CN117411438B - 一种阶跃二极管奇次倍频器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种阶跃二极管奇次倍频器，涉及微波高次倍频技术，包括偏置网络、输入匹配及低通滤波网络、阶跃二极管脉冲发生器、输出匹配网络、带通滤波网络，阶跃二极管脉冲发生器中具有若干对反向并联阶跃二极管；偏置网络为阶跃二极管提供合适偏压；输入匹配及低通滤波网络实现输入信号与阶跃二极管阻抗匹配，并保证输入信号频率；阶跃二极管脉冲发生器产生高次倍频信号，并滤除偶次谐波信号；输出匹配网络实现输出信号与带通滤波网络阻抗匹配；带通滤波网络对不同高次倍频信号进行选择滤波，抑制无用谐波。本发明可解决传统阶跃二极管一次变频技术下高频谐波信号对带通滤波器抑制度要求高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及微波高次倍频技术领域，尤其涉及一种阶跃二极管奇次倍频器。
背景技术
倍频器作为射频微波领域常见的一种非线性器件，能够实现输入信号频率倍增的功能，其广泛应用于雷达、卫星、导航、通讯、频率合成、仪器测量等诸多方面。倍频器主要有以下几种分类：从倍频次数的高低可以将倍频器划分为低次倍频器和高次倍频器两大类；从工作频带的宽窄可以将倍频器划分为窄带（点频）倍频器和宽带倍频器两大类；从工作原理的不同可以将倍频器划分为非线性电阻倍频器以及非线性电抗倍频器（参量倍频器）两大类，其中非线性电抗倍频器又可以划分为非线性电容倍频器和非线性电感倍频器。
常规高次倍频技术方案中，一种是通过变容二极管多次倍频滤波，其优点在于相位噪声特性良好，并且对倍频后的滤波网络性能指标要求低，但其最大缺点在于体积大；另一种是通过阶跃二极管一次倍频技术得到高频谐波信号，其优点在于相位噪声特性良好并且体积相对于变容二极管较小，但其最大缺点在于得到高次谐波信号后对滤波网络性能指标要求非常高，高频下高抑制滤波器的设计、加工以及同倍频电路的组装难度大，不易达到滤波器高抑制的性能。
发明内容
针对上述相关现有技术不足，本发明提供一种阶跃二极管奇次倍频器，解决传统阶跃二极管一次变频技术下高频谐波信号对带通滤波器抑制度要求高的问题。
为了实现本发明的目的，拟采用以下方案：
一种阶跃二极管奇次倍频器，包括依次连接的偏置网络、输入匹配及低通滤波网络、阶跃二极管脉冲发生器、输出匹配网络、带通滤波网络，阶跃二极管脉冲发生器中具有若干对反向并联阶跃二极管；
偏置网络用于为阶跃二极管脉冲发生器中的阶跃二极管提供合适偏压，确保其能够在负电流最大的瞬时产生电流阶跃，以获得尽可能大的电流阶跃值；
输入匹配及低通滤波网络用于实现输入信号与阶跃二极管阻抗匹配，并保证输入信号频率；
阶跃二极管脉冲发生器用于产生高次倍频信号，并通过反向并联阶跃二极管对进行偶次谐波信号的滤除；
输出匹配网络用于实现输出信号与带通滤波网络阻抗匹配；
带通滤波网络用于对不同高次倍频信号进行选择滤波，抑制无用谐波。
进一步，阶跃二极管脉冲发生器包括一端连接输入匹配及低通滤波网络、另一端连接输出匹配网络的电感L1，一端连接电感L1一端、另一端接地的电容C1，以及若干对连接在电感L1另一端和地之间的反向并联阶跃二极管。
更进一步，有一对反向并联阶跃二极管，包括二极管D1和二极管D2，二极管D1的正极与二极管D2的负极连接并接地，二极管D1的负极与二极管D2的正极连接并连接电感L1另一端；或，有多对反向并联阶跃二极管，包括两个依次同向串联有多个二极管的单元，其中一个单元的正极连接另一个单元的负极并接地，其中一个单元的负极连接另一个单元的正极并连接电感L1另一端。
进一步，还包括连接于输出匹配网络和带通滤波网络之间的空闲回路，用于把中间频率能力反射回阶跃二极管，通过非线性变频作用获得需要的n次倍频信号，并用于将所需频率相邻的两个需要高抑制的频率通过串联谐振到地。
