7-4 混频与倍频
8光学混频
A3z A3 0, dA3z dz 0
考虑共线相位匹配条件 k k3 k1 k2 0
结合边界条件求解差频耦合波方程得到：
A1z A10cosh g z
2020/3/22
A2*z i g gA10sinh g z
29
图 3.3.4 绘出了这两个场振幅随 z 变化的特性。
由图可知，频率为2 的差频产生场与频率为 1 的信号
入射单色强光电场强度 E E0 cost
P E E 2
E0 cost E02 cos2 t
E0 cost
E02 2
( 1 cos 2t )
1 2
E02
E0
cos t
1 2
E02
cos
2t
基频成分
恒定电场
倍频成分
2020/3/22
3
入射两种不同频率的强光时
E1 E10 cos1t E2 E20 cos2t
2020/3/22
23
和频过程的三个频率的光子满足能量与动量守恒关系，因 此有：
3 1 2
k3 k1 k2
仍然从耦合波方程出发来计算频率为ω3的和频光的光强 随坐标 z 的变化。假定不考虑晶体的吸收，并且频率为 ω2的泵浦光光强足够大，以至
A2z A20
考虑共线相位匹配条件
k k3 k1 k2 0
P3
P
9 2 L2 02c4n4 n3
3
2
P
2
sin c2
kL
S
2
定义相干长度 Lc / k
当 L Lc 时，kLc / 2 / 2 ， 三倍频效率很快下降；
当 k 0 时，相位匹配，有最大的转换效率。
2020/3/22
实验七混频器的仿真设计
混频器电路旳主要技术指标 • 变频损耗 • 噪声系数 • 端口隔离度 • 驻波比 • 动态范围 • 三阶交调系数 • 镜频克制度 • 交调失真
电流在工作点用泰勒级数展开：
i f (E0 UL cosLt US cosSt)
f (E0 UL cosLt) f '(E0 UL cosLt)US cosSt
Байду номын сангаас
1 2!
f
''(E0
UL
cos Lt )(U S
cos St )2
…
定义二极管旳时变电导g(t)为
g
t
= di dv
= v=E0 +ULcosLt
i2 gnVs cos(nL s )t
i1 gnVs cos(nL s )t n
输出： i i2 i1 2gnVs cos 2i 1L s t
n为偶数旳高次谐波电流被完全抵消，只剩余奇次谐波电 流(n=2i+1)，所以电路本身抵消了二分之一高次谐波电流 分量。
3、镜像回收混频器 (a)给出了分支线电桥旳信号和本振输入端都放置了平行耦合 镜像带阻滤波器，在该处它们镜像开路。因为该处距二极管 约为λSg／4, 因而在两个二极管输入接点处镜像信号被短路到 地。(b) 在接近连接二极管端口处有一耦合微带线作带阻滤波 器，该滤波器由两段1/4镜频波长旳短线构成，一段终端开路， 另一段与主传播线平行，形成平行耦合微带线。位置要调整 到刚好使镜频和本振二次混频后旳中频和一次混频旳中频同 相叠加，可回收镜频能量，提升混频器性能。
倍频的名词解释
倍频的名词解释倍频（Harmonic Frequency）是指某个波的频率是另一个波频率的整数倍的现象。
在物理学和工程领域中，倍频是一个重要的概念，它涉及到波的传播和谐波现象。
本文将从物理学、工程学和音乐学三个角度，对倍频进行深入解释。
一、物理学视角在物理学中，倍频是指频率为f1的波与频率为f2的波之间存在整数倍的关系，即f1 = nf2，其中n为正整数。
这种关系的存在使得波能够相互干涉和产生共振现象。
比如，当一个弦上振动的波频率为f1时，如果在同一个弦上加上频率为2f1的波，这两个波之间就存在倍频关系，它们会相互加强，使得弦的振幅增大。
倍频关系在光学、声学、无线电通信等领域中都有重要应用。
二、工程学视角在工程学中，倍频是指信号在非线性系统中产生的现象。
当信号通过非线性元件如放大器、开关等时，它会在输出中产生具有频率是输入信号倍数关系的新频率成分。
这种现象被广泛应用于频率合成、混频、调制解调和功率放大等工程系统中。
例如，在无线电通信中使用的混频器就可以将不同频率的信号相混合，产生新的频率成分，并实现频率转换和信号处理。
三、音乐学视角在音乐学中，倍频是指乐音的谐波现象。
当乐器演奏时，除了主音、基音外，同时还有一系列倍频的谐波成分。
这些倍频谐波给乐器的音色和音质带来了不同的特色。
例如，对于吉他的弦振动来说，除了弦振动的基频外，还会有倍频的二次谐波、三次谐波等。
这些倍频谐波对乐曲的音质和共鸣起到了重要作用。
在音乐制作和音频处理中，倍频谐波的控制和调整也是非常重要的一环。
综上所述，倍频是一个具有广泛应用的重要概念，它涉及到物理学、工程学和音乐学等多个领域。
无论是在波的传播和干涉、非线性系统中的信号处理，还是在乐器的音色特色中，倍频都发挥着重要作用。
通过对倍频的深入解释和理解，我们可以更好地应用和控制倍频现象，提高系统性能和音乐品质。
因此，倍频在不同领域的应用和研究将会持续深入，对于科学技术和艺术的发展有着重要的推动作用。
倍频和分频,预分频和后分频
