(7)可采用內(nèi)部含有鎖存器的集成電路DAC0832和一個(gè)運(yùn)算放大器組成。微機(jī)送來的碼組分成三組八位數(shù)據(jù)碼，由譯碼器(13)根據(jù)微機(jī)送來的地址碼分別控制D/A變換器(7)中的鎖存器和鎖存器(12)，使三組數(shù)據(jù)碼分別作為粗調(diào)碼、千位百位預(yù)置碼和十位個(gè)位預(yù)置碼鎖存在相應(yīng)的集成電路片中。譯碼器(13)可采用LS138集成電路構(gòu)成。
實(shí)際應(yīng)用中的FM-SCPC發(fā)生器的各個(gè)單元電路，也可以由其他型號的同類電路所組成。VCO(5)可以采用分立元件的電路，當(dāng)工作頻率f0較高時(shí)也可采用微帶電路。鑒相器(2)、程序分頻器(6)、鎖存器(12)等可以采用一片大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)，例如MC145146等系列的單片鎖相環(huán)頻率合成器。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)頻單路單載波發(fā)生器，由標(biāo)頻發(fā)生器(1)、鑒相器(2)、環(huán)路濾波器(3)、相加器(4)、壓控振蕩器(簡稱VCO)(5)和程序分頻器(6)等組成。其特征在于頻率調(diào)制器和頻率合成器采用一個(gè)鎖相環(huán)，由標(biāo)頻發(fā)生器(1)產(chǎn)生的穩(wěn)定頻率fr輸入鑒相器(2)，VCO(5)的工作頻率f。經(jīng)過由頻率選擇開關(guān)或微機(jī)控制的程序分頻器(6)進(jìn)行N次分頻后也輸入鑒相器(2)，鑒相器(2)輸出的信號經(jīng)過環(huán)路濾波器(3)輸出使f0跟蹤fr(即f0=Nfr)的控制電壓，并與對f0進(jìn)行調(diào)頻的基帶信號一起輸入相加器(4)相加后輸入VCO(5)，VCO(5)輸出調(diào)頻單路單路單載波信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的發(fā)生器，其特征在于有一個(gè)由頻率選擇開關(guān)或微機(jī)控制的數(shù)/模(D/A)變換器(7)，其輸出端與相加器(4)聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的發(fā)生器，其特征在于VCO(5)的振蕩回路由兩組變?nèi)荻O管D1與D2和D3與D4相并聯(lián)后再同電感L相并聯(lián)構(gòu)成，變?nèi)荻O管D1與D2之間可串接固定電容C8，或在D1與D2上并聯(lián)固定電容，也可以同時(shí)串聯(lián)和并聯(lián)固定電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的發(fā)生器，其特征在于基帶信號可以直接加到變?nèi)荻O管D1與D2上，或者在基帶信號源同變?nèi)荻O管D1與D2之間有一個(gè)相加器(8)，基帶信號和D/A變換器(7)的輸出電壓輸入相加器(8)相加后接到變?nèi)荻O管D1與D2上。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的發(fā)生器，其特征在于程序分頻器(6)之前有一個(gè)雙模數(shù)前置分頻器(9)，兩者構(gòu)成吞脈沖程序分頻器。
6.根據(jù)權(quán)利要求
4中所述的發(fā)生器，其特征在于相加器(4)和相加器(8)之間有一個(gè)跟隨器(10)，它由運(yùn)算放大器A2所構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的發(fā)生器，其特征在于VCO(5)的輸出端有一個(gè)輸出器(11)，它由兩級射極輸出器構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的發(fā)生器，其特征在于鑒相器(2)、程序分頻器(6)、鎖存器(12)等用一片大規(guī)模集成電路組成。
專利摘要
調(diào)頻單路單載波發(fā)生器(簡稱FM-SCPC發(fā)生器)屬于微波通信設(shè)備。它采用一個(gè)鎖相環(huán)來實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制和頻率合成兩種功能，不需要混頻而直接產(chǎn)生FM-SCPC信號。具有電路結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，并且解決了大范圍改變本振頻率時(shí)選擇混頻頻率的困難，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，工作頻率可以采用頻率選擇開關(guān)或微機(jī)控制。
文檔編號H04B7/155GK87105936SQ87105936
公開日1988年6月8日 申請日期1987年12月12日
發(fā)明者姜文潮 申請人:南京工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan