短波通信接收机的发展动向
一、总的发展动向
通信接收机自发明以来，业已经历了相当长的时间，迄今已成为市售商品。实际上，从40年代初期美国无线电公司（RCA）研制的AR88型、国立公司的HRO型，直至50年代美国柯林斯公司研制的R390系列、英国通用电气公司的BRT400系列，其间共持续了近20年。由于英国莱克公司（RACAL）研制的RA17系列将机械结构与电子技术绝妙地结合越来，因而被誉为名机。关于这一点，今后仍要求如此。
众所周知，现今电子器件的发展与改进程度是以往所不能比拟的。可以说，将来的通信接收机若不具有特殊性能指标，则休想保持20年的声誉。实际上，现在很短时间内就不断有新产品问世。
1．性能擂标要求
对通信接收机性能指标的要求，历来不外乎三个方面，即灵敏度、选择性、稳定度等三大指标，目前仍以此为基础，不过再加上频率读数精确度与多信号特性（有效选择性）就更全面了。为了在频谱拥挤的情况下检出有用信号，则要求频率读数精确度至少小于±1KHz；尤其是在无数空间波、直接波掺杂混乱的短波频段内，根据我们的经验所知，接收机输入信号电平差超过100db并不罕见。
外来噪声与有用信号一样被混频放大。这时，由于有源元件（晶体管、电子管等）的非线性失真，因而致使有用信号的质量大为降低。这就是说，在射频电路为宽频带调谐的情况下，倘若天线回路不采用晶体滤波器，而只一味注重信噪比而提高灵敏度、稳定度、频率读数精确度，并多次进行混频、放大，则势必因产生的强信号而引起灵敏度降低，以及交调、互调等非线性失真，结果便难以接收到弱信号。
在现今频谱日趋拥挤的情况下，则要求优先考虑改善通信接收机的多信号特性（即有效选择性），但要做到这一点是较困难的。至于多信号特性的具体情况在此不再赘述，而本文只谈谈改善通信接收机多信号特性的几点要求：
—－输入信号电平的动态范围要宽；
——当接收弱信号时，必须使接收信号不受中频带外强信号的影响。
表1 R390系列的5种机器特点
名称 频率范围 特点
R389 15~1500KHz 自动波段转换
R390 0.5~32MHz 该系列的标准型
R391 0.5~32MHz 仅在R390中加装调谐马达
R392 0.5~32MHz 比R390小，车载，采用特殊管子
R390A 0.5~32MHz 比R390稍简单，采用机械滤波器，可靠性高
2．机械化与数字显示
美国柯林斯公司研制的著名军用通信接收机R390系列（见表1）以及民用通信接收机75A、51J、51S系列均采用齿轮、凸轮联动调谐机构原理，这在最近的机械调谐中几乎是不曾见过的。之所以如此，主要考虑到结构与成本问题，从而在下述有利条件下尽量减小传动机构部分：
一一高Q值的可变电抗器（变容元件）的发展；
——刻度盘采用电子显示；
——由于采用了锁相系统，因而波段转换较简单；
——尽量采用二极管转换开关；
－一由于整个通信接收技术的提高，致使可采用可变调谐通带，而不至于降低电路性能。
PRO310型通信接收机曾采用差动齿轮的精密度盘结构今后将被淘汰，因为度盘是通信接收机的关键，不但要求精密、而且还要操作简便。就这点而言，以往HRO与SP600型通信接收机的度盘光滑度是无可非议的。
由此可见，通信接收机的特点取决于度盘。最近，已由从前的刻线度盘改为采用显示器。可以肯定，由于数字电子学的发展，采用数字显示已成为今后的总趋势，尤其是可采用放电管与发光二极管来实现电子显示。因为没有必要把精力用于机械的线性上，故对于制造厂家来说，采用电子显示无论在技术上还是在经济上都是可取的。柯林斯公司为了得到机械的线性，曾花费了不少心机；即使是门外汉，只要看看PTO（采用可变m且频率为线性的可变频率振荡器）的内部结构，亦会一目了然。
根据人类工程学的角度出发，则专业设计人员对数字显示仍不感到满足——当然，这是今后的事情。
3．频率合成化