"分频"是说通过分频电路,将输入信号的频率进行降低后再输出.经过处理后,输出的信号频率如果是输入信号频率的1/2,叫2分频率;1/3,叫3分频;1/n,叫n分频;分频电路一般可以用数字电路来完成.2-4分频电路,可以用D或者JK触发器来实现.比如2分频原理就是让输入信号有两个脉冲时,输出端才出现一个脉冲,那么假如说输入信号为1000Hz,也就是输入信号每秒种有1000个脉冲,按照上面的原理,每2个输入脉冲才产生一个输出脉冲,那么输出信号就是500Hz,输出信号频率就变成了输入信号的1/2.如果要实现任意进制的分频,简单而且实用的电路是采用计数器电路.集成计数器芯片有74系列的74ls190、74ls191、74ls192等,以及40系列的CD4029等.实现n进制分频的原理是这样的:假如一个二进制计数器,如果计数到了5,那么4个输出端从高位到低位的状态是0101,按照8421码,这个输出就是5,我们可以将这4个输出端从高位到低位的第2、4个输出端的信号接到一个与门的输入端,按照与门的工作特性,只有当两个输入都为1时,输出才为1,而计数器计数到5时,也就是说计数的输入端信号有5个脉冲时,计数的输出端从高位到低位的第2、4个输出端的信号正好都为1,与门才输出1,除此之外的任何情况,与门的两个输入端都不可能同时为1,这就实现了5分频.与"分频"概念对应的还有"倍频".倍频就是使输出端信号频率为输入端信号频率的倍数,实现输出频率为输入频率2、3、4、n倍的电路,分别叫2倍频、3倍频、4倍频、n倍频电路.至于现实中电脑术语里提到的"分频"和"倍频",那是说的是CPU与总线、外设之间工作频率的关系.为什么会有分频、倍频这个说法,按照标准微机原理教科书的说法是，CPU的工作频率可以很高,但是有些外部设备如硬盘、软盘,按照现在技术手段,把他们的工作频率设计成到达CPU的工作频率是不可能的.也就是说,一般情况下,CPU的工作频率永远是高于外部设备的,为了协调CPU与外部设备的工作时序,就只有进行"分频"、"倍频"处理.__原先并没有倍频概念，CPU的主频和系统总线的速度是一样的，但CPU的速度越来越快，倍频技术也就应允而生。
一种W波段八倍频放大芯片的设计
设计应用技术ＤＯＩ：１０．１９３９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｔｐｔ．２０２３．０５．０１３一种W波段八倍频放大芯片的设计傅琦，高显（中国电子科技集团公司第十三研究所，河北石家庄050051）摘要：介绍了基于砷化镓（GaAs）伪形态高电子迁移率晶体管（pseudo-morphology High Electron Mobility Transistor，pHEMT）工艺，输出信号为W波段的八倍频放大芯片的设计方法。
通过合理划分电路方案，将倍频器方案设计为输入频率经过四倍频器在Q波段进行放大，最后通过二倍频输出W波段信号。
基于上述方案，设计了一款输入频率为10.8～11.5 GHz、输出频率为86.4～92 GHz的八倍频多功能芯片。
芯片通过探针台在片测试，在工作频带内七次谐波抑制均优于15 dBc，九次谐波抑制均优于20 dBc，输出功率大于0 dBm。
关键词：砷化镓（GaAs）；单片微波集成电路（MMIC）；八倍频；W波段Design of A W-Band Octave Amplifier ChipFU Qi, GAO Xian(The 13th Research Institute, CETC, Shijiazhuang 050051, China)Abstract: This paper introduces the design method of an octave amplifier chip with W-band output signal based on the pseudo-morphology High Electron Mobility Transistor (pHEMT) technology of GaAs. By reasonably dividing the circuit scheme, the frequency multiplier scheme is designed such that the input frequency is amplified in Q-band by quadrupler, and finally the W-band signal is output by frequency doubling. Based on the above scheme, an octave multifunctional chip with input frequency of 10.8～11.5 GHz and output frequency of 86.4～92 GHz is designed.The chip passed the probe station on-chip test, and the seventh harmonic suppression is better than 15 dBc, the ninth harmonic suppression is better than 20 dBc, and the output power is greater than 0 dBm.Keywords: GaAs; Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC); octave; W-band0 引 言随着人们对通信容量、频谱带宽、组件小型化等需求的日益提高，W波段收发组件、接收组件在星间通信、扫描成像、测损、车载雷达以及无人机探测等领域得到广泛应用[1-3]。
三阶非线性光学材料
光的受激散射, 光致透明, 多光子吸收...
