倍频器
倍频器基本原理
倍频器：利用非线性电路产生高次谐波或者利用频率控制回路都可以构成倍频器。
倍频器也可由一个压控振荡器和控制环路构成。
它的控制电路产生一控制电压，使压控振荡器的振荡频率严格地锁定在输入频率f1的倍乘值f0=nf1上。
倍频器有晶体管倍频器、变容二极管倍频器、阶跃恢复二极管倍频器等。
用其他非线性电阻、电感和电容也能构成倍频器，如铁氧体倍频器等。
非线性电阻构成的倍频器，倍频噪声较大。
这是因为非线性变换过程中产生的大量谐波使输出信号相位不稳定而引起的。
倍频次数越高，倍频噪声就越大，使倍频器的应用受到限制。
在要求倍频噪声较小的设备中，可采用根据锁相环原理构成的锁相环倍频器和同步倍频器。
但是，这类倍频器线路比较复杂，倍频次数一般不太高，而且还可能出现相位失锁等问题。
应用：微波振荡器的频率稳定度不太高，在几十兆赫至百兆赫的晶体振荡器后面加上一级高次倍频器，可以获得具有晶振频率稳定度的微波振荡。
另外，多级倍频器级联起来，可以使倍频次数大大提高。
例如，二倍频器和三倍频器级联可产生六次倍频，m级N倍频器级联，总倍频次数为Nm。
不过，倍频级数增加，倍频噪声也加大，故倍频上限仍受到限制。
晶体管倍频器：电路与调谐放大器相似，但晶体管工作点通常置于伏安特性的截止区，输出回路则调谐在输入频率的n次谐波上。
由于晶体管仅在输入电压正半周的部分时间内导通，其集电极电流为一含有输入信号基频和各次谐波的脉动电流。
利用调谐于f0=nf1的回路的选频作用，倍频器即可输出所需频率。
为使输出信号幅度足够大，这种倍频器的倍频次数较低，一般n=3～5。
n增大输出幅度将显著减小。
这种倍频器的优点具有一定功率增益。
变容二极管倍频器：负偏置的变容二极管D接于输入和输出回路之间。
由L1C1构成的高Q滤波器只容频率为f1的输入信号在左边回路产生电流i。
由于变容二极管的非线性特性,二极管的端电压含有基频f1和2f1，…,nf1等谐波频率。
在输出端由于高Q带通滤波器的作用，因而只有频率为nf1的成分能够通过右边回路,并向负载输出有用的谐波功率。
倍频
实验一： 倍频电路与高频谐振功率放大器 实验目的：通过本实验，进一步了解和掌握丙类倍频电路和高频丙类谐振功率放大器的工作原理，了解和掌握倍频器中LC 选频回路Q 值变化对电路性能的直接影响关系，了解与掌握激励信号的幅值、负载电阻RL 的阻抗变化对放大器性能的影响。
通过实验、能够使学生初步掌握对高频电路的调整技巧，学会使用基本仪器对高频电路的测量及对电路的分析。
1.1 倍频器与高频谐振功率放大器工作原理(1) 丙类倍频器工作原理倍频器是把输入的信号频率f 0成整数倍增到n f 0的倍频电路。
比较常用的电路有2倍频、3倍频、5倍频等倍频电路形式,它常常被用于发射机、接收机电路或其它电路的中间级。
倍频器按其工作原理可分为两大类：第一类是参量倍频器：它利用具有PN 结元器件的结电容量的非线性变化，从而得到输入信号的n 次谐波频率分量。
常见的变容管倍频器、阶跃管倍频器就属于这种类型。
第二类是丙类倍频器：它利用晶体管的非线性效应，把正弦波变换成正弦脉冲波，由于脉冲波中含有丰富的谐波份量，通过LC 选频回路将信号的n 次谐波选出、从而完成对信号的n 次倍频功能。
这类倍频器的电路形式与丙类谐振放大器之间没有太大的区别、所以又称为丙类倍频器。
本实验中所采用的倍频器就属于这种电路类型。
图1-1 是本次实验用丙类倍频倍电原理图。
从图中可以看出该电路和丙类谐振功放级电路在电路结构上非常相类似、不同之处仅在于倍频器选用的两级LC 选频网络的固有谐振频率选择在输入信号f 0的三倍频上。
选用二级LC 选频,以提高选频效果。
LC 选频回路公式为：≈fLCπ21（U1）表示前级送来的载波信号，它经由L3、C13、C14组成的并联谐振回路选频后、经电容分压加载到倍频管BG3基极。
由于U1信号具有较大的电压幅值，完全可以使倍频管BG3工作在丙类状态下。
我们知道，当晶体管工作在开关状态时、其集电极输出信号电压为脉冲波,并且含丰富的谐波分量。
高频倍频器三倍频器电路设计
西安航空学院高频电子线路课程设计题目： 3倍频器电路设计专业班级：电信1431 学号： 46 学生姓名：**指导教师：教师职称：起止时间： 2012.12.29——2013.1.6 课程设计（论文）任务及评语目录第一章倍频器工作原理分析 01.1工作原理 01.2晶体管倍频原理电路、工作状态及其特点 (1)第二章丙类倍频器功效分析 (3)第三章三倍频器的主要质量指标 (6)3.1 变频增益 (6)3.2 失真和干扰 (6)3.3 选择性 (6)3.4噪声系数 (6)第四章电路设计与仿真 (7)第五章设计分析与总结 (9)参考文献 .................................................. 错误!未定义书签。
第一章 倍频器工作原理分析1.1工作原理倍频器（Frequency double ）是一种输出频率等于输入频率整数倍的电路，用以提高频率，如下图所示的例子。
图1.1倍频器的应用采用倍频器以下优点：发射机的主振频率可以降低，这对稳频是有利的。