现主要谈谈在本振中普遍采用的频率合成器问题（采用频率合成技术可得到很多频率稳定的电路形式）。早先，频率合成技术仅用于飞机机载电台与军用电台，但随着单边带通讯方式的广泛应用，由于对本振的频率稳定度提出了很高的要求，因而频率合成技术便急速发展起来。若是台式的话，其最高频率稳定度达0.01Hz亦不足为奇。
关于用作本振的频率合成器，下面还要叙述，它大致分为：
－一多晶体方案；
――采用数字电路的自动相位控制（APC）方案。
除了军用外，几乎一般都采用自动相位控制。RACAL公司研制的频率合成器采用“Raca1ok”变换方式，它比较多地采用了漂移抵消电路。由于频率合成器通常难以连续可变，因此频率是步进变化的。
目前，频率间隔为100Hz的频率合成器甚多。频率合成式本振较容易实现数字读出，因此，今后的接收机将可全部采用频率合成技术。
二、线路形式
可变中频电路前的第一本振采用晶体稳定频率，而第二本振采用可变频率振荡器。众所周知，从五十年代到目前为止，采用频带扩展的柯林斯系统的电路形式极其盛行，这种电路形式对提高频率稳定度、频率读数精确度以及频带扩展起到了很好的作用。从60年代后半期起，第1本振也改为采用可变方式，目前许多新型通信接收机均采用了这种方式。其原因是随着频率合成技术的发展，采用高的频率可直接得到稳定的本振。倘若要提高多信号特性（即有效选择性），则采用柯林斯系统是不利的。因此，若从重视多信号特性这一点出发来考虑接收机的结构，则要求注意下面几点：
——用于提高邻近选择性的窄带滤波器越靠近天线回路越好；
——混频次数越少越好；
－一到未级混频器为止的增益越小越好。
图1柯林斯公司研制的R390型通信接收机前端方框图
这就是说，必须将上述条件与信噪比、动态范围的要求协调一致。从这一点出发，我们可参看图1所示柯林斯公司研制的R390型通信接收机前端方框图。图中，第一、二混频器的输出端通常采用2～3级LC调谐回路。由于好几个信号全部到达第二混频器为止，因而属于宽频带特性。在此，包括第一混频器产生的失真，以及交调、互调的恶化。尤其是柯林斯系统为了简单化起见，则在可变中频部分采用带通电路，这就更为不利了。
由此可见，为了改善多信号特性，必须采用应用高频晶休滤波器的一次变频方案，并希望不用高放。当然，倘若动态范围宽而又能得到良好线性的话，则柯林斯系统在本振、频带扩展容易方面仍富有魅力之处。实际上，英国马可尼公司研制的新型通信接收机HP2900系列则能满足上述要求。图2示出了HP2900系列的增益分配，到第二混频器为止的增益控制在6db以下。该机未采用高放。在此，顺便提及一下柯林斯系统具有代表性的样机R390，该机到第三混频器为止的增益至少有40db。就这一点来说，虽然同属于柯林斯系统，但可认为R390的设计概念是不同的。为此，当想起曾有人主张提高通信接收机的高放增益以及分级放大来改善接收机质量时，则不免有隔世之感。
图2 HP2900系列的增益分配
通信接收机现阶段可大致分为：
－一将前端增益控制在最低限度的柯林斯系统；
――不用高放的第一固定中频形式。
总之，提高第二中频、并且在混频器中采用各公司苦心孤诣的专用电路，虽然目前尚无完全满足要求的电路。由此可见，混频器十分重要，但又难以解决。本振采用的频率合成器现所关注的不是稳定度问题，而是如何减小边带噪声及其影响。
综上所述，可以认为：柯林斯系统的时代已经一去不复返了。
三、中频选择
频率范围21～30MHz的短波通信接收机，其中频必然低于2MHz或高于30MHz。根据接收频率的需要，可变换中频。实际上，现有通信接收机几乎都不采用一次变频，而采用二次或三次变频。但不管怎样，最为重要的仍然是第一中频的选择。