材料的非线性极化
材料的非线性光学效应：
强光场或其它外加场的扰动 非线性极化引起材料光学性质的变化，
导致不同频率光波之间的能量耦合，
从而是入射光波的频率、振幅、偏振及传播方向发生改变。
材料由较弱光波电场E j引起的电极化强度Pi满足线性关系： Pi 0 ij E j
自散焦自聚焦25两种非线性吸收中间虚能级反饱和吸收多光子吸收激发态饱和吸收电子弛豫时间远大于激光脉宽26z扫描实验装臵平台小孔样品钛宝石可调谐激光器探测器1探测器2双通道功率计双凸镜步进马达控制器分光镜应用了材料自聚焦和自散焦以及非线性吸收的原理z扫描实验装臵成为了测量光学均匀材料非线性折射率n27z扫描测量的基本原理样品凸透镜激光源小孔28泵浦探测技术测量材料的三阶非线性性能29超快激光光谱学研究材料在超短脉冲激发后某些特性随时间变化的快慢
3） 由Pi3（ 辐射出的光波称为三次谐波。
又通过ω = ω – ω + ω的简并四波混频，得到频率仍然是ω的三阶极化 P(ω)(3)： 2 1 3 P 0 3 , , , E E
β
三阶非线性的应用与材料
一、研究背景
波长 转换器
信息存储
超连续光谱 产生
三次谐波产生
三阶 非线性光学
光限幅器
全光 网络开关
激光频率调谐
非线性材料种类
非线性材料
晶 体
半 导 体
有 机 物
高 聚 物
金 属 有 机 物
玻 璃
优良的非线性材料
具有一定的非线性系数 在工作波长具有较好的透明度 在工作波长具有较快的响应时间 具有较高的光损伤阈值 能制成具有足够尺寸、光学均匀的块状 物化性能稳定，易于进行各种加工
混频器、倍频器的研究
实验内容
注意事项
经带通虑波器取出所需信号。
现代电子技术实验
实验目的
混频器功能示意图
实验原理
实验内容
注意事项
混频器频谱图
现代电子技术实验
实验目的
实验原理
实验内容
注意事项
本振电路图
现代电子技术实验
实验内容
注意事项
再用示波器分别观察输入端（TP8）、输 出端（TP9）的已调幅波的载波的波形并测试其 周期。
现代电子技术实验
2、将TP10与TP7间的连接断开，连接 A、C两点，进行倍频测试。
实验目的
实验原理
在TP8加入fS =465KHZ，VPP=2V的正弦 信号，连接D、E两点，用示波器在TP9观察输 出，调节W2观察其对输出波形的影响，当馈 通调节至最小时测出输出信号的频率。 改变输入信号频率，观测电路输出有 何变化，对应纪录两组数据并得出相应结论。 在TP8加入fS =232.5KHZ，VPP=2V的 正弦信号，连接G，D端，用示波器在TP9观 察输出，改变输入信号的频率，观测输出波 形有何变化？并得出相应结论。
实验内容
注意事项
现代电子技术实验
注意事项：
实验目的
观测调幅波时，使波形稳定应注意以 下几点： 1、选择合适的扫描速度（观测调幅波 时，扫描速度应比较低，测载波频率时，扫 描速度应比较高）。 2、适当调整触发电平（Level旋钮）。
实验原理
实验内容
注意事项
3、调整释抑时间（ holdoff，如使用的 是数字示波器，在Mode/Coupling菜单下调 节）。
2
实验内容
倍频器、分频器、混频器、变频器、移相器
0617245基于多项式的记忆型数字基带预失真器刊,中/王勇//西安电子科技大学学报.2006,33(2).223226,286(D)一种五相混合式步进电动机驱动器的设计与实现(见0616924)1040振荡技术与振荡器、谐振回路0617246分布式振荡器相位噪声=Phase noi se in distributed os cillators 刊,英/C.J.White and A.Hajimir i//Electron ics Letters.2002,38(23).1453(E)0617247基于半速率锁相环的5Gb/s CMOS 单片时钟恢复电路刊,中/仇应华//固体电子学研究与进展.2006,26(1).7276(D)0617248C 波段微波低相位噪声介质振荡源刊,中/吴礼群//固体电子学研究与进展.2006,26(1).6063,68(D)0617249超宽带极窄脉冲设计与产生刊,中/樊孝明//现代雷达.2006,28(3).8790(G)超宽带(UWB)技术是以持续时间极短的脉冲作为传输载体进行数据通信的无线新技术。
基于BJT 雪崩特性,本文采用并行同时触发的工作方式,设计并产生了高重复速率的UWB 脉冲电路发生器,极大地减少了时延,缩短了上升时间,提高了脉冲的幅度,并从等效电路法的观点分析计算了脉冲的特性参数,理论结果与实测结果具有较好的一致性。
参50617250基于DSP 和DDS 技术的硅微谐振器智能驱动源设计刊,中/夏敦柱//测控技术.2006,25(4).8588(L)介绍了硅微静电梳状谐振器的静电驱动工作原理,重点提出了基于DSP 芯片和DDS 技术的智能驱动源系统设计框架。