因为振荡器的频率越高，频率稳定度就越低。
一般主振频率不宜超过5MHz 。
因此，发射频率高于5MHz 的发射机，一般宜采用倍频器。
在采用石英晶体稳频时，振荡频率越高，石英晶体越薄，越易震碎。
一般来说，最薄的石英晶体的固有振荡频率限制在20MHz 以下。
超过这一频率，就宜在石英振荡器后面采用倍频器。
如果中间级既可以工作在放大状态，也可以工作于倍频状态，那么就可以在不扩展主振波段的的情况下，扩展发射机的波段。
这对稳频是有利的，因为振荡波段越窄，频率稳定度就越高。
倍频器的输入与输出不同，因而减弱了寄生耦合，使发射机的工作稳定性提高。
如果是高频或调相发射机，则可采用倍频器来加大频移或相移，亦即加深调制度。
在超高频段难以获得足够的功率，可采用参量倍频器将频率较低、功率较大的信号转变为频率较高、功率亦较大的输出信号。
倍频器按其工作原理可分为三类。
数字倍频器原理
数字倍频器原理数字倍频器是一种用于产生高频信号的电子设备，其原理基于数字信号处理技术和数字逻辑电路。
下面将对数字倍频器的原理进行详细的介绍。
一、数字倍频器的基本原理数字倍频器通过将输入信号进行频率分析，然后根据所需的倍数产生相应的高频信号。
其基本原理是将输入信号的频率信息提取出来，然后通过数字信号处理技术进行倍频处理，最后再通过数字逻辑电路将倍频后的信号输出。
二、数字倍频器的组成及工作原理数字倍频器通常由以下几个部分组成：1．信号输入部分：用于接收外部输入的信号，并将其传递到后续处理单元。
2．频率分析部分：对输入信号的频率进行分析，提取出信号的频率信息。
3．倍频处理部分：根据所需的倍数，利用数字信号处理技术对信号进行倍频处理。
4．数字逻辑电路部分：将倍频后的信号进行整形和滤波，以确保输出信号的稳定性和可靠性。
5．输出部分：将处理后的高频信号输出到外部设备。
具体来说，数字倍频器的工作流程如下：1．首先，输入信号通过信号输入部分进入数字倍频器。
2．接着，频率分析部分对输入信号进行频率分析，提取出信号的频率信息。
这一步通常由一个专门的数字信号处理器（DSP）或可编程逻辑器件（如FPGA）来实现。
通过对输入信号的频率信息进行分析，可以确定输入信号的频率以及其变化规律。
3．然后，倍频处理部分根据所需的倍数，利用数字信号处理技术对信号进行倍频处理。
对于整数倍频，可以通过对输入信号的采样数据进行计数，然后根据计数值来产生相应数量的时钟周期；对于小数倍频，可以通过插值算法或其他数字信号处理技术来得到所需的倍频信号。
4．倍频处理完成后，数字逻辑电路部分会对倍频后的信号进行整形和滤波，以确保输出信号的稳定性和可靠性。
这一步通常由一系列触发器和寄存器等逻辑电路来实现。
通过对倍频后的信号进行整形和滤波，可以去除信号中的噪声和失真，提高输出信号的质量。
5．最后，处理后的高频信号通过输出部分输出到外部设备。
根据具体应用场景的不同，输出部分可以采用不同的形式，如电压输出、电流输出或脉冲输出等。
倍频器原理
倍频器1、功能。
倍频器实质上就是一种输出信号等于输入信号频率整数倍的电路，常用的是二倍频和三倍频器。
在手持移动电话中倍频器的主要作用是为了提升载波信号的频率，使之工作于对应的信道；同时经倍频处理后，调频信号的频偏也可成倍提高，即提高了调频调制的灵敏度，这样可降低对调制信号的放大要求。
采作倍频器的另一个好处是：可以使载波主振荡器与高频放大器隔离，减小高频寄生耦合，有得于减少高频自激现象的产生，提高整机工作稳定性。
2、倍频原理。
由晶体三极管组成的倍频电路如下图所法，它的基本原理是：三极管VT1的基极不设置或设置很低的静态工作点，三极管工作于非线性状态，于是输入信号经管子放大，其集电极电流会产生截止切割失睦，输出信号信号丰富的谐波分量，利用选频网络选通所需的倍频信号，而滤除基波和其他谐波分量后，这就实现了对输入信号的倍频功能。
手机射频功率放大器射频功率放大器手持移动电话发射端的高频信号功率越大，天线转换成电磁波的能量也越大，天线转换成电磁波的能量也越大，通信距离就越远；反之，输出高频信号功率越小，通信距离就越近。
为了保证一定距离的无线电通信正常，必须对射频信号进行功率放大。
对手机射频功率放大器的主要要求有以下四个方面。
（1）输出功率能达到要求，电路有一定的输出功率功率余量。
（2）电路效率高，以节约直流电源用电量。
（3）具有良好的谐波抑制能力，杂波辐射量要小。
（4）具有功率自动控制电路，以防止电源电压变化或振荡输出电压幅度不稳定引起的过激励，避免末级功放电路的烧毁。
目前手持移动电话的射频功率放大器广泛应用厚膜混合集成功放块，其特点是将射频功放器件组成整件，体积小，可*性高，组装及检修方便。
功率自动控制电路使输出功率保持在一定范围内，其工作原理框图如下图所示。
末级功放输出的信号经耦合器采样取出部分信号功率，经过检波变成直流送入放大器放大，放大后的电平再耦合至微处理器进行检测，并由微处理器送出一个控制指令到功率放大器，从而调整功率电平使之能满足要求。
丙类倍频器的基本原理_高频电子电路（第2版）_[共2页]
![丙类倍频器的基本原理_高频电子电路（第2版）_[共2页]](https://img.taocdn.com/s3/m/bde364b1f5335a8103d220a6.png)