几乎可以说，最新式通信接收机的第一中频是决定该机性能的关键。短波全波段通信接收机的第一中频历来为1.5～6MHz左右。若业余无线电爱好者所使用的专用波段接收机与全波段接收机相比较的话，则专用波段接收机的中频选择来得简单，其第一中频大多为3～9MHz，而且前端只用两级调谐回路。倘若中级以下通信接收机采用这样的中频，则在频率高端的镜频抗拒比实际上只能达到40～50db。即使是高级通信接收机，为了改善多信号选择性与灵敏度控制特性，也几乎不希望在前端得到增益。因此，从信噪比的关系出发，有必要把调谐回路对信号的衰减控制在最低限度以内，这样也就难以增加调谐回路级数。
1．镜频抗拒比
作高级通信接收机，其镜频抗拒比至少为80db，而且希望尽可能达到120db（当处于最高接收频率时）。归根结底，只能依靠提高中频的方法方能改善镜频抗拒比，除此之外，别无他法。为此，可将第一中频选为30～100MHz。当然，如此高的频率对过去的通信接收机来说是不能设想的。今后，第一中频还可能选择更高的频率，因为这样做可在消除镜频干扰的同时而改善多信号特性。譬如：两个不同信号（相距两个中频）在混频器中会产生互调、交调现象、而要防止这些干扰信号串入中频，只有提高中频，以及增加调谐回路（即滤波器）方能办到。
虽然提高中频与改善镜频抗拒比是一致的，但其现象之复杂、影响之深，则非镜频抗拒比所能比拟的。由此可见，提高中频是改善多信号特性、防止混频器高次谐波的寄生信号串入中频带内以及避免本振（频率合成器）频率产生的内部副波干扰之有效措施。
本文所指滤彼器均为晶体滤波器。在设计窄带晶体滤波器时，以频率低于100MH为宜，因为频率一高便给设计带来困难。现在，最新式通信接收机用高频滤波器统称为“窄带滤波器”。虽然其矩形系数不太好，但从改善第二混频器之后的多信号特性的意义来说，仍有相当作用。
积以往之经验，即使采用由高Q值的变压器与晶体组成的混合晶体滤波器，亦以窄带滤波器为好。譬如，现制造出60MHz左右的滤波器则是可能的；不过，由于稳定度与成本的关系，尚不能普遍采用。尽管如此，随着单片晶体滤波器的发展，现已开始有可能制造高质量的100MHz左右的晶体滤波器，因此高选择性的高频晶休滤波器的广泛应用已为时不远。
无论是发射机，还是接收机，其最近倾向是：为了克服失真、付波等问题，对较高频率的滤波器提出了较高要求，可以说，目前晶体滤波器已进入全盛时代；此外，继之而来的陶瓷滤波器由于能适用于很宽的频率范围，亦很有发展前途。虽然其特性不如晶体滤波器，但造价低廉，一旦定型，就可大量生产出与晶体滤波器性能相当的滤波器。
2．中频选择新动向
以柯林斯系统为代表的机械滤波器，其最高频率可达500KHz,因此它可用于三级超外差接收机的第三中频。至于图3所示单片晶体滤波器，实际上就是将很多电极集成在同一晶片上，一方面使各电极作为谐振器而工作，另一方面使各电极进行电气一机械耦合，从而形成滤波器。单片晶体滤波器与以往用许多孤立的谐振器装配而成的滤波器相比较的话，则其性能良好，而且成本低。采用此方法，可大批生产出高质量滤波器，并且产品几乎不用调试。尤其是对于制造高频滤波器来说，由于单片晶体滤波器体积小、插入方便，而且结构极为理想，因此将来必有发展前途。
如上所述，提高第一中频，使通带为10～12KHz，并根据接收方式而在第二、三中频换用各种通带的滤波器，这已成为目前的一种倾向。若采用一次变频，在频率高达30～100MHz时要得到60～80db的增益，则会因回授而引起信噪比恶化，以及不稳定等问题，故通常可考虑降低频率。目前，虽然采用集成电路较易于实现直接放大，但同时也给检波器与其他器件的设计带来了困难。
图3 单片晶体滤波器实例
3．各种新型通信接收机的中频选择
短波通信接收机的第二中频范围多数为1.5～1.8MHz，其中最常用的第二中频为1.5MHz。关于这一点，只要观察一下淘汰的军用电台就会发现：第二中频大多取为1.75MHz。不过，若第二中频采用1.75MHz，则镜频抗拒比一般要在频率高端得到-80db很困难。当然，第二中频为1.75MHz可得到通带极窄的滤波器，而且通过第一中频得到理想选择性的方法对改善多信号特性很有效果，还易于实现一次变频。然而，这对整机性能的提高却有困难。因此，在高级通信接收机中，第二中频选为1.75MHz仍然少见。