详细分析了数字电路部分的接口技术和模拟电路部分中的微弱信号检测技术。
结合实验数据和扫频曲线,指出在不同真空度环境下谐振器的各种扫频方法。
参61070倍频器、分频器、混频器、变频器、移相器0617251采用准相位匹配LiNbO3波长变换器的1THz 多信道光学移频器=1THz multi channel optical frequency f q L N O3刊,英O T ,M L ,3(3)56()0617252混频器系统微分频率注入线性化技术=Diffrenece fre quecy inject ion linearisation technique for mixer systems 刊,英/M.Chongcheawchamnan,C.Y.Ng//Electron ics Letters.2002,38(23).1450(E)061725316GHz CMOS 4:1分频器刊,中/刘丽//固体电子学研究与进展.2006,26(1).6971,119(D)采用T SMC0.18m 标准CMOS 工艺实现了一种4:1分频器。
倍频器、分频器、混频器、变频器、移相器
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北京 理 工 大 学 学 报 英文 版
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调制器 解调器
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自动控制 系统 与变频器 的 电磁兼容 〔 中 周 加 刊 胜刀 安全 与 电磁 兼容 一 一 介 绍了制药 厂 发 醉 雌 用 变 叔 器 干 扰 自动 控 制 系统 的实 例分 析及干 扰处 理方 法 通 过 在 变 频器 翰 入 抢出端加 装 匹配 的 电像 滤 波器 有 效解决 了变频 器
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采用遗传 算法 自适应 回 馈的电磁散射数据稀琉 参数化
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电波传播
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提出 了一 种荃 于 预解扩 的判 决反 债最 小二 乘恒 棋 波束形 成 算法 它是对 接 收 信号 先 进行预 解扩 然后将 判决 反 俄 用于 最 小二 乘 恒模算 法进行 波 束形成 并 在加性 白离 折和 多径衰 落 信道 的 环 境 中进 行 了仿 真 仿真结 果表 明 该 算法的 信干 比 性能 和 误 码率性 能 比传统的 曰 二 算法 和 侧比 〔 人 算法要 好 参
高频实验倍频和混频
场效应管、三极管倍频器一、实验目的1、 理解场效应管、三极管的非线性特性；2、 理解场效应管、三极管倍频器的工作原理。
二、实验内容1、观察倍频器输出信号频率与输入信号频率的关系。
三、实验仪器1、20MHz 示波器 一台2、数字万用表 一块3、调试工具 一套四、实验原理设1u （频率为1f ）为输入信号电压，将1u 输入到非线性器件，若非线性器件的伏安特性)(u f i =用幂级数近似，则在静态工作点电压V Q 上展开的台劳级数为+++++=+=nn Q u a u a u a a u V f i 12121101)( （4－1）式中， n a a a 10、是各次方项的系数，它们与静态工作点电压V Q 有关。
由式4－1可见，当非线性器件输入一个电压信号时，器件的响应电流中存在着这个电压的平方项，即存在1f 的二倍频成分。
选择平方律特性好的非线性器件，并在后级加入选频网络（谐振频率为12f ），就可实现二倍频的功能。
场效应管和晶体三极管组成的谐振放大器就是由非线性器件（场效应管、三极管）和选频网络组成的，因此可实现倍频的功能。
实验电路如图4－1和4－2所示。
R2Q1C3CC1R3C1TT1D1D2T1+12VTP1图4－1 场效应管倍频器C17R28Q2R30C18C19R31 CC2R27 W3T2+12VTT2TP5图4－2 三极管倍频器五、实验步骤1、场效应管倍频器（1）连接实验电路在主板上正确插好小信号放大器模块，开关K1、K2、K3、K5向左拨。
主板GND接模块GND，主板+12V 接模块+12V。
检查连线正确无误后打开实验箱左侧的船形开关，K1向右拨，若正确连接，则模块上的电源指示灯LED1亮。
（2）输入信号参考低频信号源的使用方法，用低频信号源产生频率f1＝5.35MHz，峰峰值约500mV的正弦波信号，将此信号接入到TP1。
（3）观察倍频器的输出波形用示波器在TT1处测量，调节T1、CC1使TT1处信号的峰峰值最大不失真。