更进一步，空闲回路包括两个LC串联谐振电路，LC串联谐振电路的电容一端连接在输出匹配网络和带通滤波网络之间，另一端串联电感一端，电感另一端接地。
本发明的有益效果在于：
提供了一种新型阶跃二极管奇次倍频器，它具有倍频次数高、占用体积小、性能稳定、调试方便的特征，并且对所需奇次谐波信号附近的偶次谐波信号起到极大的抑制作用，降低了对后续带通滤波器的抑制度要求；且不必对偶次谐波加空闲回路，简化了电路设计，并减小了输出偶次杂散电平，奇次分量电平也略有增加；同时降低了对输出滤波器的要求，输出滤波器通带范围可适当增加，以便减小带内插损，这对于高次倍频而言尤为重要。
附图说明
图1示出了本申请实施例的阶跃二极管奇次倍频器结构框图。
图2示出了本申请实施例的阶跃二极管脉冲发生器有一对二极管的电路图。
图3示出了本申请实施例的阶跃二极管脉冲发生器有多对二极管的电路图。
图4示出了本申请实施例的空闲回路电路图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本申请实施例提供一种阶跃二极管奇次倍频器，如图1所示，包括依次连接的偏置网络、输入匹配及低通滤波网络、阶跃二极管脉冲发生器、输出匹配网络、带通滤波网络。具体的，本实例中的阶跃二极管脉冲发生器的网络中具有若干对反向并联阶跃二极管。
其中，偏置网络负责为阶跃二极管脉冲发生器中的阶跃二极管提供合适偏压，确保其能够在负电流最大的瞬时产生电流阶跃，以获得尽可能大的电流阶跃值；输入匹配及低通滤波网络负责实现输入信号与阶跃二极管脉冲发生器中的阶跃二极管阻抗匹配，并保证输入信号频率；阶跃二极管脉冲发生器用于产生高次倍频信号，并通过反向并联阶跃二极管对进行偶次谐波信号的滤除；输出匹配网络负责实现输出信号与带通滤波网络阻抗匹配；带通滤波网络负责对不同高次倍频信号进行选择滤波，抑制无用谐波。
具体的，作为阶跃二极管脉冲发生器的具体实施形式，如图2-图3所示，其包括一端连接输入匹配及低通滤波网络、另一端连接输出匹配网络的电感L1，一端连接电感L1一端、另一端接地的电容C1，若干对连接在电感L1另一端和地之间的反向并联阶跃二极管。通过反向并联阶跃二极管对，可以对偶次谐波信号进行滤除，提高对偶次谐波信号的抑制；同时当采用多对反向并联阶跃二极管时，还可以提高输出信号的功率。
当有一对反向并联阶跃二极管时，如图2所示，其包括二极管D1和二极管D2，二极管D1的正极与二极管D2的负极连接并接地，二极管D1的负极与二极管D2的正极连接并连接电感L1另一端。由于有二极管D1和二极管D2构成的反向并联阶跃二极管对的存在，具有奇次非线性，只产生奇次分量。实际上，失去的偶次分量（含直流）成为两二极管间的环流，偶次和奇次混合分量被分开，偶次分量在环路内环流，而奇次分量在外电路中环流，从而实现对偶次谐波信号进行滤除。
当有多对反向并联阶跃二极管时，如图3所示，包括两个依次同向串联有多个二极管的单元，其中一个单元的正极连接另一个单元的负极并接地，其中一个单元的负极连接另一个单元的正极并连接电感L1另一端。
具体的，每个单元中有4个阶跃二极管，其中一个单元包括依次串联的二极管D1、二极管D3、二极管D5、二极管D7，另一个单元包括依次串联的二极管D2、二极管D4、二极管D6、二极管D8，二极管D1的负极与二极管D2的正极连接并连接电感L1另一端，二极管D1的正极连接二极管D3的负极，二极管D3的正极连接二极管D5的负极，二极管D5的正极连接二极管D7的负极，二极管D2的负极连接二极管D4的正极、二极管D4的负极连接二极管D6的正极、二极管D6的负极连接二极管D8的正极，二极管D7的正极与二极管D8的负极连接并接地。
由于采用了上述多对反向并联阶跃二极管，每一对反向并联阶跃二极管都能产生谐波，叠加起来就更好的提高每一频率的输出功率。
