一種高碼速率的微波鎖相調頻源

摘 要：介紹了準兩點注入式調頻技術，以及相關電路設計和實驗結果。理論分析和實踐表明，準兩點注入式鎖相調頻源具有平坦的寬帶調制特性，能滿足高碼速率測控通信發射設備的實際要求。

關鍵詞： 測控通信 鎖相 調頻源 PCM體制

隨著二十一世紀的來臨，測控通信系統將朝著更高傳輸速率的方向發展，即所要傳輸的戰術飛行試驗數據容量和參數種類隨著武器系統的發展而劇增，將要求PCM信號的碼速率由目前的幾百kb/s增加到2Mb/s或更高。在國際測控通信頻段（S波段），要實現2Mb/s PCM信號的調頻，構成調頻源的技術方案有兩種。一種是在晶體振蕩器上進行調頻，然后再通過倍頻、濾波和放大鏈路來達到所需的工作頻率、功率和調制特性。該方案使用經典電路，容易實現高碼速率信號的寬帶調頻，但其電路結構復雜，調試難度大，雜波抑制比和工作穩定性也不十分理想。另一種方案是在微波頻段進行鎖相調頻，也就是在鎖相振蕩器中采用兩點注入式調頻方式，來實現2Mb/s遙測信號的寬帶調頻。它克服了第一種方案的缺點，達到較好的技術性能，是工程應用中比較好的技術方案。兩點注入式調頻也有兩種實現方式，即完全兩點注入式調頻方式和準兩點注入式調頻方式。前一種方式是將PCM信號分成兩路，一路注入到S波段壓控振蕩器（VCO），另一路注入到晶振參考源。在晶振進行寬帶調頻，將與頻率穩定度之間有一定的矛盾，具體實現有較大技術難度。而后一種方式卻不存在這一問題。因此，本文研究的調頻源將選用準兩點注入式調頻方式。

１ 準兩點注入式鎖相調頻源構成和調頻

特性分析

將PCM信號分成兩路，一路直接注入到S波段VCO輸入端，使VCO的輸出頻率隨著調制信號線性變化，實現直接調頻；另一路經過一個積分器注入到環路濾波器輸入端口后，再對VCO進行調相來實現間接調頻。該調頻方式稱為準兩點注入式鎖相調頻。準兩點注入式鎖相調頻源構成框圖如圖１所示。圖中，PD為鑒相器；LF為環路濾波器；N為環路中分頻器鏈路總的分頻比；晶振為鎖相環路的參考源。

圖2為準兩點注入式鎖相調頻源的相位模型。圖中，為簡化分析，未將預調電路考慮進去，但不影響分析結果。 lang=EN-US style=font-size:10.5pt;mso-bidi-font-size: 10.0pt;font-family:Times New Roman;mso-fareast-font-family:宋體;mso-font-kerning: 1.0pt;mso-ansi-language:EN-US;mso-fareast-language:ZH-CN;mso-bidi-language: AR-SA> 是VCO的壓控靈敏度； (V/rad)是鑒相器的鑒相靈敏度； (1/S)為積分器的積分時間常數；F(S)是環路濾波器的傳遞函數； （S）為PCM信號。

由相位模型可得

為使調頻特性分析簡便，設θｉS=0解方程組（1）得出 （S）引起的環路總輸出相位變化

所以，產生的調制頻偏為：

式（４）表明，在準兩點注入式調頻中，合理設計積分器，選擇其積分常數Km滿足下列條件：

其調頻特性將為一平坦的直線Kv，即可得到與環路響應無關的寬帶調制特性。這一技術特性正好滿足高碼速率信號的調頻要求。

２ 主要電路的設計

2.1 VCO調頻電路

按照國標標準，對于PCM／FM測控通信系統，要確保系統的誤碼概率最小，其最佳調制頻偏應選擇為

為適應2Mb/s PCM信號傳輸和寬帶調制的要求，采用的VCO調頻電路應具有調制線性范圍寬，調制頻偏大的特性。據此，選用雙變容二極管部分接入回路形式的調頻電路，如圖３所示。圖中，電感Ｌ為一段四分之一波長、特性阻抗為100Ω的高阻抗微帶線，它將V1的正極直流接地。V1和V2為相同型號的變容二極管，V3為VCO振蕩管。

要使2Mb/s PCM信號能在調頻電路中產生調制響應，并有較大的調制頻偏，其技術關鍵在于變容二極管的選取。