基于肖特基二极管的太赫兹二倍频器设计
基于肖特基二极管的太赫兹二倍频器设计何月;沈川;王成;陈鹏;陆彬【期刊名称】《太赫兹科学与电子信息学报》【年(卷),期】2015(013)005【摘要】固态倍频器是太赫兹源应用中的关键器件,如何利用非线性器件提高太赫兹倍频器件的效率是设计太赫兹固态电路的关键.本文介绍了利用肖特基二极管非线性特性设计固态太赫兹二倍频器的2种方法,即采用直接阻抗匹配和传输模式匹配设计了2种不同拓扑结构的170 GHz二倍频器,针对设计的结构模型,分别进行三维有限元电磁仿真和非线性谐波平衡仿真.仿真结果表明,在17 dBm输入功率的驱动下,倍频器在160 GHz～180 GHz输出频率范围内,倍频效率在15％左右,输出功率大于7 mW.最后对2种方法设计的倍频器结构进行了简单对比和分析,为今后太赫兹倍频研究和设计提供仿真方法.【总页数】6页(P691-695,711)【作者】何月;沈川;王成;陈鹏;陆彬【作者单位】中国工程物理研究院电子工程研究所,四川绵阳621999;中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心,四川绵阳621999;中国工程物理研究院电子工程研究所,四川绵阳621999;中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心,四川绵阳621999;中国工程物理研究院电子工程研究所,四川绵阳621999;中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心,四川绵阳621999;中国工程物理研究院电子工程研究所,四川绵阳621999;中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心,四川绵阳621999;中国工程物理研究院电子工程研究所,四川绵阳621999;中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心,四川绵阳621999【正文语种】中文【中图分类】TN771【相关文献】1.基于肖特基势垒二极管的太赫兹固态倍频源和检测器研制 [J], 姚常飞;周明;罗运生;许从海;寇亚男;陈以钢2.基于肖特基二极管的太赫兹二倍频器设计 [J], 何月;沈川;王成;陈鹏;陆彬;3.基于二极管三维模型的太赫兹倍频器研究 [J], 李理;张勇;赵伟;钟伟;刘双;卢秋全;徐锐敏4.基于肖特基二极管的太赫兹准光探测器设计方法与成像性能研究 [J], 李明迅;牟进超;郭大路;乔海东;马朝辉;吕昕5.基于肖特基二极管的宽带低本振功率太赫兹四次谐波混频器 [J], 杨益林;张波;纪东峰;王依伟;赵向阳;樊勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
倍频原理及
倍频原理及倍频原理是指将一个频率为f的信号通过某种方式转换成频率为2f、3f、4f……的信号的过程。
在通信、雷达、医学影像等领域，倍频技术都有着重要的应用价值。
本文将对倍频原理进行详细介绍，包括倍频原理的基本概念、应用领域、工作原理和发展趋势等方面进行阐述。
倍频原理的基本概念。
倍频原理是指通过某种电路或器件，将输入信号的频率转换成原来的整数倍。
这个过程可以分为整数倍频和非整数倍频两种情况。
整数倍频是指将输入信号的频率转换成原来的整数倍，比如2倍频、3倍频、4倍频等；非整数倍频则是将输入信号的频率转换成非整数倍，比如1.5倍频、2.5倍频等。
倍频原理在无线通信、雷达系统、医学成像等领域有着广泛的应用。
倍频原理的应用领域。
倍频原理在通信领域有着重要的应用，比如在无线通信系统中，为了提高信号的传输速率和频谱利用率，常常会采用倍频技术。
此外，在雷达系统中，倍频技术也可以用来实现更高分辨率的目标检测和跟踪。
在医学成像领域，倍频技术可以用来提高成像的分辨率和对比度，从而更好地观察人体内部的结构和病变情况。
倍频原理的工作原理。
倍频原理的实现通常需要借助于倍频器、倍频混频器、倍频倍频器等器件。
这些器件可以通过非线性电路或者非线性元件来实现输入信号频率的倍频转换。
在倍频器中，输入信号经过倍频器后，其频率会成倍增加，从而实现倍频的效果。
倍频原理的工作过程中，需要注意信号的失真和杂散问题，因此在设计和应用过程中需要综合考虑各种因素，以确保输出信号的质量和稳定性。
倍频原理的发展趋势。
随着通信、雷达、医学成像等领域的不断发展，倍频技术也在不断地得到改进和应用。
未来，倍频原理将更加广泛地应用于5G通信、毫米波雷达、超声医学成像等新兴领域。
同时，倍频原理的研究和应用也将更加注重器件的小型化、集成化和低功耗化，以适应现代电子设备对性能和体积的要求。
结语。
