CN101931367A - 基于NPN三极管的100MHz三倍频器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于NPN三极管的100MHz三倍频器，由NPN三极管、输入匹配电路、隔离电路、电源分压滤波电路、输入匹配与基波空闲电路、二次、四次谐波空闲电路与输出滤波电路组成，其中，输入匹配电路与隔离电路连接，隔离电路连接于NPN三极管的基极，三极管的发射极连接电阻R和电容C组成的交、直流回路，三极管的集电极连接输出匹配与基波空闲电路，输出匹配电路与基波空闲连接二次、四次谐波空闲电路与输出滤波电路。其成本低廉、引入的额外噪声小，输出的信号相位噪声指标优良。输出的频率成份少，易于解决电磁兼容问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种射频倍频器，尤其是三极管制作三倍频器方法。
背景技术
在通讯、雷达等设备中经常需要使用相参的低相位噪声的300MHz信号给DDS（数字直接频率合成）电路提供时钟，用以产生发射波形。300MHz信号的相位噪声直接影响到发射波形的相位噪声，相位噪声是影响雷达改善因子的关键指标，如何产生相参的低相位噪声的300MHz信号就相当重要。雷达中常使用100MHz的高稳定低相位噪声的恒温晶振作为时钟源，用一个三倍频器将100MHz信号进行三倍频即可得到相参的300MHz信号。目前100MHz三倍频的办法有两种：
1、购买100MHz三倍频模块直接使用；
2、使用二极管或三极管设计三倍频器。
显然第二种方式成本低，经济实惠还有利于整体电路结构的设计。
使用二极管或三极管设计倍频器按倍频次数分为低次倍频、高次倍频器，低次倍频一般指五次以下倍频，这类倍频器是通过电容呈非线性变化的变容管的作用或晶体三极管C类放大的非线性阻抗实现的，随着倍频次数的增加倍频效率和输出功率将迅速降低。高次倍频主要使用阶跃二极管倍频。从工作原理又分为非线性电阻倍频和非线性电抗倍频。非线性电阻倍频是利用双极性晶体管（BJT）、场效应晶体管（FET）或二极管的非线性电阻效应把正弦波变成电流脉冲再用选频滤波器完成倍频；非线性电抗倍频器是利用PN结电容的非线性变化得到输入信号的谐波，进滤波器选出需要的频率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种低成本、低相位噪声指标的基于NPN三极管的100MHz三倍频器。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种基于NPN三极管的100MHz三倍频器，其特征在于，由NPN三极管、输入匹配电路、隔离电路、电源分压滤波电路、输入匹配与基波空闲电路、二次、四次谐波空闲电路与输出滤波电路组成，其中，输入匹配电路与隔离电路连接，隔离电路连接于NPN三极管的基极，三极管的发射极连接电阻R和电容C组成的交、直流回路，三极管的集电极连接输出匹配与基波空闲电路，输出匹配电路与基波空闲连接二次、四次谐波空闲电路与输出滤波电路。
本发明的基于NPN三极管的100MHz三倍频器，成本低廉、引入的额外噪声小，输出的信号相位噪声指标优良。输出的频率成份少，易于解决电磁兼容问题。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图；
图2为本发明的原理电路图。
下面结合附图将对本发明进行进一步的详细描述。
具体实施方式
本发明采用的理论基础是利用三极管PN结电容的非线性变化得到输入信号的谐波，再用滤波器选频；利用三极管倍频随着倍频次数的增加倍频效率和输出功率将迅速降低的特点，有效解决了倍频器多次谐波引起的电磁兼容问题。
