频率合成技术作为一种能够产生高精度、高稳定度频率信号的核心技术，其发展历程与电子技术、通信需求以及军事应用紧密相连，要追溯其起源时间，需从早期频率控制的需求萌芽、理论基础的形成，以及关键技术的突破等多个维度进行梳理。
早在20世纪初,无线电通信的兴起对频率稳定性提出了初步要求，最初的频率源主要基于LC振荡器或石英晶体振荡器，其中石英晶体振荡器凭借其较高的频率稳定度（约10⁻⁵量级），在20世纪20年代开始广泛应用于通信系统中，这类固定频率源无法满足多信道通信、频率跳抗等场景对频率灵活性的需求，如何在不更换硬件的情况下，生成一系列高稳定度的离散频率”成为当时亟待解决的问题，这为频率合成技术的诞生埋下了伏笔。
频率合成技术的理论基础可追溯至20世纪30年代,当时锁相环（Phase-Locked Loop, PLL）概念的雏形开始出现，1932年，法国工程师Henri de Bellescize首次提出了锁相环的基本原理，描述了通过相位反馈控制实现频率同步的方法，这一理论的提出为后续频率合成技术的实现提供了核心框架，但受限于当时电子器件的水平（如真空管的性能限制、电路复杂度高等），锁相环技术并未立即应用于频率合成领域。
真正的技术突破发生在第二次世界大战期间,军事通信、雷达等系统的快速发展，迫切需要高稳定度、可快速切换的频率源，1940年代，美国和英国的科研机构开始探索基于频率转换的频率合成方法，直接频率合成”（Direct Frequency Synthesis, DFS）技术率先得到应用，直接频率合成通过将多个高稳定度的基准频率（通常来自晶体振荡器）进行混频、倍频、分频和滤波，最终合成所需的输出频率，1940年代美军在雷达系统中采用的“谐波合成器”，通过将基准频率进行倍频和混频，实现了频率的快速切换，其频率稳定度可达10⁻⁷量级，这一时期的频率合成设备多采用分立元件（如真空管、继电器、电感电容等），体积庞大、功耗高且成本昂贵，但其在军事领域展现出的价值，标志着频率合成技术从理论走向实用化，其起源时间可明确界定为20世纪40年代。
二战后,随着晶体管和集成电路的出现，频率合成技术进入了新的发展阶段，1950年代末至1960年代初，锁相环技术开始与频率合成相结合，“间接频率合成”（Indirect Frequency Synthesis）或“锁相环频率合成”（PLL Frequency Synthesis）逐渐成为主流，相较于直接频率合成，锁相环频率合成通过压控振荡器（VCO）和鉴相器的相位反馈控制，只需较少的频率转换步骤即可实现频率合成，具有结构简单、成本低、杂散抑制好等优势，1960年代，随着集成电路技术的发展，出现了单片锁相环芯片，进一步推动了频率合成的小型化和实用化，这一时期频率合成技术的频率稳定度提升至10⁻⁸量级，并开始应用于民用通信领域，如早期的移动通信系统和广播电视设备。
进入20世纪70年代后,微处理器和数字电路的进步催生了“数字频率合成”（Digital Frequency Synthesis）技术的诞生，1971年，美国学者J. Tierney和C. M. Rader首次提出了基于相位累加器的直接数字频率合成（Direct Digital Synthesis, DDS）原理，通过数字控制方式直接生成所需频率的正弦波信号，DDS技术具有频率切换速度快（微秒级）、分辨率高、相位连续等优点，但其早期受限于数模转换器（DAC）和数字电路的工作速度，输出频率较低，随着CMOS、GaAs等工艺的发展，DDS技术在80年代后逐渐成熟，并在通信、测量仪器等领域得到广泛应用。
从时间维度来看,频率合成技术的起源可划分为三个关键节点：1930年代锁相环理论的提出奠定了理论基础；1940年代直接频率合成在军事领域的应用标志着技术诞生；1950-60年代锁相环频率合成的发展推动其走向实用化和民用化，1940年代作为频率合成技术从理论走向实践的分水岭，被广泛认为是其起源时间，这一时期的直接频率合成技术虽然存在体积大、成本高等缺点，但其解决了高稳定度频率生成的核心问题，为后续技术迭代奠定了基础。
频率合成技术的发展历程可概括为下表：
| 时期 | 关键技术/事件 | 特点与应用场景 | 频率稳定度量级 |
|---|---|---|---|
| 1920-1930s | 石英晶体振荡器出现 | 固定频率源，早期通信设备 | 10⁻⁵ |
| 1930s | 锁相环理论提出（Henri de Bellescize） | 相位反馈控制理论框架，为频率合成奠定基础 | |
| 1940s | 直接频率合成（DFS）技术诞生 | 军事雷达、通信系统，体积大、成本高 | 10⁻⁷ |
| 1950-60s | 锁相环频率合成（PLL）发展 | 民用通信、广播电视，结构简化、成本降低 | 10⁻⁸ |
| 1970s至今 | 直接数字频率合成（DDS）技术成熟 | 高速通信、测量仪器，频率切换快、分辨率高 | 10⁻⁹~10⁻¹² |
频率合成技术的起源时间可追溯至20世纪40年代,以直接频率合成技术在军事领域的实际应用为标志，随着电子技术的不断进步，其技术路线从直接合成到锁相环合成，再到数字合成，频率稳定度、分辨率和灵活性持续提升，成为现代通信、雷达、导航、测量等领域的核心支撑技术。
FAQs
-
问：频率合成技术与普通振荡器的主要区别是什么？
答：普通振荡器（如LC振荡器、晶体振荡器）通常只能产生固定频率或频率调节范围有限的信号，且频率稳定度和精度受限于器件参数；而频率合成技术能够基于一个或多个高稳定度基准频率，通过混频、倍频、分频或数字控制等方式，生成一系列高精度、高稳定度且可灵活切换的离散频率，满足多信道、快速跳频等复杂应用需求。 -
问：锁相环频率合成（PLL）和直接数字频率合成（DDS）各有什么优缺点？
答：锁相环频率合成（PLL）的优点是频率范围宽、输出信号杂散较低、技术成熟，缺点是频率切换速度较慢（毫秒级）、分辨率受限于参考频率和分频比；直接数字频率合成（DDS）的优点是频率切换速度快（微秒级）、分辨率极高、相位连续可控，缺点是输出频率上限受限于DAC和时钟频率，且杂散抑制相对困难，两者在不同应用场景中可互补使用。