通过本文的介绍，相信读者对倍频原理有了更深入的了解。
倍频原理作为一种重要的信号处理技术，在通信、雷达、医学成像等领域有着广泛的应用前景。
非线性光学-第三章
特点：周期变化
z变化周期为 2 k
定义: 晶体长度L= π/k (1/2周期)
I2
Δ k 较小
为 相位失配下的相干长度
(正常色散下，相干长度为几十 m-100m)
0
Δ k 较大
L
2L
3L
4L
z
与Δk关系
思考：当Δk=0的情况？
若 k 0 基波光高消耗的情况
k k2 2k1 4
A3 i3 D ( 2 ) ( 3 ; 1 , 2 ) : A1 A2e i ( k3 k1 k2 ) z z 2cn(3 ) * i ( k k k ) z A1 i1D ( 2 ) ( 1; 3 ,2 ) : A3 A2 e 1 3 2 z 2cn(1 ) * i ( k k k ) z A2 i2 D ( 2 ) ( 2 ; 3 ,1 ) : A3 A1 e 2 3 1 z 2cn(2 )
第三章
光学倍频、混频与参量转换
1、光学倍频 2、光学和频、差频（三波混频） 3、光学参量振荡和放大 … 1、三次谐波 2、四波混频 3、双光子吸收
典型的非线性现象
二阶非线性 光学现象
介质不具有对称中 心的各向异性介质
三阶非线性 光学现象
对介质对称无要求
4、光学自聚焦
5、受激散射 …
这些效应是产生光学变频的较成熟的手段之一，它为人们提供了一 种研究物态结构、分子跃迁驰豫和凝聚态物理构成的新的有效手段。
倍频的
耦合波方程
i ( k - 2 k ) z A3 i ( 2 ) ( 2 ; , ) : A1 A1e 3 1 z cn3 * i (2 k -k ) z A1 i ( 2 ) ( ;2 , ) : A3 A1 e 1 3 z cn1
4倍频电路的工作原理
4倍频电路的工作原理
4倍频电路是一种将输入信号的频率提高到原来的四倍的电路。
它的工作原理是利用
谐振现象，即当一个电路的频率等于其固有频率时，电路中的电流和电压将达到最大值。
4倍频电路使用一个非线性元件，如二极管或晶体管，将输入信号中的低频分量通过非线
性现象转换成高频分量，然后使用一个滤波器滤除原始信号和高频倍数的混频信号外的其
他频率分量，保留原始信号和4倍频分量。
在4倍频电路中，非线性元件在接收输入信号时，由于信号中低频分量的幅值较高，
会导致元件处于非线性状态。
在非线性状态下，元件会产生对应于倍频信号的高频分量，
而忽略低频信号的其它分量。
这就意味着，在电路中的低频信号部分被抑制，而产生了一
个比输入信号频率高四倍的高频信号。
然后，利用一个滤波器将原始信号频率和高频倍数的混频信号以外的其他频率分量滤除，可以从电路中得到这个4倍频的信号。
滤波器的特性是只允许特定频率范围的信号通过，其他频率信号则被截止。
所以，滤波器充当了一个重要的过滤器功能，以便只允许所
需的信号通过。
在4倍频电路中，非线性元件的选择非常重要，通常使用的是双向二极管或小功率的
晶体管。
当应用于较高的功率和高速应用时，应该选择更具线性的元件。
除了非线性元件
的选择外，滤波器的特性同样也是4倍频电路中必要的元件。
总之，4倍频电路是一种常用的电路，用于将输入信号的频率提高到原来的四倍，并
具有实际的应用。
它的工作原理是通过利用非线性元件的转换作用以及滤波器的过滤作用，从输入信号中提取了频率最高的倍频信号。
倍频效应
第1 1节倍频效应倍频效应是非线性光学效应。
当光束通过晶体后，除了原来的激光波长以外，还检测到波长为1/2入射光波长的成分，即从晶体中透出光的频率是入射光频率的两倍。
人们把这种光学现象称作光的倍频效应。
倍频效应是弗兰肯(Franken)等人在1 9 6 1年首先发现的。
他们将红宝石激光器输出的波长为694. 3nm的红光射到石英晶体上。
当这束红光通过石英晶体后，他们发现在透射光中除了波长为6 91．3nn的红光外，还出现了波长为347.1nn的成分。
后者的波长刚好等于红宝石激光波长的一半，即频率加倍。
照相板图l0-91 弗兰肯等人的倍频实验装胃若用其它一些晶体材料来取代石英晶体，如磷酸二氢氨(ADP)、磷酸二氢钾(KDP)、砷酸二氢铷(RDA)、铌酸锂( LiNb03)、碘酸锂(Li103)、铌酸钡钠(BNN)等等，都能产生倍频效应。
不仅在透射光中能够检测到倍频光波，在反射光中也能出现倍频光。
将高功率的激光束投射到表面光滑的金属表面上，例如，金、银、铜、铋做的镜面，或者由碱金属盐类，如氯化钙、氯化钠，氯化钾以及半导体材料做成的镜面，甚至液体（例如水、二硫化碳、苯）和空气的分界面，在反射光中也包含有倍频的光波。
图10-22是用红图J e）22 反射光出现倍频光波宝石激光在砷化镓反射镜上反射，在反射光中产生倍频光波的实验示意图。