为了降低倍频引起的相位噪声恶化，使低噪声系数的NPN三极管在低电压小电流C类状态下工作，输入端的输入匹配电路采用LC耦合电路，使激励源阻抗与三极管基极到发射极间的输入阻抗相匹配，并使用100MHz低通滤波器进行隔离谐波，三极管输出端集电极设计有匹配电路、基波空闲电路（100MHz回路）、二次和四次谐波空闲电路，最后通过带通滤波器构成的滤波电路输出300MHz频率。
请参阅附图1和2，本发明的基于NPN三极管的100MHz三倍频器，由NPN三极管、输入匹配电路、隔离电路、电源分压滤波电路、输入匹配与基波空闲电路、二次、四次谐波空闲电路与输出滤波电路组成，其中，输入匹配电路与隔离电路连接，隔离电路连接于NPN三极管的基极，三极管的发射极连接电阻R和电容C组成的交、直流回路，三极管的集电极连接输出匹配与基波空闲电路，输出匹配电路与基波空闲连接二次、四次谐波空闲电路与输出滤波电路。
由于300MHz信号要求低相位噪声，那么需要尽量减少由于倍频电路引进的噪声。减少附加噪声一般有以下几种办法：
1、选用低噪声系数的三极管，2、尽量减小供电电源纹波，3.低电压、低电流工作。
本实施例选用了噪声系数小于0.8的NPN三极管，工作电压2.7V，工作电流20mA，电源上使用LC、RC双重滤波。
1）供电端：电源分压滤波电路由电容器C1、C2、C3、C4、C5和电感L1、L2以及电阻器R1、R2共同组成三极管的偏置供电电路；其中，电容器C1、C2、C3和电感L1组成一个LC电源滤波器，电容C4、电阻R1组成一个RC滤波器，同时电阻R1、R2又组成分压、限流电路，使三极管工作在2.7V。
2）基极输入端：电容C6、电感L3组成三极管的基极输入匹配电路，使基波信号顺利通过，提高倍频效率；隔离电路：隔离电路使用电感L5、电容C8组成100MHz带通滤波器，用以滤除通过三极管反串的二次以上谐波，增加倍频器的隔离度。
3）集电极输出端：电感L2、电容C5、C9组成输出匹配电路与100MHz基波空闲电路，使基波分量形成回路；电感L6、电容C11组成二次谐波200MHz空闲电路，使二次谐波分量形成回路；电感L4、电容C7组成300MHz带通滤波器；电感L7、电容C12组成四次谐波400MHz空闲电路，使四次谐波分量形成回路。
4）发射极端：电阻R3、电容C10形成三极管的交、直流回路。
Claims (3)
1.一种基于NPN三极管的100MHz三倍频器，其特征在于，由NPN三极管、输入匹配电路、隔离电路、电源分压滤波电路、输入匹配与基波空闲电路、二次、四次谐波空闲电路与输出滤波电路组成，其中，输入匹配电路与隔离电路连接，隔离电路连接于NPN三极管的基极，三极管的发射极连接有电阻R和电容C组成的交、直流回路，三极管的集电极连接输出匹配与基波空闲电路，输出匹配电路与基波空闲连接二次、四次谐波空闲电路与输出滤波电路。
2.如权利要求1所述的基于NPN三极管的100MHz三倍频器，其特征在于：
所述输入匹配电路采用LC耦合电路；
所述隔离电路使用电感L5、电容C8组成100MHz低通滤波器；
所述电源分压滤波电路由电容器C1、C2、C3、C4、C5和电感L1、L2以及电阻器R1、R2共同组成三极管的偏置供电电路；其中，电容器C1、C2、C3和电感L1组成一个LC电源滤波器，电容C4、电阻R1组成一个RC滤波器，同时电阻R1、R2又组成分压、限流电路，使三极管工作在2.7V；
所述输出匹配电路与基波空闲电路是由电感L2、电容C5、C9组成输出匹配电路与100MHz基波空闲电路，使基波分量形成回路。
3.如权利要求1所述的基于NPN三极管的100MHz三倍频器，其特征在于，所述的二次、四次谐波空闲电路与输出滤波电路是电感L6、电容C11组成二次谐波200MHz空闲电路，使二次谐波分量形成回路；电感L4、电容C7组成300MHz带通滤波器；电感L7、电容C12组成四次谐波400MHz空闲电路，使四次谐波分量形成回路。
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