第4章 高频功率放大器– 103 – 的。
对于输出级，要求输出功率最大，放大器应工作于临界状态，而最佳电阻P R 应保证放大器工作于临界状态。
对于中间级，要求输出电压变化小，放大器应工作于过压状态，而最佳电阻P R 应保证放大器工作于过压状态。
4.3 丙类倍频器4.3.1 倍频器的用途在无线电发射机、频率合成器等电子设备中，倍频器被广泛地运用。
它的功能是将频率为c f 的输入信号变换成频率为c nf 的输出信号（n 为正整数）。
采用倍频器的优点主要有以下几点。
① 能降低电子设备的主振频率，对提高设备的频率稳定度有利。
因为振荡器的频率越高，频率稳定度就越差，一般主振器频率不宜超过5MHz 。
因此，当发射机频率高于5MHz 时，通常采用倍频器。
② 在通信机的主振器工作波段不扩展的条件下，可利用倍频器扩展发射机输出级的工作波段。
例如，主振器工作在1.5～3MHz ，在其后采用放大倍频级，该级在波段开关控制下，既能工作在放大状态，又能工作在二倍频或四倍频状态。
这样，随波段开关的改变，发射机输出级就可获得1.5～3MHz 、3～6MHz 和6～12MHz 3个波段的输出。
③ 在调频和调相发射机中，采用倍频器可加大频移或相移，即可加深调制深度。
倍频器按其工作原理可分为3类。
第一类是利用丙类放大器电流脉冲中的谐波，经选频回路获得倍频。
第二类是利用模拟乘法器实现倍频。
第三类是利用PN 结电容的非线性变化得到输入信号频率的谐波，经选频回路获得倍频，称为参量倍频器。
当工作频率为几十兆赫兹时，主要采用三极管丙类倍频器，而当工作频率高于100MHz 时，主要采用变容二极管、阶跃二极管构成的参量倍频器。
乘法器构成的倍频器主要受乘法器的上限工作频率的限制。
本节仅介绍丙类倍频器的基本原理。
4.3.2 丙类倍频器的基本原理在丙类工作时，晶体管集电极电流脉冲中含有丰富的谐波分量，如图4-23所示。
如果集电极谐振回路调谐在二次谐波或三次谐波频率上，那么放大器只有二次谐波电压或三次谐波电压输出。
倍频器原理
倍频器原理
倍频器原理：
倍频器是一种电子设备，它能将输入的信号放大或压缩，并产生出一个频率比输入信号高或低的输出信号。
它是一种常用的电子设备，在很多领域都有广泛的应用。
倍频器可以分为三类：单相倍频器、双相倍频器和多相倍频器。
单相倍频器由一个开关构成，它的作用是用单个调制信号来激励一个电感，使其达到一定的频率。
双相倍频器由两个开关构成，它们的作用是用不同的调制信号来激励一个电感，从而使其达到不同的频率。
多相倍频器由多个开关构成，它们的作用是用不同的调制信号来激励一个电感，使其达到多个不同的频率。
倍频器的基本原理是运用电磁感应原理，当电流通过电感时，会产生感应电流，这种感应电流会受到调制信号的控制，从而改变电流的频率，从而实现放大或压缩。
倍频器的应用非常广泛，它可以用于放大小规模的信号，也可以用于处理更大规模的信号，如电信、广播和电视等。
此外，倍频器还可以用于无线电通信和微波通信，用于改变信号的频率以实现数据传输等。
此外，倍频器还可以用于定频电路中，用于产生一个精确的频率，从而控制电路的频率。
例如，它可以用于摄像机的快门控制，用于实现定时触发拍摄。
总之，倍频器是一种重要的电子设备，它可以用于放大信号，调节频率，处理信号以及实现定时控制等多种用途。
倍频器
摘要摘要W波段是目前军用毫米波技术开发的高端，频率源是W波段高频系统实现的重要部分。
倍频器是实现毫米波频率源的一种重要方式,随着倍频器的发展和应用，倍频器方面的研究也不断地深入，如今倍频技术已经发展到一个新的阶段。
本文对W波段三倍频器进行了设计、仿真。
采用两个二极管反向并联的结构实现三次倍频的方案，这种平衡倍频电路结构能够将输入频率的偶次谐波抵消掉，从而大大降低电路中的杂波量。
本文运用ADS软件建立二极管对模型并且进行匹配电路的设计，运用HFSS软件对W波段三倍频器的滤波电路和过渡转换电路进行了仿真设计，然后把S参数仿真结果导入到ADS软件中,采用谐波平衡法对W 波段三倍频器的整体电路进行仿真和优化以获得最大倍频效率。
经仿真，W频段宽带三倍频器基本达到设计要求。
变频损耗在15dB以下，谐波抑制度基本20dBc以上。
关键词：毫米波、倍频器、低通滤波器、W频段三倍频IABSTRACTABSTRACTMultiplier is one important way to realize the millimeter-wave frequency source. Following the application and development of multiplier device and circuit, the research of multiplier theory is increasing. Today frequency multiplying technology has reached a new level.Firstly W-band frequency tripler has been designed, and