[摘要]：本文介绍锁相环及其频率跟踪的基本原理，给出二阶锁相环和四阶锁相环的设计依据;在此基础上，就四阶锁相环实现频率跟踪的转换时间进行了仿真，对如何减小频率跟踪的转换时间提供了可行方法。通过对锁相环的分析和仿真，达到合理选择频率跟踪方案，对锁相环电路实现频率跟踪具有实际意义。

　　[关键词]：锁相环 环路滤波器 压控振荡器 鉴相器 频率跟踪

　　Application of Phase Lock Loop Techniques in Speed Measuring Radar

　　[Abstract]: this paper gives an introduction to principles of phase lock loop and its frequency tracking techniques and also highlights the design foundation of two-order and four-order phase lock loop (PLL). On this basis, this research emulates frequency tracking transfer time of four-order PLL and, thus, proposes a feasible method to shorten transfer time. It is expected that, through the analysis of PLL, appropriate frequency tracking plan will come forth and be helpful to the practice of PLL frequency tracking.

　　[Key Words]: phase lock loop ; loop Filter ; voltage controlled oscillator ; phase detector ; frequency tracking

　　1 引言

　　雷达是现代军事领域里的空中千里眼，在战争中发挥着越来越重要的作用。雷达要探测的目标通常是运动的物体，如空中的飞机、导弹，海上的舰艇，地面的车辆等。在某些场合中，雷达不仅要显示这些运动目标，而且还要准确地测定其运动速度，如导弹制导，靶场测量，车辆监视等。由于目标的径向速度和回波的多普勒频率偏移成正比，因此只要准确地测出其多普勒频率偏移的正负，就可以确定目标的径向运动速度和方向。由于运动目标的速度差异很大，存在高、中、低、平稳运动和加速运动等，所以在采取如何提取多普勒频率方案时，要根据实际用途选择合适的信号处理方式。锁相环(Phase Lock Loop)简称PLL，是实现相位自动控制的一门技术性科学，早期是为了解决接收机的同步接收问题，后来应用在电视机的扫描电路中。由于锁相技术的发展，该技术已逐渐应用到通信、导航、雷达、计算机到家用电器的各个领域。自从20世纪70年代，随着集成电路的发展，开始出现集成的锁相环器件、通用和专用集成单片锁相环，使锁相环逐渐变成了一个低成本、使用简便的多功能器件。如今，锁相环技术(PLL技术)主要应用在调制解调、频率合成、彩色电视机色幅载波提取、雷达、FM立体声解码及频率跟踪等各个领域。随着数字技术的发展，还出现了各种数字DPLL器件，它们在数字通信中的载波同步、位同步、相干解调等方面起着重要的作用。随着现代电子技术的飞快发展，锁相环技术在自动频率跟踪、雷达多普勒信号提取、信号测量等领域发挥了越来越重要的作用，频率跟踪技术已经成为国防及科研生产的重要组成部分。目前、高性能的频率跟踪可以通过锁相环技术获得。随着大规模集成电路的发展，锁相式频率跟踪技术占有越来越重要的地位。

　　2 锁相环频率跟踪原理

　　锁相环路是一种反馈控制电路。锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。锁相环通常由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)三部分组成，锁相环组成的原理框图如图1所示。

　　锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压，对振荡器输出信号的频率实施控制。锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图2所示。

　　鉴相器的工作原理是：设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为：

　　式中的ω0为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率，称为电路的固有振荡角频率。则模拟乘法器的输出电压为：

　　用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压，即：

　　式中的为输入信号的瞬时振荡角频率，和分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为：

　　即：

　　则，瞬时相位差为：

　　对两边求微分，可得频差的关系式为：

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