如果在装砷化镓反射镜的盒中充入一种液体（比如苯）．就可以观察到两束反射光，其中一束是原来的红宝石激光，另一束是由砷化镓晶体产生的倍频光束。
前者遵守反射定律，即反射角等于入射角，01 =02，倍频光不再遵守反射定律。
它的反射角以满足刀1；inplsin秒。
=瓦5式中的n，和l12分别是基波和倍频光波在浸没砷化镓晶体片的液体中的折射率。
根据．L面式子可以计算出反射光中倍频光波与基波之间夹角。
如果盒内不充入引起色散的介质．，倍频光波满足通常的反射定律。
倍频效应是非线性的光学效应，当介质在很强的光波电场作用下，不但产生线性极化，而且产生-次、三次等非线性极化。
中频混频器的工作原理
中频混频器的工作原理中频混频器是一种重要的电子器件，常用于通信和信号处理系统中。
其工作原理涉及到电子学、信号处理和无线通信等多个领域知识。
下面我将详细介绍中频混频器的工作原理。
1. 中频混频器的基本结构和功能中频混频器是一种非线性电路，用于将不同频率的信号进行混频。
其基本结构包括混频电路、滤波器和放大器等组件。
其主要功能是将高频信号与中频信号进行混合，产生中频信号，以便后续的信号处理和解调。
2. 中频混频器的工作原理中频混频器的工作原理涉及到倍频、降频和滤波等多个环节。
其工作过程如下：（1）倍频和降频：中频混频器通过非线性元件（如二极管）将高频信号与中频信号相乘，产生新的频率信号，即倍频和降频。
（2）滤波：产生的新频率信号经过滤波器进行滤波处理，滤除非理想混频产生的频率分量，得到所需的中频信号。
（3）放大：经过滤波后的中频信号可能较弱，需要经放大器进行放大，以便后续的信号处理和解调。
3. 中频混频器的非线性特性中频混频器的工作原理涉及到非线性元件，因此其具有非线性特性。
在工作过程中，中频混频器会产生倍频和降频等非线性失真，导致输出信号中包含原始信号及其倍频和降频成分。
中频混频器的设计需要考虑非线性特性对系统性能的影响。
4. 中频混频器的工作频率和应用中频混频器通常工作在数百kHz至数GHz的范围内，其具有广泛的应用领域。
在无线通信系统中，中频混频器用于将射频信号转换成中频信号，以便于后续解调和处理；在雷达系统中，中频混频器用于将接收到的高频雷达信号转换成中频信号等。
中频混频器是一种关键的电子器件，其工作原理涉及到倍频、降频、滤波和放大等多个环节。
了解中频混频器的工作原理对于理解通信系统和信号处理具有重要意义。
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V D1 T r2 T r1 uI uC V D4 V D3 T r2 uI
T r1 uC
1/ 2u c 1/ 2u c
V D2
V D2
uL
uL
二极管平衡混频器
二极管环行混频器
2. 三极管混频器 优点——具有较高的增益，广泛用于中短波超外差接收机及 测量仪器中。 分类——根据高频信号和本振信号的输入方式不同，分四种基 本电路形式如下：
收音机中三极管混频器
（2）电视机中混频电路
电视机中的混频电路
7-4-3 混频器主要技术指标
——混频器不同于电压放大器，其主要目的是较好地完成 混频功能，评价指标也不同 1. 混频电压增益 ——输出中频信号振幅UIm与输入高频信号振幅Ucm之比
U Im Au = U cm
2.选择性——混频器对干扰信号的抑制能力。一般对混频器的选 择性要求比较高。 3.失真与干扰 混频失真——如果混频器输出中频调幅信号包络与输入高频调幅 信号包络不同，则表示信号产生了失真。 干扰信号——在混频过程中，由于非线性器件的特性还会产生一 些除有用信号以外的干扰信号。
§7-4 混频与倍频
学习要点： 学习要点： •了解常用混频电路 •了解混频干扰与失真
混频与倍频
7-4-1 概述 7-4-2 混频器 7-4-3 混频器主要技术指标 7-4-4 混频干扰与失真 退出
——根据信号处理的要求将已调波的载频降低或升高,但调制规 律不变。
7-3-1 概述
——之所以要变频，主要是根据接收设计的需要 1．如早期接收机采用“直放式接收机”，它的框图如下所示。
(1)减小输入混频器的信号振幅： 提高接收机天线回路及高频放大器的滤波性能，并且适当 降低电压增益。例如在调试调幅收音机时往往要降低收音 机混频级的电压增益，以保证较好的混频效果。对某些主 要的干扰，可用专门滤波电路如下图所示的电视接收机高 频头高通滤波器，其截止频率42.5MHZ。因电视V波段最 低频率为48.5MHZ，高通对电视信号传输无影响；但中频 为38MHZ，使高通有效地抑制来自天线的中频干扰。
高放
高放
检波
低放
缺点：对天线接收的高频调幅波直接进行放大。高放属“小信号 谐振放大器”。 （1）高增益宽频带是不易做到的（因高频分布参数的影响）。 （2）谐振放大器的谐振曲线是选频曲线，对不同频率信号的放 大量不同，使收音机接收到的声音忽大忽小，很不稳定。
