簡介
頻率合成技術頻率合成(FrequeneySynthesis)是指以一個或數個參考頻率為基準，在某一頻段內，綜合產生並輸出多個工作頻率點的過程。基於這個原理製成的頻率源稱為頻率合成器(FrequeneySynthesizer)。
頻率合成器被人們喻為眾多電子系統的“心臟”。現代戰爭是爭奪電子頻譜控制權的戰爭。頻率合成器產生電子頻譜。在空間通信、雷達測量、遙測遙控、射電天文、無線電定位、衛星導航和數字通信等先進的電子系統中都需要有一個頻率高度穩定的頻率合成器。電子干擾使雷達、通信面臨著新的挑戰。通信在電子戰中跳頻體製成為一種重要的軍事通信手段。跳頻通信系統必須裝備與跳頻速度相適應的頻率合成器。一個性能優良的頻率合成器應同時具備輸出相位噪聲低、頻率捷變速度快、輸出頻率範圍寬和捷變頻率點數多等特點。
發展歷史
頻率合成理論大約是在30年代中期提出來。最初產生並進入實際套用的是直接頻率合成技術。
六十年代末七十年代初，相位反饋控制理論和模擬鎖相技術的在頻率合成領域裡的套用，引發了頻率合成技術發展史上的一次革命，相干間接合成理論就是這場革命的直接產物。隨後數位化的鎖相環路部件如數字鑒相器、數字可程式分頻器等的出現及其在鎖相頻率合成技術中的套用標誌著數字鎖相頻率合成技術得以形成。由於不斷吸引和利用如吞脈衝計數器、小數分頻器、多模分頻器等數位技術發展的新成果，數字鎖相頻率合成技術已日益成熟。
直接數字頻率合成(DDS)的出現導致了頻率合成領域的第二次革命。七十年代初，J.Tierney等人發表了關於直接數字頻率合成的研究成果，第一次提出了DDS的概念。由於直接數字頻率合成器(DDFS)具有相對頻寬很寬、頻率捷變速度很快、頻率解析度很高、輸出相位連續、可輸出寬頻的正交信號、可程式和全數位化便於集成等優越性能，因此在短短的二十多年時間裡得到了飛速的發展，DDS的套用也越來越廣泛。
分類
頻率合成器一般分為直接式、間接式和直接數字式三種基本類型。
直接式頻率合成器
這是最早出現最先使用的一種頻率合成器。它是由一個或多個晶體振盪器經過開關轉換、分頻、倍頻、混頻、濾波得到所需要的頻率。雖然提出的時間早，最初的方案也顯得十分落後，但由於直接模擬合成具有頻率捷變速度快，相位噪聲低的主要優點而使之在頻率合成領域占有重要的地位。
直接模擬頻率合成器容易產生過多的雜散分量以及設備量大是其主要缺點。近年來隨著聲表面波(SAW)技術的發展，新型的SAW直接式頻率合成器實現了較低的相位噪聲、更多的跳頻頻道、快的頻率捷變速度、小體積和中等價格。預計隨著SAW技術的成熟，SAW直接頻率合成技術將使直接模擬頻率合成器再現輝煌。
SAW直接式頻率合成器主要由SAW梳齒頻率產生器、SAW濾波器以及高速轉換開關、分頻器、倍頻器組成。目前國外已研製出SAW頻率合成器。如美國飛機公司（AircraftCorp）研製的雷達頻率合成器。
間接式頻率合成器
間接式頻率合成器有模擬和數字兩種，分別為模擬間接式頻率合器和數字間接式頻率合成器。
1.模擬間接式頻率合成
模擬間接式頻率合成具有多種技術途徑，分述如下：
a.注入鎖相振盪源
將一個外來基準信號源注入到被鎖振盪器時，被鎖振盪器所產生振盪的相位和外來基準信號的相位之差保持恆定，稱為注入鎖相。
b.模擬環路鎖相源
c.取樣鎖相振盪源
2. 鎖頻環頻率合成器
鎖頻環頻率合成器鎖頻環（FLL）提供了另一種間接頻率合成方法。與PLL不同，FLL頻率穩定度取決於鑒頻器中的無源色散元件如諧振子或延遲線的相位穩定度。
3.數字鎖相頻率合成器
數字鎖相頻率合成器是以數字鎖相環為基礎構成的鎖相頻率合成器。套用數字鑒相器和可程式數字分頻器是數字鎖相頻率合成器有別於模擬鎖相頻率合成器的主要特徵。
直接數字頻率合成器
直接數字頻率合成器(DDFS)由相位累加器，唯讀存貯器(ROM)，數模變換器(DAC)及平滑濾波器組成。在參考源時鐘的控制下，相位累加器依據數字指令，產生以數字方式逼近的線性增加的相位函式。相位累加器的輸出送到ROM的查詢表中，把相位碼轉換為正弦波形的幅度碼。ROM的輸出送DAC，產生正弦形的階梯波，最後經低通濾器平滑得到所需頻率的波形。
DDFS的主要優點是相位連續的快速頻率切換，極高的頻率解析度，小體積及低成本。其主要缺點是工作頻率有限，相噪及雜散相對高。
優缺點
優點
輸出信號有相干和非相干兩種，可達到微秒級、亞微秒級的頻率切換速度是直接式合成技術的主要特色，這是間接合成方法所無法比擬的，此外，相位噪聲可以做得低也是直接式合成技術的優點。
缺點
電路結構複雜、體積大、成本較高、研製調試一般比較困難，由於採用了大量的混頻、濾波環節，直接模擬頻率合成器都很難抑制因非線性效應而引入的雜波干擾，因而難以達到較高的雜波抑制度。
鎖相頻率合成器利用了相位反饋控制原理來穩頻，在對頻率切換速度要求不高，但對相位噪聲、雜散抑制要求較高時，鎖相頻率合成有其特殊的優勢。
模擬鎖相頻率合成器的優點是能獲得較低的相噪，其缺點是模擬鎖相的鎖定不可靠，需要外加輔助頻率捕獲措施，輸出頻率點數少。
數字鎖相頻率合成器的優點是不需要外部輔助頻率捕獲，可用數字指令來選擇輸出頻率，輸出頻率點數多，易於集成。其缺點是帶內相位噪聲不僅受限於參考源的相噪，也受數字鑒相器、數字分頻器等數字器件相噪的限制。
由於間接式合成器結構簡單，性能優越，因此鎖相頻率合成技術一提出就得到了非常迅速的發展，很快成為頻率合成領域中最活躍的一個技術主流。
優缺點分析
(1) 頻率切換速度快；
(2)極高的頻率解析度；
(3)頻率切換時保持相位的連續性；
(4)相對頻寬很寬；
(5)全數位化實現便於單片集成。
主要缺點是工作頻率受到限制，相噪及雜散相對較高。
技術指標
頻率合成器設計方案的選擇取決於系統對頻率合成器技術指標的要求。當技術指標確定後，即可根據要求最佳化頻率合成器方案。技術指標基本上決定了頻率合成器的成本、體積、重量以及技術實現的難易程度。
(1)工作頻率和頻率範圍
(2)頻率間隔和跳頻點數
(3)頻率轉換時間(FrequencySwitchingTime)
(4)諧波抑制和雜散抑制
(5)長期頻率穩定度
(6)短期頻率穩定度