图4为国外几种高级通信接收机的中频分配。许多人曾对柯林斯公司研制的65ISI很关心，现一并介绍如下，仅供参考。
A．英国马可尼公司研制的H2900型通信接收机的第一中频为80MHz，且采用通带为2MC的LC滤波器；第二中频采用30MHz窄带滤波器；第三中频采用2MHz的上边带、下边带及调幅等三种晶体滤波器。滤波器综合特性在失谐为20KHz时，衰减达-120db。
B．美国柯林斯公司研制的65ISI型通信接收机的第一中频采用带宽为20KHz（原文为2KHz一一译者注）的109.35MHz晶体滤波器；第二中频为10.35MHz；第三中频采用450KHz的机械滤波器；不过，第二、三中频均可采用各种类型的滤波器。总之，无论该机采用的机械滤波器还是晶体滤波器，都做到了小型化，可称得上印刷底板式电子器件，而且匹配良好。
C．英国莱克公司（RACAL）研制的RA1220型通信接收机的第一中频采用40MHz±0.65MHz的LC带通滤波器，第二中频亦采用2～3MHz的LC带通滤波器，第三中频采用1.6MHz的晶体滤波器，其通带变换能适用于各种工作方式。该机的第一中频取决于频率合成器。1950年，威特利发明的“莱克锁定法”可稳定接收方式。至于采用高中频的最初设想与马可尼公司、柯林斯公司研制的通信接收机情况大致相同。
D．1320型通信接收机为莱塞公司的最新产品。该机在某种程度上亦考虑到业余无线电爱好者的需要水平，其第一中频为1.75MHz；而第二中频为500KHz，并可采用5种不同通带的滤波器。
此外，还可列举出稍显陈旧的由克拉柯希公司研制的R530型通信接收机，其第一中频为40MHz，这主要考虑到锁相本振的设计以及防止副波产生等问题。虽然该机在设计上应当说不错的，但目前还未广泛应用。
目前，国外已广泛采用提高第一中频的方法来改善通信接收机，譬如P1essey、Ronde／Scnwra、GEC等公司生产的通信接收机大多采用了此方法。
图4 国外四种高级通信接收机前端方框图
至于第二、三中频，则可由如下各点考虑决定：
A．不得出现第二、三镜频；
B．必须改善第二、三混频器的多信号特性；
C．必须具有良好的选择性；
D．改善噪声指数；
E．防止串入各本振频率的高次谐波。
综上所述，频率可逐渐降低，而最后的中频则可根据检波电路而定。此外，在设计上还有很大的灵活性；当然，成本考虑亦属重要围素。
最终选择性取决于第二中频或第三中频。通常，通信接收机作为上边带、下边带方式工作时，可采用2.4～3.2KHz的滤波器；作为调幅、等幅报方式工作时，可采用0.5～6KHz的滤波器；作为调频方式工作时，可采用12～16KHz左右的带通滤波器。由此可见，倘若是多用途的通信接收机，则采用8个以上滤波器的情况亦不罕见。
至今滤波器，可分为机械滤波器、晶体滤波器及高Q值的环形LC滤波器。各个制造厂家往往根据自己已往的技术经验而选择所用滤波器的类型。 （待续）
短波通信接收机的发展动向（二）
一、合成式本振的特点
随着通信量的不断增加，则对大多数用于监听的专用接收机的频率读数精确度和稳定度也相应地提出了更高要求。由于军用机把性能作为主要要求，故近十年来，采用合成式本振的接收机正在迅速发展起来。飞机机载接收视主要用于波道通讯；鉴于遥控的需要，也都积极地采用了频率合成器。象单边带、移频键控这样的通信方式，由于要求稳定度高和调谐精确，因此现普遍地采用频率合成器。鉴于集成电路、大规模集成电路等的迅速发展，使得频率合成器的关键技术一－锁相环极容易制作。因此，频率合成器现不仅应用于高级和中级接收机，而且也必将很快普及到所有的无线电设备中。看来，这只是个时间问题。作为本机振荡器用的频率合成器，在初期阶段，其结构（包括体积）等效于甚至超过了接收机。因此，起先用它来代替接收机中的本振时，从某种意义上来说，它只能作为外接本振使用，这在军用机中是比较常见的。