2．目前接收机广泛采用“超外差技术” ——即设计一个本振信号fL，让fL总比外来的高频载波fC高出 一个固定的频率（称中频fI）。并保持中频信号是固定的 （fI=fL-fC）。超外差接收机框图
高放 混频 中放 检波 低放
本振
优点：将天线高频信号降低为中频信号（fI：不随接收信号而变 化，是固定的如：调幅—465kHz； 调频—10.7MHz； 电视图像—38MHz；电视伴音—31.5MHz。 使接收电路中高频放大器变成为中频放大器，放大器的 性能大大地提高。
3．混频器 ——完成由高频变成中频的电路（常与本振器合二为一，称 “变频器”） 混频器组成框图：
83pF 83pF
0.26μH 0.1ຫໍສະໝຸດ μH0.26μH 0.18μH
(2)合理选择与调整混频三极管的静态工作点 对于混频器来讲，合理地选择静态工作点是十分重要的。 根据二、三极管的转移特性曲线可知，将集电极电流选在 较低值时，这可使混频管主要工作于特性曲线的二次方区 域，以减小非线性高次方项干扰。一般IC=0.5～1mA，可 以减少哨声干扰及非线性失真。如在调试收音机时，若发 现干扰哨声，去调整混频器的集电极直流电流是有效的， 但这种措施对于削弱中频干扰及镜像干扰是无效的。 (3)采用平衡混频器和模拟乘法器混频器电路 平衡混频器和模拟乘法器混频器电路的抗干扰能力较强， 可有效地抑制各种干扰。另外，在混频器输出端与中放输 入端之间，有时还可采用专门的吸收回路，来抑制中频及 镜像干扰信号。
特点——优点：结构简单、噪声低、组合频率分量少等。用 于高质量的微波通信、雷达、测量等设备中 缺点：变频增益小于1。 二极管混频电路如图：
VD uc uL
C
fI L
uo
uC——调幅波信号（载频fC） uL——等幅本振信号（频率fL）， 且 fL>fc。
改进型——单二极管混频器的混频干扰较大。 1）平衡混频器（两只二极管）：可抑制组合频率干扰 2）环行混频器（四只二极管）：进一步抵消输出电流 中的组合频率分量。 如图所示，VD1、VD2组成一个平衡混频器，VD3、VD4组成另 一个平衡混频器。
(2)寄生通道干扰：也称“副波通道干扰”。由于接收机输入 端 选择性不够理想，有部分干扰信号进入混频器，它是外来 的干扰信号fn和本振信号fL作用产生的中频信号。若干扰信 号与本振信号作用产生频率等于中频fI，那么，中频放大器 对它是无法滤除的，直至检波输出在扬声器中发出干扰声 音。这类干扰，通常称之为寄生通道干扰。寄生通道干扰 中主要的是镜像干扰和中频干扰两种。 2. 非线性失真 ——非线性失真，如包络失真、强信号阻塞、交叉调制失真、 互调失真及倒易混频等。 3. 减小干扰及失真的措施 ——可采用两方面的措施来减小干扰和非线性失真
C L uI C L uI
uc uc
uL
uL
(a)
(b)
uc
uL
C
L
uI
C
L
uc
uI
uL
(c)
(d)
图中：ug——输入高频调幅波； uL——本振信号（为高频等幅振荡）； LC并联谐振回路——集电极负载（调谐于中频fI），其 作用是选出有用的中频信号 fI＝fL－fC，滤除其它频率分量。 3. 实用变频电路 （1）收音机混频与本振电路 V1等元件（上部）——构成混频器 V2等元件（下部）——构成本振
高频 uc 非线性 器件 本振 uL 本机振 荡器 选频电 路 中频 uI
uc——高频信号；uL——本振信号； 非线性器件——混频器，由二极管或三极管构成； 选频电路——频率变换后选出中频信号uI 。
7-4-2 混频器
分类——1）根据所用元件分：二极管混频器；三极管混频器； 场效应管混频器等； 2）电路结构及工作特点分：单管混频器；平衡混频 1. 二极管混频器 器；环形混频器等。
课后小结——见黑板
复习与提问： 复习与提问：1.检波原理 2.常用检波电路有哪些? 思考题： 思考题： 1.为什么在接收信号时要对接收信号进行变频（或混频）？ 2.什么叫超外差？画出超外差式接收机的组成框图。 3.混频器与变频器有何不同？ 4.二极管混频器与三极管混频器比较各自有何特点? 5.为什么说收音机混频级的静态工作点对收音机的收听效果 有影响？ 作业题： 作业题： P185 7-11 、12、13 、 预习： 预习：调频电路
4.噪声系数——由于混频器处于接收机的前端，混频自身内部产生 的噪声对无线电整机噪声系数影响较大，尤其是直 接混频式即无高放超外差接收机更是如此。希望混 频管的噪声系数愈小愈好。
7-4-4 混频干扰与失真
1. 组合频率干扰 分类——1）干扰哨声；2）寄生通道干扰 (1)干扰哨声：由于非线性作用，在混频器输出端除有用中频信 号外，还存在许多谐波及组合频率分量。经放大后再输入检 波电路。由于检波器的非线性作用，接近fI的组合频率分量 将与中频信号进行差拍检波而产生音频信号，最终在扬声器 中以“哨 叫声”的形式出现,称为干扰哨声。