simulation. Diodes which constitutes anti-parallel pairs structure was used to realize the frequency tripler. Balanced Frequency tripler can suppress the even-order harmonics so effectively that the amount of clutter has been greatly reduced. In this paper, The model of diode pairs was modeled and impedance matching networks was designed in Agilent ADS. Filter circuit and transition circuit of W-band frequency tripler have been simulation designed in the HFSS, and then import simulated S-parameters into ADS software. Finally, harmonic balance analysis was used to optimize the entire circuit for maximum multiplication efficiency.By the simulation, the W band tripler almost reaches the requirement of the project. the microstrip multiplier performance is better in entire W-band with multiplier loss 15dB and harmonic suppress above 20dBc.Key word: millimeter wave, multiplier, lowpass filter, W-band tripler.II目录目录第一章引言 (1)1.1毫米波的特点及应用 (1)1.2毫米波倍频器介绍 (2)1.3毫米波倍频器的国内外发展动态 (3)1.4课题介绍 (4)第二章倍频电路的基本理论 (5)2.1倍频原理 (5)2.2非线性电路的分析 (6)2.3平衡倍频器电路设计原理[11] (8)第三章毫米波三倍频器的设计 (10)3.1概述 (10)3.2关键技术和难点 (10)3.3倍频器的研制方案和设计框图 (11)3.4二极管的选择及参数介绍 (12)3.5波导-微带过渡 (13)3.5.1 理论基础 (13)3.5.2 输入波导到微带线探针过渡的设计仿真 (14)3.5.3 输出微带到波导线探针过渡的设计仿真 (16)3.6低通滤波器的设计 (18)3.7总体电路的仿真 (20)3.7.1 第一种电路形式的仿真 (20)3.7.1.1二极管对的输入阻抗及匹配电路 (20)3.7.1.2 加入无源电路进行总体仿真 (22)3.7.2第二种电路形式的设计及仿真 (26)3.7.2.1 二对二极管对的输入阻抗及匹配电路 (26)3.7.2.2 加入无源电路进行总体仿真 (28)3.7.3第三种电路形式的设计及仿真 (30)III电子科技大学学士学位论文3.7.3.1 二极管对的输入阻抗及匹配 (30)3.7.3.2偏置电路的设计 (30)3.7.3.3 加入无源电路进行总体仿真 (31)3.9三种结构的仿真结果分析 (34)第四章结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)外文资料原文 (40)外文资料译文 (45)IV第1章引言第一章引言1.1毫米波的特点及应用毫米波一般指的是波长介于1~10mm的一段电磁波频谱，其相应的频率范围为30~300GHz。
注入锁定倍频器原理-概述说明以及解释
注入锁定倍频器原理-概述说明以及解释1.引言概述部分的内容应该是对注入锁定倍频器的基本概念和背景进行介绍。
可以参考以下内容：1.1 概述注入锁定倍频器是一种常见的电子器件，用于产生高频信号。
它实现了将低频信号锁定在一个倍频点上，并输出对应的高频信号。
这一技术在无线通信、雷达、高精度测量等领域具有广泛的应用。
在无线通信系统中，注入锁定倍频器常用于产生微波信号。
传统的低频振荡器虽然可以产生所需频率的信号，但在高频段的应用中存在一些困难。
而注入锁定倍频器能够将低频信号同步到高频段，提供稳定、高质量的高频输出信号。
注入锁定倍频器的工作原理是利用倍频效应。
具体来说，它通过将一个低频信号注入到倍频电路中，使倍频电路的输出频率是低频信号的整数倍。
通常，倍频电路由相位锁定环和倍频电路两个主要部分组成。
相位锁定环负责将低频信号的相位与倍频电路中的振荡器相位同步，而倍频电路则将同步后的低频信号进行倍频处理，得到高频输出信号。
本文将重点介绍注入锁定倍频器的原理和工作机制，并对其在实际应用中的一些关键问题进行讨论。