优选的，如图4所示，在本实例中还设有空闲回路，其连接于输出匹配网络和带通滤波网络之间，它是除了第n次所需谐波以外的其他某次谐波的工作回路，但是不从此回路中直接输出功率，因此称为空闲回路，用于在倍频器中起能量转换站的作用，其包括两个LC谐振电路，具体包括电容C2、电容C3、电感L2、电感L3，电容C2与电感L2串联，电容C3和电感L3串联，电容C2和电容C3连接在输出匹配网络和带通滤波网络之间，电感L2和电感L3接地。
实际上空闲回路并不空闲，它可以把中间频率的能量再反射回二极管，通过非线性变频作用获得需要的n次倍频信号，有效地提高倍频器的倍频效率。此外，通过空闲回路，能将所需频率相邻的两个需要高抑制的频率通过串联谐振到地的方式，降低对后续输出带通滤波网络的抑制性能的要求。
本申请实施例的方式，不必对偶次谐波加空闲回路，简化了电路设计；还减小了输出偶次杂散电平，奇次分量电平也略有增加；并降低了对输出滤波器的要求，输出滤波器通带范围可适当增加，以便减小带内插损，这对于高次倍频来说尤为重要。
以上仅为本发明的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本发明。本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的范围情况下，对本发明进行的各种改变或同等替换，均属于本发明保护的范围。
Claims (2)
1.一种阶跃二极管奇次倍频器，其特征在于，包括依次连接的偏置网络、输入匹配及低通滤波网络、阶跃二极管脉冲发生器、输出匹配网络、空闲回路、带通滤波网络，阶跃二极管脉冲发生器中具有若干对反向并联阶跃二极管；
偏置网络用于为阶跃二极管脉冲发生器中的阶跃二极管提供合适偏压，确保其能够在负电流最大的瞬时产生电流阶跃，以获得尽可能大的电流阶跃值；
输入匹配及低通滤波网络用于实现输入信号与阶跃二极管阻抗匹配，并保证输入信号频率；
阶跃二极管脉冲发生器用于产生高次倍频信号，并通过反向并联阶跃二极管对进行偶次谐波信号的滤除；
输出匹配网络用于实现输出信号与带通滤波网络阻抗匹配；
空闲回路用于把中间频率能量反射回阶跃二极管，通过非线性变频作用获得需要的n次倍频信号，并用于将所需频率相邻的两个需要高抑制的频率通过串联谐振到地；
带通滤波网络用于对不同高次倍频信号进行选择滤波，抑制无用谐波；
其中，阶跃二极管脉冲发生器包括一端连接输入匹配及低通滤波网络、另一端连接输出匹配网络的电感L1，一端连接电感L1一端、另一端接地的电容C1，以及多对连接在电感L1另一端和地之间的反向并联阶跃二极管，多对反向并联阶跃二极管包括两个依次同向串联有多个阶跃二极管的单元，其中一个单元的正极连接另一个单元的负极并接地，其中一个单元的负极连接另一个单元的正极并连接电感L1另一端；
空闲回路包括两个LC串联谐振电路，LC串联谐振电路的电容一端连接在输出匹配网络和带通滤波网络之间，另一端串联电感一端，电感另一端接地。
2.根据权利要求1所述的阶跃二极管奇次倍频器，其特征在于，每个单元中有4个阶跃二极管，其中一个单元包括依次串联的二极管D1、二极管D3、二极管D5、二极管D7，另一个单元包括依次串联的二极管D2、二极管D4、二极管D6、二极管D8，二极管D1的负极与二极管D2的正极连接并连接电感L1另一端，二极管D1的正极连接二极管D3的负极，二极管D3的正极连接二极管D5的负极，二极管D5的正极连接二极管D7的负极，二极管D2的负极连接二极管D4的正极、二极管D4的负极连接二极管D6的正极、二极管D6的负极连接二极管D8的正极，二极管D7的正极与二极管D8的负极连接并接地。
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| GR01 | Patent grant | ||
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