专利名称:调频单路单载波发生器的制作方法
本发明涉及微波通信设备，是一种调频单路单载波发生器(简称FM-SCPC发生器)。
在卫星通信地面站的通信设备中，发送部分的调频单路单载波信号发生器(FM-SCPC发生器)通常由两个标频发生器、频率调制器、混频器、频率合成器和带通滤波器组成。标频发生器I产生稳定的频率f1输入频率调制器，由基带信号对f1进行调频，产生中心频率为f1的调频信号;标频发生器Ⅱ产生稳定的频率fr，经过频率合成器输出可以预置或程控的频率为f2＝Nfr(N为可预置或程控的正整数)的信号;中心频率为f1的调频信号和可预置或程控的频率为f2的信号分别输入混频器的信号输入端和本振输入端进行混频，混频信号经过带通滤波器取出f1和f2的和频或差频信号f0，即得到中心频率可预置或程控的调频单路单载波信号(FM-SCPC信号)。这种方案电路结构复杂、调试工作困难。而且，由于混频器的非线性，在其输出信号中含有许多干扰频率分量，而单路单载波系统要求f0的变化范围(即带通滤波器的3分贝带宽)往往很宽，为了取出有用的FM-SCPC信号，而不允许有较低阶的混频干扰落入带通滤波器的3分贝带宽内，这就造成了f1、f2与f0三个频率之间苛刻的制约条件，使选用频率困难，因而往往限制了该方案的推广应用。
本发明的目的在于针对现有技术中的缺点，研制一种电路结构简单、调试方便的调频单路单载波信号发生器，它能解决上述大范围改变本振频率时选择混频频率的困难，以便能在实际中推广应用。
本发明将频率调制器和频率合成器合为一体，采用一个锁相环来实现频率调制与频率合成两种功能，不需要混频而直接产生FM-SCPC信号。它由标频发生器(1)、鉴相器(2)、环路滤波器(3)、相加器(4)、压控振荡器(简称VCO)(5)和程序分频器(6)等组成。标频发生器(1)产生的稳定频率fr输入鉴相器(2)，作为锁相环的参考频率。VCO(5)的工作频率f0经过由频率选择开关或微机控制的程序分频器(6)进行N次分频后输入鉴相器(2)，N的大小可由频率选择开关手控或由微机程控，锁相环路锁定后f0/N＝fr，所以工作频率f0＝Nfr可以通过手控或程控每间隔fr进行变化。鉴相器(2)输出的信号经过环路滤波器(3)输出控制电压，并与基带信号一起输入相加器(4)相加后输入VCO(5)，控制电压使f0跟踪fr(即f0＝Nfr)，基带信号由于环路滤波器作用而不参与环路反馈，而对f0进行调频。这样，在VCO(5)的输出端就得到了中心频率为f0的可以手控或程控改变的调频信号，称为调频单路单载波信号(简称FM-SCPC信号)。
由于工作频率f0的变化范围往往要求很宽，一般锁相环的捕捉带和同步带的范围达不到所要求的带宽，或者即使能够捕捉，捕捉的时间也很长。为了解决这个问题，本发明增设一个数/模(D/A)变换器(7)，其输出接到相加器(4)，由频率选择开关或微机分别供给程序分频器(6)和D/A变换器(7)以相应的码组，在程序分频器(6)改变N的同时，D/A变换器(7)输出一个粗调电压到相加器(4)，与环路滤波器(3)输出的细调电压相加后，输入VCO(5)的振荡回路作为控制电压。
普通的锁相调频器只采用一组(一只或一对)变容二极管，因而信号的调频灵敏度即等于环路压控灵敏度。而在实际应用场合，对两种灵敏度的指标要求往往相差几十倍，甚至几百倍，因而普通的锁相调频电路往往达不到要求。本发明采取在VCO(5)的振荡回路中并联两组变容二极管，即D1与D2为一组(也可用一只)，D3与D4为另一组(也可用一只)。相加器(4)输出的控制电压加到D3与D4上，用来控制VCO(5)的振荡频率f0，使f0跟踪fr(即f0＝Nfr);基带信号可直接加到D1与D2上，用来对f0进行调频。为了使调频灵敏度在f0的变化范围内保持均匀，本发明在基带信号源同D1与D2之间增设一个相加器(8)，D/A变换器(7)的输出电压与基带信号输入相加器(8)相加后接到D1与D2上，用来对f0进行调频。适当选择D1与D2和D3与D4两组变容二极管，即可达到调频灵敏度和控制灵敏度的不同要求。有时为了降低调频灵敏度或改善调频线性度，D1与D2上可以串联一个固定电容，或者并联一个固定电容，也可以同时串联和并联固定电容。
本发明与现有技术相比，具有以下优点1.由于本发明只用一个锁相环即可完成频率调制与频率合成两种功能，故简化了电路结构和调试步骤。
2.由于在电路结构上省去了标频发生器I、频率调制器、混频器及带通滤波器等，故降低了成本。
3.由于不采用混频方案，因而解决了大范围改变本振频率时选择混频频率的困难，扩大了应用范围。
4.由于D/A变换器(7)输出的粗调电压可预置变容二极管的工作点，因而缩短了锁相环路的捕捉时间，也即缩短了单路单载波信号的载频切换时间。
5.采用两组变容二极管方案，可以分别满足调频灵敏度和环路压控灵敏度的不同指标要求，并可达到调频灵敏度和调频线性度的指标要求。
图1为FM-SCPC发生器框图。
图2为载频f0变化范围很宽的FM-SCPC发生器框图。
图3为FM-SCPC发生器实施例电路图。