进一步深入理解注入锁定倍频器的原理，有助于我们更好地应用和优化这一技术，推动无线通信等领域的发展。
再根据文章的整体结构，在这一部分可以适量预告一下接下来将在正文部分讨论的内容，以激发读者的兴趣。
文章结构部分主要是对整篇长文的组织和安排进行说明。
本文的结构如下：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 锁定倍频器的原理2.2 注入锁定倍频器的工作原理3. 结论3.1 总结3.2 展望在文章结构部分，我们简要介绍了整篇文章的组织形式。
引言部分包括了概述，文章结构和目的三个方面的内容。
正文部分则分为两个小节，分别介绍了锁定倍频器的原理和注入锁定倍频器的工作原理。
最后，在结论部分，我们进行总结并展望未来可能的研究方向。
通过这样的结构安排，读者可以清晰地了解文章的整体内容和组织方式，为后续的阅读提供了指导。
倍频器原理分析范文
倍频器原理分析范文倍频器（Frequency Multiplier）是一种用于将输入信号的频率倍增的电路。
它常被用于无线电通信、雷达、测量仪器等领域。
倍频器的工作原理主要基于非线性元件的特性，将输入信号进行整流、非线性放大和滤波处理，从而产生倍频信号。
一般来说，倍频器可以分为有源倍频器和无源倍频器两类。
有源倍频器主要采用非线性放大器（如晶体管、放大管等）实现倍频功能。
具体工作原理如下：1.输入信号整流：输入信号经过整流电路之后，将负半周的信号转变为正半周的信号。
整流电路一般采用二极管或其它非线性元件。
2.非线性放大：整流之后的信号会经过非线性放大器。
非线性放大器具有非线性IV特性，可将输入信号的幅度放大。
3.选择性滤波：放大后的信号含有一定的谐波成分，需要通过滤波器将不需要的谐波滤除。
常见的选择性滤波器有陷波器、带通滤波器等。
4.输出信号：经过滤波之后，输出的信号频率是输入信号的倍频。
无源倍频器主要利用非线性元件本身的特性实现倍频功能，无需额外的电源。
具体工作原理如下：1.非线性元件：无源倍频器可采用二极管、倍频晶体等器件作为非线性元件。
这些非线性器件在特定工作点附近的特性曲线比较陡峭，表现出二次谐波或更高阶谐波的放大特性。
2.频率调整：通过调整输入信号的频率和幅度以及非线性器件的工作点，使其在非线性特性曲线的陡峭区域产生倍频现象。
3.选择性滤波：与有源倍频器一样，无源倍频器也需要使用滤波器去除不需要的谐波成分。
无论是有源倍频器还是无源倍频器，在设计中都需要考虑非线性元件的工作点稳定性、谐振频率、谐波抑制等问题。
实际应用中，倍频器常常被用作频率合成器、频率转换器等。
例如，在无线电通信中，可以通过倍频器将低频信号转换成高频信号以便传输；在雷达中，倍频器可以将雷达信号的频率倍增以增加探测精度等。
然而，倍频器也面临一些问题，例如对输入信号的幅度、频率、相位等参数要求较高，且非线性元件带来的谐波等噪声可能影响倍频器的性能。
倍频器电路设计
倍频器电路设计倍频器是一种常见的电路，用于将一个输入信号的频率提高为原始频率的两倍或更多倍。
倍频器通常由非线性元件（例如二极管）和滤波器组成，用于增强原始信号的谐波成分。
本文将介绍倍频器电路的设计原理、常见的倍频器类型以及一些注意事项。
倍频器电路的设计原理主要基于非线性元件的特性。
在一个正常的非线性元件（例如二极管）中，电流和电压之间的关系不是直线的，而是曲线的。
这意味着，当输入信号的幅值增加时，输出信号的谐波成分也会增加。
首先，让我们来看一个简单的倍频器电路。
这个电路由一个二极管和一个滤波器组成。
输入信号通过二极管，然后通过滤波器。
滤波器的作用是去除非期望的频率成分，只留下所需的谐波成分。
在一个典型的倍频器电路中，输入信号的频率为f1，输出信号的频率为2f1。
当输入信号通过二极管时，非线性特性将产生许多谐波。
然后，滤波器会选择所需的谐波成分，将其放大并输出。
常见的倍频器类型包括倍频器链、倍频器阵列和锁相倍频器。
倍频器链是由多个倍频器级联而成的电路。
每个级别的倍频器将输入信号的频率提高一倍，并将其传递给下一个级别。
倍频器链的优点是可以实现较高的倍频比，但缺点是它对输入信号的频率精度要求较高。
倍频器阵列是由多个倍频器并联而成的电路。
每个倍频器都将输入信号的频率提高一倍，并将其输出到同一输出节点。
倍频器阵列的处理能力比较强，但它对输入信号的幅度和频率范围有一定的限制。
锁相倍频器是一种特殊的倍频器，它在输入信号和输出信号之间建立了一个反馈回路。
锁相倍频器能够精确地将输入信号的频率提高一倍，并输出到一个稳定的输出信号。
锁相倍频器通常由相位锁定环路和多级频率倍增器组成。
在设计倍频器电路时，我们需要注意一些关键问题。
首先，非线性元件的选择非常重要。
二极管是最常见的非线性元件之一，但还有其他的选择，如场效应管和三极管。
我们需要根据具体的需求选择合适的非线性元件并优化电路参数。
其次，滤波器的设计也很重要。
滤波器的作用是去除非期望的频率成分，只留下所需的谐波成分。
倍频器和上变频器
倍频器可分为有源倍频器和无源倍频器，有源倍频器 需要外部电源供电，而无源倍频器则不需要。
倍频器的工作原理
工作原理
