频率合成器在感应通信中的应用
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作者: 张俊
摘要：随着科技的不断发展，感应通信系统发展迅速，在目前的感应通信系统应用中，由于使用的工作频率与控制信号不一样，因此不可以互相交换使用，给维修和相应产品配套带来极大的不便。文章主要简述了频率合成器在感应通信系统中的应用，并将DDS与PLL两种频率作了相应的比较。
关键词：感应通信；线电设备；频率合成器；DDS频率
中图分类号：TN742 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）12-0057-02
跳频通信本身具有抗干扰和抗截获的性能，并通过频率达到资源共享的作用，因此被广泛应用于抗干扰的通信系统中。它的重要参数就是频率本身的转变速度，决定了通信系统抗干扰的能力，特别是在电子对抗中显得尤为重要。因此，跳频通信系统的关键就在于快速跳频频率合成器的设计。随着科技的不断发展，频率合成器也在不断发展，从以前传统的直接模拟合成器到锁相环频率合成器再发展到今天的直接数字频率合成器，频率合成器已经得到了前所未有的发展，满足了社会各个领域上对频率快速转变的需求。
1 频率合成器的概述
频率合成器是一种利用高稳定度晶体振荡器产生一系列频率的信号的设备。是近代通信系统中无可或缺的部分，也是移动通信设备中的重要组成部分。频率合成器的发展可以划分为三个发展阶段：
1.1 直接模拟合成器DAS（Direct Analog Sin-thesis）
最早的频率合成器是直接合成的。也就是利用棍频、分频、倍频以及带通滤波器直接将一组标准晶体振荡器所产生的各种频率经过开关进行频率的相互混合得到所需频率的合成器。主要运用在20世纪50年代，现在基本已经完全淘汰了。主要缺点是：随着转换的晶体数量越来越多，它的体积就越来越大，经济性差，维修也变得困难等。
1.2 锁相环频率合成器PLL（Phase Locked Loop）
PLL以一个晶体振荡器作为参考频率源，利用锁相环的频率跟踪特性，由VCO产生一系列与晶体振荡器一样频率稳定的频率信号，是一种间接的合成方式，现代高频电台经常使用到的频率产生方式，主要运用在20世纪六七十年代。主要缺点是：体积大、内部结构复杂、调制失真大、无法兼顾接收机的振动频率以及载波频率有波动等。
1.3 直接数字频率合成器DDS（Direct Digital Synthesizer）
DDS是最近几年才发展起来的频率合成方法，也是目前最先进的一种频率合成方法。它的发展立足于集成电路，它具有系统化和大规模化的特征。当今时代，频率合成的方式多种多样，其中最常见的一种方式是：可以通过计算机技术以及速度最快的A/D所产生的频率信号，以此方式奠定了频率合成器的发展方向。在20世纪70年代初期，DDS频率合成器的工作原理已经问世，但是因为当时半导体器件的发展水平正处于初级阶段，即使在科学家技术作为第一生产力的经济时代，实用芯片的发展水平已经越来越国际化，但是它的发展水平也是没有突破100的频率阶段。所以直接数字频率合成器不能直接应用于移动通信设备中。当今的DDS技术是应用在仪器仪表中标准信号与PLL方式相结合应用的。
2 DDS频率合成器的基本原理
2.1 基本原理
直接数字频率合成主要是通过数字化技术控制和位的变化所产生的各种频率信号。它主要是由波形存储器、相位累加器以及A/D转换器组成的。参考时钟fr是由晶体振荡器所产生，并通过它来将合成器的各个部件进行同步。而相位累加器则是由N位加法器和N位相位存器共同组成，与简单的加法器相符。每个时钟脉冲，加法器把频率控制字K与相位寄存器输出的累加相位数据相加，最终把相加后所得的结果送到相位累加器的输入端。这时，相位寄存器则把加法器推上一个时钟，将新相位数据再反馈至加法器的数据输入端，使加法器可以在一个时钟，并在其作用下把相位数据和频率控制字相加起来。同时，相位累加器也会在参考时钟作用下完成线性相位的累加，直到相位累加器加满，产生次溢出，就完成了一个周期，也就是合成信号的周期，而累加器所溢出的频率就是DDS的合成信号频率。