从60年代初到现在，此方法对于接收机来说尽管操作不方便，但由于其副波小和稳定度高等优点，仍被广泛采用（即使现在，在固定式接收机中还是多见的）。
照片1（略）就晕作为外接本振用的频率合成器，它使用了30个微型组件、10个复合晶体管等，体积相当大。
在接收机中，当采用频率合成器时，则必须注意到频率合成器显示频率和输出频率是不同的。也就是说，频率合成器的显示频率和接收机的接收频率相同，而频率合成器的输出往往比接收频率高一个中频（以往，中频多甩1.75MC，但也有其他各种各样的）。外接频率合成器用于飞机机载接收机虽是一个过渡形式，但其特性比内接式要好，因为内接式频率合成器的副波屏蔽难，例如HRO一500型等可以听到各种交流声（HRO一600型已有所改善）。
二、频率合成器的性能
频率合成器的主要性能指标有以下几点：稳定度；频率间隔；可调方式；调整时间；开机时间；寄生边带噪声。下面将分别论述之。
稳定度和频率间隔是兼顾的，例如英国莱克公司生产的RA1220型接收机等的稳定度约为1～3x10－7/日（每日偏移1～3Hz），而美国柯林斯公司生产的65ISI型的稳定度为5X10-7／日，其他高级接收机也大致如此。
在固定式设备及军用机中，若稳定度为10-9／日、10-10／日的话，则使用起来就很好。这些是接收机的稳定度，但也可以认为就是合成式本振的稳定度。
原来柯林斯圭产的接收机，其最佳稳定度为10-5／日左右。因为频率合成器的稳定度基本上是由标准频率振荡器的稳定度所决定的，所以几乎所有的机器都采用内装加热丝恒温槽的晶休振荡器。恒温槽的温度控制大多采用桥式电阻，其温度连续可变，它代替了以前的双金属和水银开关，而且作为双重恒温槽来说，现主在为提高其温度条件而努力（见图1）。
图1 连续可变型恒温槽的构成
最新式机器大多不使用加热丝等加热体，而是用热敏电阻进行精确温度补偿。因为标准振荡器的短期波动将导致频率合成器的输出端出现噪声，所以标准振荡器的频率稳定度无论如何不会太好。据说不久将在通信机中采用铆原子标准频率振荡器（小型化成功后）。至于能否用于短波波段暂且不谈，但其特别高的频率稳定度都确实是时代的需要。由于晶体振荡器的发展（现正在研究依靠振子本身的构造而得到高稳定度的方法），高级接收机的稳定度将可望达10-10/日以上。要达到此性能指标，大概为期不远了。
基于频率合成器基本上是不能连续振荡的，故其输出频率也必然为离散型。机载频率合成器大部分都是1KHz为一档。这样，在2～30MHz频率范围内，就有28000个信道。
目前，通用接收机的频率间隔大致为100Hz。柯林斯公司的65ISI之频率间隔亦为100Hz，此值可能是单边带解调中不引起失真的最低限度。飞机机载接收机用频率合成器也有100Hz为一档的。
马可尼、莱克公司生产的频率合成器有1Hz、10Hz为一档的，、如H2900型；现在似乎还有0.1Hz为一档的，这是最小的。
在频率合成器中，作为内插振荡器也有使用可变频率振荡器的。虽然能连续可变，但因整机的稳定度是由内插振荡器所左右的，因此整机不能达到标准振荡器的稳定度。
自前，采用锁相环的频率合成器，大部分是通过改变程序计数器的分频比来改变本振频率的。其度盘如照片2（略）所示，各档分别为十进制，因此在寻找接收频率信号时比较麻烦。
频率间隔比较小的接收机，一般均采用马达驱动，总的来说操作不太方便，但仍可称之为“步进调楷”式；从使用的角度来看，还是转动一个旋钮而覆盖100KHz左右频率范围的方法较为方便。
为此，一般均采用把可变频率振荡器锁定在每档频率上（但是，此场合难以采用锁相，一般都采用误差消除电路）的方法（人工旋转可变电容器，从而一个个地锁定在100Hz一档上）。