倍频器通过非线性元件将输入信号转 换为谐波信号，然后从众多谐波信号 中选择所需的频率进行放大，最终输 出所需的倍频信号。
电路组成
性能指标
倍频器的性能指标包括倍频次数、输 出功率、相位噪声、杂散抑制等。
倍频器和上变频器
• 倍频器简介 • 上变频器简介 • 倍频器和上变频器的比较 • 倍频器和上变频器的技术发展 • 倍频器和上变频器的实际应用案例
01
倍频器简介
倍频器的定义
定义
倍频器是一种电子设备，用于将输入信号的频率加倍， 产生输出信号。
原理
倍频器通过非线性元件实现输入信号的频率倍增，通 常使用晶体管或二极管等非线性元件。
成熟阶段
20世纪中叶，随着电子技术的快速发展，倍频器和上变频器技术逐 渐成熟，广泛应用于卫星通信、电视广播等领域。
现代阶段
进入21世纪，随着数字信号处理和微电子技术的进步，倍频器和上变 频器技术不断创新，具有更高的性能和更低的功耗。
当前的技术水平
高效率
现代倍频器和上变频器技术能够 实现高效率的频率转换，有助于
雷达系统
上变频器用于将低频的雷 达信号转换为高频信号， 以提高雷达的探测距离和 分辨率。
电子对抗系统
上变频器用于将低频的干 扰信号转换为高频信号， 以干扰敌方雷达和通信系 统。
03
倍频器和上变频器的比较
工作原理的比较
倍频器
倍频器是一种电子设备，可以将输入信号的频率加倍，产生更高频率的输出信号。其工作原理基于非线性元件的 特性，通过非线性元件将输入信号的能量转换为更高频率的信号。
倍频器原理与电磁波调制
倍频器原理与电磁波调制倍频器是一种重要的电子器件，它可以将输入信号的频率倍增。
作为无线通信和电子系统中的关键组件，倍频器在许多应用领域中发挥着重要作用，包括射频通信、雷达系统、卫星通信等。
本文将介绍倍频器的工作原理，并探讨电磁波调制在通信系统中的应用。
首先，我们来了解倍频器的工作原理。
倍频器是一种非线性电路，通过非线性元件将输入信号的频率转换为输出信号的倍频。
常见的倍频器主要分为整数倍频和分数倍频两种类型。
整数倍频器通过将输入信号通过非线性元件（如二极管或晶体管）的正弦函数变为更高谐波的输出信号来实现倍频。
例如，如果输入信号频率为f，整数倍频器可以将其转换为2f、3f、4f等倍频的输出信号。
分数倍频器则是通过将输入信号分频并加以相应倍频的技术来实现。
它通常用于较高的倍频要求，如毫米波段的无线通信。
分数倍频器使用非线性元件和LC谐振电路来实现输出信号的倍频。
无论是整数倍频器还是分数倍频器，其核心在于利用非线性元件实现输入信号到输出信号的频率转换。
非线性元件的非线性特性使得倍频器能够工作，而线性元件则无法实现频率倍增。
接下来，我们将探讨电磁波调制在通信系统中的应用。
电磁波调制是一种将信息信号转换为电磁波信号的技术。
在无线通信中，我们常用的调制方式有幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。
幅度调制是将信息信号的幅度变化转换为载波信号的幅度变化。
频率调制则是将信息信号的频率变化转换为载波信号的频率变化。
相位调制则是将信息信号的相位变化转换为载波信号的相位变化。
这些调制方式都可以用于无线通信中，根据具体的应用场景和要求选择合适的调制方式。
电磁波调制在通信系统中的应用非常广泛。
通过调制，我们可以将信息信号转换为电磁波信号，并利用无线电传输技术将其传输到接收端。
在接收端，我们可以通过解调将电磁波信号转换为原始的信息信号。
无线通信系统中的调制和解调过程通常是通过调制解调器（Modem）来实现的。
调制解调器根据具体的调制方式，将信息信号转换为合适的调制信号并发送。
《晶体管倍频器》课件
4. 参数计算
根据电路结构和晶体管参数，计算元件值和 偏置条件。
5. 仿真验证
使用仿真软件对设计的电路进行验证，确保 满足性能要求。
6. 优化调整
根据仿真结果，对电路参数进行调整，以提 高性能。
元器件选择与参数计算
1. 晶体管参数
参数计算
根据电路结构和倍频原理，计算 元件的数值和偏置条件。
根据输入频率和输出频率，计算 晶体管的静态工作点、集电极电 流和基极电阻等参数。
在雷达与导航领域，晶体管倍频 器的高性能和稳定性将有助于提 高设备的精度和可靠性。
军事领域
在军事领域，晶体管倍频器的应 用将有助于提高武器系统的精度 和可靠性。
未来发展趋势与展望
1 2 3
智能化与自动化
未来晶体管倍频器将更加智能化和自动化，能够 自适应地调整参数，提高设备的效率和稳定性。
绿色环保
随着环保意识的提高，晶体管倍频器的发展将更 加注重绿色环保，采用更加环保的材料和生产工 艺。
2. 电容、电阻参数
根据倍频器的性能要求，计算电 容、电阻的数值和容差范围。
元器件选择
选择稳定性好、可靠性高的晶体 管和电容、电阻等元件。
3. 偏置条件
根据晶体管的特性，确定合适的 偏置电压和电流，以保证倍频器 的稳定性和可靠性。
电路板设计与制作
电路板设计
使用专业电路设计软件进行电路板设计 ，确保电路布局合理、布线规范、元件
易于安装和调试。
制作工艺
根据电路板的设计要求，选择合适的 制作工艺，如PCB板制作、表面贴装
等。
制板材料选择
选择合适的绝缘材料和导电材料，以 保证电路板的电气性能和机械强度。