本发明可以采用以下方案实施由于实际应用中VCO(5)的工作频率f0往往较高，因而在可变的程序分频器(6)之前增加一个双模数前置分频器(9)，它与程序分频器(6)构成吞脉冲程序分频器。为了隔离起见，可在相加器(4)和相加器(8)之间增加一个跟随器(10)，它由运算放大器A2所构成。D/A变换器(7)输出的粗调电压经电阻R12到相加器(4)的同相输入端，而经过R7、跟随器(10)和R6加到相加器(8)的同相输入端。VCO(5)由集成电路E1648和旁路电容C3、C4及振荡回路所组成，振荡回路由两组变容二极管D1与D2和D3与D4相并联后再同电感L相并联构成，变容二极管D1与D2之间串接固定电容C8，以便降低调频灵敏度和改善调频线性度。由环路滤波器(3)输出的细调电压经电阻R9给相加器(4)，输出控制电压经R11、C5、L3加到VCO(5)的跟踪组变容二极管D3与D4上，使f0跟踪fr(即f0＝Nfr)。基带信号经C1和R2输入到相加器(8)，它与经过跟随器(10)和R6输入到相加器(8)的粗调电压相加后，再经R4、C2、L2与L1加到VCO(5)的调制组变容二极管D1与D2上，基带信号对VCO(5)的工作频率f0进行调频，粗调电压可使D1与D2的工作点随着D3与D4工作点的改变而同步变化。相加器(8)和(4)分别由运算放大器A1和A3及其电阻所组成，电位器W1和W2分别用来调整A1和A3输出端的起始电平。VCO(5)的输出端增加输出器(11)，它可以调整输出电平并实现阻抗匹配，可由两级射极输出器构成。标频发生器(1)由1MHz温补晶振ZWB-1、集成电路片CC4049、LS74、LS90等组成，输出fr为50KHz方波。鉴相器(2)与环路滤波器(3)可采用集成电路T4044(或ST002)。相加器(4)和(8)及跟随器(10)中的运算放大器A3、A1及A2可采用一片LM324或两片LM358集成电路。程序分频器(6)可采用4片LS162A分别作为千位、百位、十位和吞食(个位)计数器，采用两片LS10作为逻辑控制电路，并用集成电路E12012作为双模数前置分频器(9)，从而构成了吞脉冲程序分频器。为了对4片LS162A进行预置或程控，采用两片集成电路LS273作为锁存器(12)。D/A变换器(7)可采用内部含有锁存器的集成电路DAC0832和一个运算放大器组成。微机送来的码组分成三组八位数据码，由译码器(13)根据微机送来的地址码分别控制D/A变换器(7)中的锁存器和锁存器(12)，使三组数据码分别作为粗调码、千位百位预置码和十位个位预置码锁存在相应的集成电路片中。译码器(13)可采用LS138集成电路构成。
实际应用中的FM-SCPC发生器的各个单元电路，也可以由其他型号的同类电路所组成。VCO(5)可以采用分立元件的电路，当工作频率f0较高时也可采用微带电路。鉴相器(2)、程序分频器(6)、锁存器(12)等可以采用一片大规模集成电路实现，例如MC145146等系列的单片锁相环频率合成器。
权利要求
1.一种调频单路单载波发生器，由标频发生器(1)、鉴相器(2)、环路滤波器(3)、相加器(4)、压控振荡器(简称VCO)(5)和程序分频器(6)等组成。其特征在于频率调制器和频率合成器采用一个锁相环，由标频发生器(1)产生的稳定频率fr输入鉴相器(2)，VCO(5)的工作频率f。经过由频率选择开关或微机控制的程序分频器(6)进行N次分频后也输入鉴相器(2)，鉴相器(2)输出的信号经过环路滤波器(3)输出使f0跟踪fr(即f0=Nfr)的控制电压，并与对f0进行调频的基带信号一起输入相加器(4)相加后输入VCO(5)，VCO(5)输出调频单路单路单载波信号。
2.根据权利要求
1所述的发生器，其特征在于有一个由频率选择开关或微机控制的数/模(D/A)变换器(7)，其输出端与相加器(4)联接。
3.根据权利要求
1或2所述的发生器，其特征在于VCO(5)的振荡回路由两组变容二极管D1与D2和D3与D4相并联后再同电感L相并联构成，变容二极管D1与D2之间可串接固定电容C8，或在D1与D2上并联固定电容，也可以同时串联和并联固定电容。
4.根据权利要求
3所述的发生器，其特征在于基带信号可以直接加到变容二极管D1与D2上，或者在基带信号源同变容二极管D1与D2之间有一个相加器(8)，基带信号和D/A变换器(7)的输出电压输入相加器(8)相加后接到变容二极管D1与D2上。
5.根据权利要求
1或2所述的发生器，其特征在于程序分频器(6)之前有一个双模数前置分频器(9)，两者构成吞脉冲程序分频器。
6.根据权利要求
4中所述的发生器，其特征在于相加器(4)和相加器(8)之间有一个跟随器(10)，它由运算放大器A2所构成。
7.根据权利要求
1或2所述的发生器，其特征在于VCO(5)的输出端有一个输出器(11)，它由两级射极输出器构成。
8.根据权利要求
4所述的发生器，其特征在于鉴相器(2)、程序分频器(6)、锁存器(12)等用一片大规模集成电路组成。
专利摘要
调频单路单载波发生器(简称FM-SCPC发生器)属于微波通信设备。它采用一个锁相环来实现频率调制和频率合成两种功能，不需要混频而直接产生FM-SCPC信号。具有电路结构简单、调试方便、成本低廉等优点，并且解决了大范围改变本振频率时选择混频频率的困难，扩大了应用范围，工作频率可以采用频率选择开关或微机控制。
文档编号H04B7/155GK87105936SQ87105936
公开日1988年6月8日 申请日期1987年12月12日
发明者姜文潮 申请人:南京工学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan