1 引 言

在便攜式及車載型電臺中，多采用直接調(diào)頻技術，應用以電壓調(diào)控的變?nèi)荻壒?，?a target="_blank">振蕩器的頻率產(chǎn)生偏移，由于鎖相環(huán)環(huán)路誤差傳遞函數(shù)的高通特性，被搭載的調(diào)制信號不能出現(xiàn)阻帶內(nèi)的低頻或直流分量，數(shù)字調(diào)制即表現(xiàn)為長“0”或長“1”的狀態(tài)，否則會使頻偏降低或消失。這對數(shù)傳電臺不利，為此可對基帶數(shù)據(jù)進行擾碼，減小長“0”或長“1”的狀態(tài)，但又會帶來誤碼的傳遞，為了解決這個問題本文提出采用雙調(diào)制鎖相頻率合成器的方法。

2 雙調(diào)制電路工作原理

雙調(diào)制鎖相頻率合成器構成如圖1所示，fo一般用高精度和高穩(wěn)定晶體產(chǎn)生，以達到鎖相輸出頻率和晶振同等級別的性能。這種系統(tǒng)可以被用來直接調(diào)頻，作為模擬調(diào)制或數(shù)字調(diào)制。一般鎖相調(diào)制電路只調(diào)制VCO，而雙調(diào)制方法就是既調(diào)制VCO，又調(diào)制晶體基準源，通過兩者互相補償來實現(xiàn)任意低頻調(diào)制頻偏。

根據(jù)環(huán)路的線性相位模型［1］，可以分別計算雙調(diào)制中UF1（t）和Uf2（t）的調(diào)制作用，以下均以拉普拉斯變換表示。

單獨考慮UF2（t）的調(diào)制時θ1（s）=0，產(chǎn)生的輸出相位為：

由式（3）、式（6）可得

He（s）具有高通特性，所以必須使調(diào)制頻率在他的通帶之內(nèi)才行，進入阻帶后調(diào)制頻偏很小，甚至消失。

若選擇G1（s）=G2（s）=1，則總輸出相位為：

當K1/M=K2/N=K時

由此可見雙調(diào)制電路可以使兩個調(diào)制的效果相互補償，得到在很寬調(diào)制范圍內(nèi)頻偏正比于調(diào)制信號的FSK調(diào)制器，同樣也適合模擬的FM調(diào)制。

環(huán)路中配備了可預置分頻器“N分頻”和“M分頻”，軟件可控，通過單片機控制可實現(xiàn)任意頻率的輸出，即：

3 電路設計與實現(xiàn)

雙調(diào)制的VCO調(diào)制部分采用變?nèi)?a target="_blank">二極管組成的西勒振蕩［2］，電路如圖2所示。其中D4用于鎖相環(huán)路自調(diào)節(jié)，D3用于FSK調(diào)制，Q4及周邊的元件構成振蕩器的核心電路，產(chǎn)生實際所需的射頻信號源，Q5和Q7是緩沖電路，其中Q5輸出信號提供給鎖相環(huán)，作為頻率（或相位）反饋信號，Q7是一個反向放大器，輸出信號提供給功率放大器。之所以要用Q5，Q7，緩沖，是為了隔離負載效應，避免功放的輸入阻抗對壓控振蕩器的頻率產(chǎn)生牽引，影響頻率的精度。

另一調(diào)制部分采用VCXO實現(xiàn)，該器件為集成有源品振，可使能輸出，且有一電壓輸入控制端，可使VCXO輸出頻率在±100 ppm左右的范圍內(nèi)調(diào)整，如NKG公司的VCXOS1E050。采用此器件，晶振源和相應的調(diào)頻器就可方便實現(xiàn)，電路簡單，體積小。

可預置分頻器和鑒相器采用集成電路LMX1602，SPI接口控制，是一個雙模鎖相環(huán)，內(nèi)部包含2個可獨立設置的PLL電路，工作頻率可達1 GHz，在這只使用其中一路。

TX DATA為需調(diào)制的數(shù)據(jù)基帶信號，一路直接調(diào)制VCO，一路反相后通過運放組成的加法器調(diào)制VCXO，加法器的另一輸入端FCT用于微調(diào)載波頻率，以保證載頻的精度。具體電路如圖3所示。

此電路通過單片機設置LMX1602相關寄存器，即可輸出1 GHz以內(nèi)任何載頻的FSK調(diào)制射頻信號，載波的精度和穩(wěn)定度同晶體的相當。

4 實驗結果

分量，當K1/M=K2/N=K和G1（s）=G2（s）=1同時成立時，兩個分量的相減為零，即在環(huán)路鎖定時，無調(diào)制和雙調(diào)制的θe值是一樣的，具體表現(xiàn)為LPF低通輸出后的電壓值保持不變，所以調(diào)試時可通過高精度萬用表觀察LPF低通輸出后的電壓來確定參數(shù)是否調(diào)好。

為了實驗其效果，實際制作了一套無線收發(fā)器，通過對比直接鎖相調(diào)頻（只調(diào)制環(huán)路VCO的變?nèi)荻O管）調(diào)制解調(diào)的波形來觀察雙調(diào)制鎖相調(diào)頻的補償效果。設計鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬為600 Hz左右，調(diào)節(jié)可調(diào)信源，分別用1.2 kHz，600 Hz，300 Hz，150 Hz和75 Hz的方波作為調(diào)制信號來觀察調(diào)制解調(diào)的效果，實際波形如圖5和圖6所示，橫坐標為時間，縱坐標為解調(diào)信號的幅度，左上角為對應測得的信號頻率。調(diào)頻接收機采用了正交鑒頻，輸出的幅度大小就代表輸入信號頻率的大小，即可方便觀察發(fā)射調(diào)制信號產(chǎn)生頻偏的大小。其中圖6左列為鎖相頻率合成器采用直接鎖相調(diào)頻解調(diào)后的波形，從波形可以看出當頻率小于600 Hz（環(huán)路帶寬）后調(diào)制的頻偏慢慢消失，到75 Hz時，方波調(diào)制產(chǎn)生的頻偏只有邊沿處有效，電平持續(xù)的后續(xù)部分慢慢被環(huán)路自調(diào)整而抵消。

由于測量誤差，兩個調(diào)制很難完全相互補償，加上收發(fā)系統(tǒng)帶寬的限制，使得解調(diào)的波形并不是完全和接收一樣，但對于數(shù)字系統(tǒng)，這種微小的誤差并不影響接收端對調(diào)制信號的判決，實際用于無線收發(fā)系統(tǒng)，對于包含有長“0”或長“1”的信號，都能正常接收解調(diào)。

5 結 語

雙調(diào)制電路構成簡單，當K1/M=K2/N=K和G1（s）=G2（s）=1同時成立時，既能滿足窄帶調(diào)頻，又能滿足寬帶調(diào)頻，且不必擔心數(shù)據(jù)長“0”和長“1”的情況。調(diào)試時，通過觀測LPF輸出電壓是否變化即可方便判斷補償是否調(diào)好，為數(shù)傳電臺提供了一種高性能的實現(xiàn)方案。