测试与调试
制作完成后对倍频器进行测试和调试 ，确保性能符合设计要求。
微波倍频器介绍
2次 倍频 400MHz
3次 倍频 1.2GHz
X波段 8倍频
滤波器 放大器
X波段 隔离器
13dBm 9.6GHz
-115dBc/Hz@10kHz
6
毫米波低相噪锁相源实现方案
(M) 谐波混频器
f
LO LO
毫米波
VCO
RF
f’LO=MfLO
f RF
倍频器
f
LO
(M)
fm=fRF-f’LO LLO = LLO+20lgM
Pnm P n m
m 0m
P
0m
0
P
m 1
0m
0
P
m2
P01
P0 m 1 100% P01
1、忽略变容管的电阻损耗； 2、除n次谐波外的所有谐波信 号都接电抗性负载； 理论倍频效率达到100%
24
一、电抗性倍频器
2、变容管倍频器
高次谐波不会产生电压，除非允许低次谐波电流流过
DDS提供频率精调；PLL提供频率粗调
缺点：PLL切换时，速度减慢
13
几种频率合成技术的性能比较
类别 主要特征
DS 高 差 快 很低 高
PLL 较高 一般 慢 较低 低ຫໍສະໝຸດ DDS 低 极高 快 低 高
工作频率 分 辨 率 速 噪 杂 度 声 散
在实际的工作中根据具体设计要求采用不同的方 式，也可以结合起来应用使最终的结果满足要求
9
DDS的特点
频率分辨率极高：由FCW=1可得分辨率Δf= fc/2A，A达到48位 (AD9852)，使得分辨率极高(微Hz级) 频率捷变很快：FCW的传输时间及以LPF为主的器件响应时间 很短，使得高速DDS系统的频率切换时间可达ns级 变频相位连续： FCW 的改变实质是改变相位增长率，而相位 本身保持不变，使得系统有良好的相参性 易于控制、集成和实现功能扩展：改变 ROM中存储的数据， 可以实现任意波形输出 杂波抑制差：DDS全数字结构带来了许多优点，但正是由于这 种结构以及寻址 ROM时采用相位截断、 DAC位数有限决定了 DDS杂波抑制差的主要缺点 输出频率低：受器件速度(特别是 DAC)的限制，使得工作时钟 频率fc较低(AD9858:1GHz) 输出相对带宽很宽：0～40%fc (Nyquist带宽限制了DDS的输出 上限)
锁相环倍频器
锁相环倍频器摘要倍频器（frequency multiplier）使输出信号频率等于输入信号频率整数倍的电路。
输入频率为f1，则输出频率为f0＝nf1，系数n为任意正整数，称倍频次数。
倍频器用途广泛，如发射机采用倍频器后可使主振器振荡在较低频率，以提高频率稳定度；调频设备用倍频器来增大频率偏移；在相位键控通信机中，倍频器是载波恢复电路的一个重要组成单元。
利用非线性电路产生高次谐波或者利用频率控制回路都可以构成倍频器。
倍频器也可由一个压控振荡器和控制环路构成。
它的控制电路产生一控制电压，使压控振荡器的振荡频率严格地锁定在输入频率f1的倍乘值f0＝nf1上。
目录一课题目 (4)二课题介绍 (4)三关键词 (4)四锁相环介绍 (4)五CD4046介绍 (6)六CD4518介绍 (10)七锁相环倍频器设计电路及工作原理 (12)八电路元件清单 (13)九焊接与制作 (13)十实物图 (14)十一心得体会 (14)十二参考文献 (15)十三致谢 (15)题目锁相环倍频器一．本次课程设计主要是配合《模拟电子技术》和数字电子技术》理论课程而设置的一次实践性课程，祈祷巩固所学知识，加强综合实力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的效果。
二．课程介绍倍频器有晶体管倍频器、变容二极管倍频器、阶跃恢复二极管倍频器等。
用其他非线性电阻、电感和电容也能构成倍频器，如铁氧体倍频器等。
非线性电阻构成的倍频器，倍频噪声较大。
这是因为非线性变换过程中产生的大量谐波使输出信号相位不稳定而引起的。
倍频次数越高，倍频噪声就越大，使倍频器的应用受到限制。
在要求倍频噪声较小的设备中，可采用根据锁相环原理构成的锁相环倍频器和同步倍频器。
三．关键词锁相环CD4046 CD4518四．锁相环介绍锁相环(phase-locked loop):为无线电发射中使频率较为稳定的一种方法,。
锁相的意义是相位同步的自动控制，能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环，简称PLL。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3.3倍频器电路模块
10uF 3.3.1 CD4046芯片简介
锁相的意义是相位同步的自动控制，能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环，简称PLL。
它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域。
锁相环主要由相位比较器（PC）、压控振荡器（VCO）。
低通滤波器三部分组成，如图1所示。
压控振荡器的输出Uo接至相位比较器的一个输入端，其输出频率的高低由低通滤波器上建立起来的平均电压Ud大小决定。