2.2 性能特点
DDS在频率转换时间、相对带宽、正交输出、集成化以及高分辨率等性能指标上遥遥领先于直接模拟合成器与锁相环频率合成器的性能，为系统提供了最为稳定快捷的模拟信号源。（1）输出的频率比带宽输出的频率要宽，理论上输出频率带宽是50%fr。（2）频率转换的时间较短，频率转换的时间就是频率控制字所需要传输的时间，相当于时钟周期的时间。而且时钟频率越高，则频率转换的时间就越短。（3）频率的分辨率非常高，如果时钟fr的频率保持不变，那么DDS频率的分辨率就主要是经过相位累加器的位数N来决定。想要任意小的频率分辨率，可以增加相位累加器的位数N。（4）相位变化连续。（5）输出波形的灵活性。
3 PLL与DDS的比较
作为目前最常见的两种合成器，PLL频率合成器远远要落后于DDS。与DDS不同的是PLL频率合成器的频率间隔就是输出的频率，如果想要降低输入的频率，就必须要对环路滤波器的带宽进行相应的压缩，这样才可以过滤掉鉴相器所输出电流当中的无用频率，同时，也使频率的转换时间加长了许多。所以，PLL频率合成器是不可以通过减少输出频率的间隔而减少频率转换时间，使相位变化得不到连续性以及输出波形的灵活性。
4 DDS频率合成器在感应通信中的应用
鉴于感应通信主要应用中波频段，目前的DDS芯片就可以满足感应通信的频率需求。CPU针对调制信号变化进行控制DDS输出端所需频率上的调频，使功率进行放大之后再由天线发射出去；具有调制线性好、结构简单、调制带宽大以及失真小等优点。鉴于系统输入端属于数字化基带信号，而输出端属于工作频率的标准信号。因此，这个系统最突出的特性是具有较强的可编程控制。
5 结语
在DDS频率合成器最初的应用中，由于技术的不成熟，导致DDS元器件的频率转换速度的偏慢以及数字化容易引发噪声。在很长的一段时间里，这两个缺陷严重阻碍了DDS频率合成器的实际应用和发展。随着现代科技的不断发展、现代社会超高速数字电路的不断发展以及科学对Dns的不断深入研究求索，DDS频率合成器的工作频率越来越快，噪声的问题也得到进一步的解决，达到了锁相频率合成器的最高水平。DDS频率合成方法相对于其他频率合成方法更加可靠，控制起来也较为方便，而且频率分辨率的转换速度较快，满足了快速跳频的通信需求。随着DDS频率合成器的不断发展，现在已经在通讯、雷达、导航、电子对抗、遥控遥测和现代化的仪器仪表中广泛应用。
参考文献
[1] 李正茂.频率合成器在感应通信中的应用[J].西铁科技，2007，11（2）：3-5.
[2] 王玲.数字锁相频率合成器在移动通信中的应用[J].重庆工商大学学报（自然科学版），2008，9（3）：86-88.
[3] 卢广芝.集成电路频率合成器在移动通信中的应用
[J].四川通信技术，2008，5（12）：122-123.
[4] 刘彤.DDS与PLL频率合成器在卫星数据通信中的应用[J].微波与卫星通信，2007，8（12）：188-189.
[5] 杨望远，刘志强.高性能频率合成技术研究与应用[D].电子科技大学，2011：214-216.
[6] 卢广芝.高性能频率合成器在卫星数据通信中的应用[J].四川通信技术，2008，5（12）：122-123.
[7] 高玉良，李延辉，俞志强.现代频率合成与控制技术[M].北京：航空工业出版社，2012：142-144.
作者简介：张俊（1990—），男，江苏溧阳人，国泰精密机件（无锡）有限公司助理工程师，研究方向：PPL频率合成器的应用。
（责任编辑：刘 晶）
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