柯林斯公司在65ISI型接收机中，采用了光电二极管和发光二极管相结合的技术，用旋转开关去控制数字电路，以改变100KHz以下的频率；也有不加限制的，即转动十进制各档的开关，依靠机械齿轮的偏心轮的组合而使下档继续动作。中级接收机大部分在100KHz上是十进位的，在100KHz以下则插入可变频率振荡器。总之，连续可变的实现，乃是合成器的难点，也是今后研究的重要课题。
最近的数字电路及纯电子锁相环，其锁定时间达到5～10毫秒左右，大部分没有什么问题。但在用伺服机构使可变电容器或磁心工作的机器中，频率的调整时间无论如何总要更长些。
柯林斯公司生产的著名618T型机载无线电台（军用名为ARC－102，同一系列的还有ARC一94，58）为7～8秒左右。在等待接收的时间外，几乎不能使用。接收机的频率锁定时间不仅与频率合成器有关，而且还涉及到高频电路。因此，其频率锁定时间应把它们考虑在内（无线电电台还包括天线匹配电路）。一部最新的军用电台与频率合成器联动，利用使电流流到高频电路的铁氧体磁心的方法来改变电感，同时使所有的调谐电路联动。另外，还将二极管开关和扫描调谐电容的方法相结合使用。今后，接收机频率的锁定时间（接收机内部的）将不断缩短。
频率合成器的开机时间，是由以集成电路、大规模集成电路为电路单元的标准振荡器的稳定时间所决定的。因为恒温槽的温度上升很慢，所以用热敏电阻补偿温度系数的标准振荡器具有开机时间很短的优点；但要得到高的稳定度，则相当费事，所以其造价要比采用恒温槽的高。专用接收机经常处于开机状态，所以问题较少；但对通用接收机来说，在等待接收时间以外，就会出现象电视开机时那样的咿啦咿啦的声音。这意味着就连合成器也应有起始变化，因此从接通电源时开始，直到显示频率锁定为止，约有500Hz的变化（因为晶体谐振器从常温一直工作到60℃～80℃）。这个现象是不理想的，也有的在恒温槽的温度没有上来之前而使整个接收机不工作的，因为作为标准振荡器的问题，即使是最新式接收机也必须加热（15～30分钟），这是需要改进之处。今后，将会采用温度补偿型。
因为频率合成器旨在把很多频率分量合成起来，所以在合成过程中就有无数寄生分量输出。为此，一方面要提高滤波器的质量，而另一方面必须从频率的选择和组合等方面来尽量避免混入到本身的接收频带。在锁相环中，可把压控振荡器当作滤波器，而寄生副波输出做到-80db就不错了。
本振频率的边带噪声所引起的倒易混频等不利影响前面已讲过。频率合成器与一般纯LC振荡器相比，其边带噪声普遍较大。特别在采用高中频方案的接收机中，因为要求很高的振荡频率，所以频带的扩展更加显著。为了减小边带噪声，可采用噪声特别低的场效应晶体管和空腔等Q值高的谐振电路，但对此似乎还没有定论。
对于使用锁相环的频率合成器来说，为了减小边带噪声，则必须考虑以下几点：
①关于反馈电路的直流电压，要尽量减小单位电压的控制频率范围。
②环路的时间常数要取最佳值。
③环路中要多用混频器，并减小分频比。
④在频率范围宽的情况下，与其使环路复杂化，倒不如采用几个环，即提高环路增益。此关系可简单表示为：G=A1A2/N。式中，G为环路增，A1为Voc的传输系数（秒／伏），A2为鉴相器斜率（伏／弧度），N为分频比。
锁相环的边带宽范围调谐的大致关系如图2所示。可以看出，锁相环带宽宽是不好的，大致的目标是要求带外（中频频带外）噪声电平在-120db以下。这样，若要求锁相环设计得最佳是不太容易的。现在，已有整个锁相环采用大规模集成电路的倾向，这也是为了提高这方面的可靠性。
法国电话器材公司生产的LMT3451型军用电台之频率合器便采用了大规模集成电路，从而使整个频率合成器做成了只有太妃糖那么大的组件。该公司吹嘘其可靠性很高。
为了防止寄生分量，也有在晶体变换式频率合成器的输出端加入压控振荡器来纯化信号的，但不可能减小边带噪声。
目前，尚未规定边带噪声对接收机影响的程度。今后，这也许会成为一项性能指标。
图2 锁相环的边带宽范围调谐实例
三、频率合成器的分类