施加于相位比较器另一个输入端的外部输入信号Ui与来自压控振荡器的输出信号Uo相比较，比较结果产生的误差输出电压UΨ正比于Ui和Uo两个信号的相位差，经过低通滤波器滤除高频分量后，得到一个平均值电压Ud。
这个平均值电压Ud朝
着减小VCO输出频率和输入频率之差的方向变化，直至VCO输出频率和输入信号频率获得一致。
这时两个信号的频率相同，两相位差保持恒定（即同步）称作相位锁定。
当锁相环入锁时，它还具有“捕捉”信号的能力，VCO可在某一范围内自动跟踪输入信号的变化，如果输入信号频率在锁相环的捕捉范围内发生变化，锁相环能捕捉到输人信号频率，并强迫VCO锁定在这个频率上。
锁相环应用非常灵活，如果输入信号频率f1不等于VCO输出信号频率f2，而要求两者保持一定的关系，例如比例关系或差值关系，则可以在外部加入一个运算器，以满足不同工作的需要。
过去的锁相环多采用分立元件和模拟电路构成，现在常使用集成电路的锁相环，CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽（为3V－18V），输入阻抗高(约100MΩ)，动态功耗小，在中心频率f0为10kHz下功耗仅为600μW，属微功耗器件。
3.3.2 CD4046芯片引脚及引脚功能
图2是CD4046的引脚排列，采用16 脚双列直插式。
各引脚功能如下：
3.3.3 CD4046芯片内部结构
图3是CD4046内部电原理框图，主要由相位比较Ⅰ、Ⅱ、压控振荡器
（VCO ）、线性放大器、源跟随器、整形电路等部分构成。
比较器Ⅰ采用异或门结构，当两个输人端信号Ui 、Uo 的电平状态相异时（即一个高电平，一个为低电平），输出端信号UΨ为高电平；反之，Ui 、Uo 电平状态相同时（即两个均为高，或均为低电平），UΨ输出为低电平。
CD4046锁相环采用的是RC 型压控振荡器，必须外接电容C1和电阻R1作为充放电元件。
当PLL 对跟踪的输入信号的频率宽度有要求时还需要外接电阻R2。
由于VCO 是一个电流控制振荡器，对定时电容C1的充电电
图3
流与从9脚输入的控制电压成正比，使VCO的振荡频率亦正比于该控制电压。
当VCO控制电压为0时，其输出频率最低；当输入控制电压等于电源电压VDD时，输出频率则线性地增大到最高输出频率。
VCO振荡频率的范围由R1、R2和C1决定。
CD4046内部还有线性放大器和整形电路，可将14脚输入的100mV左右的微弱输入信号变成方波或脉冲信号送至两相位比较器。
源跟踪器是增益为1的放大器，VCO的输出电压经源跟踪器至10脚作FM解调用。
齐纳二极管可单独使用，其稳压值为5V，若与TTL电路匹配时，可用作辅助电源。
综上所述，CD4046工作原理如下：输入信号Ui从14脚输入后，经放大器A1进行放大、整形后加到相位比较器Ⅰ、Ⅱ的输入端，图3开关K拨至2脚，则比较器Ⅰ将从3脚输入的比较信号Uo与输入信号Ui作相位比较，从相位比较器输出的误差电压UΨ则反映出两者的相位差。
UΨ经R3、R4及C2滤波后得到一控制电压Ud加至压控振荡器VCO的输入端9脚，调整VCO的振荡频率f2，使f2迅速逼近信号频率f1。
VCO的输出又经除法器再进入相位比较器Ⅰ，继续与Ui进行相位比较，最后使得f2＝f1，两者的相位差为一定值，实现了相位锁定。
若开关K拨至13脚，则相位比较器Ⅱ工作，过程与上述相同，不再赘述。
3.3.4 CD4046芯片应用电路
用CD4046组成的频率信号跟踪电路(锁相环电路)频率信号跟踪电路即锁相环电路，它是CD4046的基本应用电路之一。
如图所示为用CD4046组成的能够捕捉和跟踪频率为l00～100kHz输入信号的锁相环电路。
3.3.5 CD4518芯片简介
CD4518是常用的二/十进制同步加计数器芯片, 其功能在数字电路中实现某些逻辑功能。
它的引脚图及引脚功能如下所示。
CD4518是一个同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为1～7和9～{15}.该CD4518计数器是单路系列脉冲输入（1脚或2脚；9脚或10脚），4路BCD 码信号输出（3脚～6脚；{11}脚～{14}脚）。
CD4518是一个双BCD 同步加计数器，由两个相同的同步4级计数器组成。
输入f
输出f
同步加计数器芯片CD4518引脚图
CD4518控制功能：CD4518有两个时钟输入端CP和EN,若用时钟上升沿触发,信号由CP输入,此时EN端为高电平（1）,若用时钟下降沿触发,信号由EN输入,此时CP端为低吨平（0）,同时复位端Cr也保持低电平（0）,只有满足了这些条件时,电路才会处于计数状态.否则没办法工作。
将数片CD4518串行级联时，尽管每片CD4518属并行计数，但就整体而言已变成串行计数了。
需要指出，CD4518未设置进位端，但可利用Q4做输出端。
有人误将第一级的Q4端接到第二级的CP端，结果发现计数变成“逢八进一”了。
原因在于Q4是在CP8作用下产生正跳变的，其上升沿不能作进位脉冲，只有其下降沿才是“逢十进一”的进位信号。
正确接法应是将低位的Q4端接高位的EN端，高位计数器的CP端接USS。