頻率合成

　　用一個或數個高頻率穩定度的參考頻率源，產生多個與參考頻率穩定度相同或接近的新頻率的技術。頻率合成技術不但能提高通信頻率和通信設備的穩定度、準確度，而且還能滿足通信自動化對頻率可控和存儲的要求，以及抗幹擾對快速跳頻的要求。

　　早期的頻率合成是用多晶體直接合成，以後發展成用一個高穩定參考源來合成多個頻率。20世紀50年代出現瞭間接頻率合成技術。但在使用頻段上，直到50年代中期仍局限於短波範圍。60年代中期，帶有可變分頻的數字鎖鎖相式頻率合成器問世。60年代後期，全晶體管化的微波頻率合成技術已應用於通信設備。隨著大規模集成電路的發展，新的全數字化的頻率合成技術得以實現。80年代頻率合成技術進入毫米波范圍。頻率合成技術廣泛用於通信、導航、雷達和測量等設備中。測量設備采用頻率合成技術能提高測量精度，並易於與微處理機相結合，實現測量的自動化。

　　用頻率合成技術制成的信號源稱為頻率合成器。頻率合成分為直接頻率合成和間接頻率合成。

　　直接頻率合成　用混頻器、倍頻器和分頻器實現頻率間的加、減、乘、除來產生新頻率，並靠濾波器選擇使信號純凈。圖1是直接合成式頻率合成器的原理圖，用插入除10的分頻器來獲得十進位。當開關S₁、S₂都在1位時，頻率合成器輸出頻率為　　

當開關S₁、S₂都在10位時，頻率合成器輸出頻率為

由此可知，頻率合成器的輸出頻段為0～9.9f_r，分辨率為

式中 。 f _R是參考源頻率， n ₁、 n ₂、 m根據電路實現的可能和有利情況來選擇。直接合成的分辨率高，轉換時間短，頻段寬，相位噪聲小，但設備大而且復雜，成本高。全數字化的直接合成利用計算機技術，其分辨率高，轉換速度可小到1納秒，但最高頻率僅為參考源頻率的四分之一，而且還與所采用器件的轉換速度有關。

　　間接頻率合成　用鎖相環迫使壓控振蕩器 (VCO)的頻率鎖定在高穩定的參考頻率上，從而獲得多個穩定頻率，故又稱鎖相式頻率合成。圖2是數字鎖相式頻率合成器的基本形式，它由壓控振蕩器、鑒相器、可變分頻器和環路濾波器組成。壓控振蕩器的輸出信號經可變分頻器分頻後在鑒相器內與參考信號比相。當壓控振蕩器發生頻率漂移時，鑒相器輸出的控制電壓也隨之變化，從而使壓控振蕩器頻率始終鎖定在N倍的參考頻率上。鎖定條件為

因得　

從上式可以看出，改變可變分頻器的分頻比 n，便可改變頻率合成器的輸出頻率。在實用中為瞭提高分辨率，間接式頻率合成器常采用多個 鎖相環的形式。間接頻率合成器的體積小、成本低、相位噪聲較小，但分辨率不甚高，頻率轉換時間較長，通常大於1毫秒。在通信和測量設備中，主要采用這種類型的合成技術。

　　圖1、圖2中的兩種頻率合成方案，均隻采用一個參考頻率源，故可選用頻率標準作參考源，從而使頻率合成器獲得極高的頻率穩定度。

　　

參考書目

　V.馬納西威治著，鄭繩楦等譯：《頻率合成器──理論與設計》，機械工業出版社，北京，1982。(V.Manassewitsch，Frequency Synthesizers，Theory and Design，2nd ed.，John Wiley，New York，1980.)