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1 引 言 在便攜式及車載型電臺(tái)中，多采用直接調(diào)頻技術(shù)，應(yīng)用以電壓調(diào)控的變?nèi)荻?jí)管，使振蕩器的頻率產(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(hào)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(zhǎng)"0"或長(zhǎng)"1"的狀態(tài)，否則會(huì)使頻偏降低或消失。這對(duì)數(shù)傳電臺(tái)不利，為此可對(duì)基帶數(shù)據(jù)進(jìn)行擾碼，減小長(zhǎng)"0"或長(zhǎng)"1"的狀態(tài)，但又會(huì)帶來誤碼的傳遞，為了解決這個(gè)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(gòu)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(dá)到鎖相輸出頻率和晶振同等級(jí)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(zhǔn)源，通過兩者互相補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)任意低頻調(diào)制頻偏。 根據(jù)環(huán)路的線性相位模型，可以分別計(jì)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。 式(2)為閉環(huán)傳遞函數(shù)，式(3)為誤差傳遞函數(shù)。 單獨(dú)考慮UF1(t)的調(diào)制，產(chǎn)生的輸出相位為： 單獨(dú)考慮UF2(t)的調(diào)制時(shí)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(jìn)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(dāng)K1/M=K2/N=K時(shí) 由此可見雙調(diào)制電路可以使兩個(gè)調(diào)制的效果相互補(bǔ)償，得到在很寬調(diào)制范圍內(nèi)頻偏正比于調(diào)制信號(hào)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(yù)置分頻器"N分頻"和"M分頻"，軟件可控，通過單片機(jī)控制可實(shí)現(xiàn)任意頻率的輸出，即： 3 電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 雙調(diào)制的VCO調(diào)制部分采用變?nèi)?a href="http://m.4huy16.com/keyword/二極管" target="_blank" class="relatedlink">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(gòu)成振蕩器的核心電路，產(chǎn)生實(shí)際所需的射頻信號(hào)源，Q5和Q7是緩沖電路，其中Q5輸出信號(hào)提供給鎖相環(huán)，作為頻率(或相位)反饋信號(hào)，Q7是一個(gè)反向放大器，輸出信號(hào)提供給功率放大器。之所以要用Q5，Q7，緩沖，是為了隔離負(fù)載效應(yīng)，避免功放的輸入阻抗對(duì)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(shí)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(yīng)的調(diào)頻器就可方便實(shí)現(xiàn)，電路簡(jiǎn)單，體積小。 可預(yù)置分頻器和鑒相器采用集成電路LMX1602，SPI接口控制，是一個(gè)雙模鎖相環(huán)，內(nèi)部包含2個(gè)可獨(dú)立設(shè)置的PLL電路，工作頻率可達(dá)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(hào)，一路直接調(diào)制VCO，一路反相后通過運(yùn)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(jī)設(shè)置LMX1602相關(guān)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(hào)，載波的精度和穩(wěn)定度同晶體的相當(dāng)。 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 在雙調(diào)制環(huán)路中，由式(5)可知1比無調(diào)制時(shí)多一個(gè) 分量，由式(6)可知比無調(diào)制時(shí)多一個(gè) 分量，當(dāng)K1/M=K2/N=K和G1(s)=G2(s)=1同時(shí)成立時(shí)，兩個(gè)分量的相減為零，即在環(huán)路鎖定時(shí)，無調(diào)制和雙調(diào)制的θe值是一樣的，具體表現(xiàn)為L(zhǎng)PF低通輸出后的電壓值保持不變，所以調(diào)試時(shí)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(shí)驗(yàn)其效果，實(shí)際制作了一套無線收發(fā)器，通過對(duì)比直接鎖相調(diào)頻(只調(diào)制環(huán)路VCO的變?nèi)荻䴓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(bǔ)償效果。設(shè)計(jì)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(hào)來觀察調(diào)制解調(diào)的效果，實(shí)際波形如圖5和圖6所示，橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為解調(diào)信號(hào)的幅度，左上角為對(duì)應(yīng)測(cè)得的信號(hào)頻率。調(diào)頻接收機(jī)采用了正交鑒頻，輸出的幅度大小就代表輸入信號(hào)頻率的大小，即可方便觀察發(fā)射調(diào)制信號(hào)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(dāng)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(shí)，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(cè)量誤差，兩個(gè)調(diào)制很難完全相互補(bǔ)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(duì)于數(shù)字系統(tǒng)，這種微小的誤差并不影響接收端對(duì)調(diào)制信號(hào)的判決，實(shí)際用于無線收發(fā)系統(tǒng)，對(duì)于包含有長(zhǎng)"0"或長(zhǎng)"1"的信號(hào)，都能正常接收解調(diào)。 5 結(jié) 語(yǔ) 雙調(diào)制電路構(gòu)成簡(jiǎn)單，當(dāng)K1/M=K2/N=K和G1(s)=G2(s)=1同時(shí)成立時(shí)，既能滿足窄帶調(diào)頻，又能滿足寬帶調(diào)頻，且不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)長(zhǎng)"0"和長(zhǎng)"1"的情況。調(diào)試時(shí)，通過觀測(cè)LPF輸出電壓是否變化即可方便判斷補(bǔ)償是否調(diào)好，為數(shù)傳電臺(tái)提供了一種高性能的實(shí)現(xiàn)方案。 |