上面已介绍了用于接收机中的频率合成器的基本性能。如果要把用于接收机中的频率合成进行分类的话，则可以按设计思想来分。当然，要仔细分的话，将可以分成很多种，但一般分成以下几种：直接式和间接式；数字式与模拟式；合成法和分解法等。
所谓直接式，就是把很多的晶体振荡器相互混频、组合而成，其优点是方法简单、可靠性高；但由于是简单的混频，如果对各频率的选择性不好的话，则在副波这个问题上是比较讨厌的。
所谓间接式，就是采用锁相环路、频率电压转换电路（鉴频器）等方法，把压控振荡器和标准频率进行比较，从而用误差电压来控制输出信号，其优点是：因从振荡电路直接输出，所以能提高信噪比，但本振噪声往往会增大。至于数字式、模拟式以及合成法、分解法等，都是与激励压控振荡器的锁相环路程式有关。
数字式频率合成器的应用，乃是目前所流行的数字集成电路之发展结果。众所周知，数字集成电路的生产是很方便的，这有利于成批生产。
与数字式相对应的是模拟式频率合成器，它采用分频法来降低频率，并用普通混频器来反复逐次差拍，最后把降低的频率馈给相位比较电路。目前，模拟式频率合成器采用集成电路实现起来尚有困难、但用它作为接收机的本振，则其噪声很小，这可以说是模拟式很成功的地方。
最近，数字混频器就是为此而发展起来的（如MC12000L等），而模拟式混频器已好象几年不采用了。反复多次把混频器频率降低的方法称之为分解法。合成法就是为了改善直接式的噪声影响，以此输出为基础而重新通过锁相环，或者说就是把压控振荡器作为滤波器使用的方法。在此情况下，锁相环亦称为提纯电路。这种方法可以说是相当高级的。无论如何，对于高稳定度标准振荡器的标准频率之合成技术来说，则唯一的方法就是采用锁相。在军用方面，作为标准的晶体振荡器群，都是在各种基准上相位同步后而进行合成的。这些方法现已被广泛采用。
以上分类，当然是很简单的，但实际上各种方式的混合方法日益增多。
四、频率合成器实例
1．马可尼公司的Hz900系列
H2900是频率间隔为1Hz（译注：原文为2MHz）的柯林斯型机器、其频率合成器在一本振用81.8～109.8MHz，因为第二中频为可变的，所以二本振输出频率必须为49.8～51.8MHz连续可调。
该频率合成器为数字式频率控制与直接式合成的混合型，如图3所示；但数字电路是独特的。
在图3中，16MHz的晶体振荡器（作为钟脉冲源），则由15块晶体构成，振荡器2和压控振荡器均藉助于锁相、自动频率控制、数模转换器等方法，并以1MHz为参考频率。此频率合成器的可取之处是把16MHz的钟脉冲用加法电路和减法电路进行加、减，从而获得脉冲系列及所需输出频率。
图3 马可尼公司的H2900系列用频率合成器方框图
压控振荡器与此脉冲系列进行比较，并用变容二极管对变换成电压的误差信号进行校正，以此获得有用信号。
此频率合成器的最大优点就是频率间隔能够取得很小，甚至取0.1Hz也行。象这样的频率间隔，用一般的分频法是得不到的。在此，所用压控振荡器装在很厚的金属密封槽中（约2.5mm），这种结构的作用相当于温度时间常数保持较长（6小时）、结构牢靠的恒温槽，因此，接通后能直接使用。
象这样的牢固程度，对于防止由颤噪声所引起的本振频率之抖动（形成边带噪声）则是非常必要的。如果这一点被忽视的话，就不可能得到很小的频率间隔。无论什么方法采用锁相均是最稳定的，因此要获得较纯的振荡频谱，那种认为仅仅在LC振荡器中采用高质量元件就行了的想法是不实际的。
2．菲利浦公司的RO100系列
该机的频率合成器如图4所示。可以说，这是比较标准的频率合成器，很多接收机均采用此种频率合成器，其一中频为71.6MHz，第二中频为1.6MHz。因此，频率合成器一本振输出为72.6～101.6MHz，100Hz一点，二本振为固定70MHz输出。
图4 菲利浦公司的RO100系列用频率合成器方框图
在图4中，主压控振荡器的输出与频率间隔100KC的第2压控振荡器的输出进行混频，然后得到500～600KHz的频率范围。
在相位比较电路中，当频率范围为500～600KHz时，则100Hz一点的扫描输出与参考频率进行比较，结果第一压控振荡器在整个频率范围内以100Hz一点步进可调。在此，第三压控振荡器的振荡频率为5～6MHz，经1/10分频而得到500～600KHz的频率范围。因此，振荡器经1/10分频后，则由原来的1KHz频率间隔变为100Hz一点。
之所以不在低频率上直接进行鉴相，其原因是这样对变容二极管的容量要求太大（电压控制太大，线性就变差）。在此情况下，若把第三压控振荡器变换成频率范围为500～600KHz的可变频率振荡器，且保证同样的稳定度，那么就可以把这种频率合成器称之为连续可变型。
3．柯林斯公司的65ISI型
由于其第一中频为109.35MHz，故合成频率定为79.350～108.950MHz，100Hz一点。图5所示就是采用典型数字程序分频器的锁相式频率合成器，但和前面所说的RO100系列用频率合成器之不同点是：在主环中，由于加入了分频器。故用两个环来维持。
图5 柯林斯公司的65ISI型接收机用频率合成器方框图
再看看图4。如果增大主环中分频器的分频系数，那么似乎用一个环路就可以解决问题；但如前所述，由于分频系数的增大，致使电路增益降低，从而引起稳定性变差和噪声增大，等等。虽然由于集成电路的普及，使得此种频率合成器的生产比较容易，但要在至少为100KC以上的频率范围内用一个旋钮实现连续可调，则还要费一些工夫。
在65ISI中，发光二极管和光电二极管结合起来使用，以对应于光脉冲的人射，并通过数字开关的工作，可以调节计数器。当把可变频率振荡器旋过100KHz间时，则可调在每100Hz上。
尽管柯林斯公司生产的65ISI型接收机并没有什么特色，但这一部分的结构却是新颖的。
4．“威特莱”电路
以上所述均为各种形式与特色的频率合成器。英国莱克公司生产的民用及军用机，其频率合成器大都采用漂移抵消电路。由于该电路为威特莱所发明，故称之为“威特莱电路”。
此电路的原理是：把可变频率振荡器的输出分成两路，而每一路分别馈给两个混频器以进行加减，从而消除误差部分。因此，请注意，这并不是以标准振荡器作参考而进行混频的情况。采用威特菜电路的频率合成器实例如图6（A）、（B）所示。
图6（A）为莱克公司生产的1770系列用频率合成器。图6（B）为”国立公司”生产的FRR一59型用频率合成器。无论哪一方案，由于可变频率振荡器1的误差均以等量出现在混频器1和混频器2。因为分别为正差和负差，所以混频器2最终输出的误差部分全部抵消掉。假若混频器2和输入频率由于可变频率振荡器1的误差而上升5KHz，那未由于进入到混频器2的本振频率也应该上升5KHz，故中频频率不变。
图6（A）采用威特菜电路的频率合成器（即菜克公司生产的1770系列用频率合成器）
图6（B）国立公司生产的FRR一59型用频率合成器
在图6（A）中，标准频率是1MHz，其高次谐波在第四混频器参加混频，第一可变频率振荡器，每隔1MHz锁定一次。
在图6（B）中，可变频率振荡器为100kHz一档。
在图（A）中，柯林斯型的一本振应用威特菜电路来代替大量晶体。在此情况下，因为第二可变频率振荡器是一般的自激振荡器，所以稳定度是由这一部分决定的。在图6（B）所示例子中，第二振荡器每隔500Hz锁定一次。这里，也使用了这种威特莱电路。当连续工作时，就断开此电路。威特莱电路的稳定度为1～3x10－7/日左右。然而，即使再提高标准频率发生器的频率稳定度，但整机稳定度都不能再提高。此电路方式，除莱克公司外，则在民用机中是不常见的，但在军用机中较多。
有时，也用此方式来消除多晶体频率合成器的各个晶休频率的微小误差（如美军用机GRC一106型、WRC一2型等）。
应该列入论文类吧
赞赞赞！
很有用
很好的文章，就是图看不到，不知为什么?
和10楼一样，图半天出不来，建议小编最好能以附件的方式上传一份。