CN203377843U - 高次倍频器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高次倍频器，包括梳状谱信号发生电路、选频谐振放大电路以及螺旋滤波器，梳状谱信号发生电路用于接收外部输入的初始频率信号，并应用初始频率信号产生包含有高次谐波分量信号的梳状谱信号，选频谐振放大电路接收梳状谱信号，将梳状谱信号中的高次谐波分量信号放大后输出，螺旋滤波器，接收选频谐振放大电路输出的信号，将放大后的高次谐波分量信号输出。本实用新型提供的高次倍频器结构简单，生产成本低，且能够产生振荡频率极高的信号，并能有效抑制旁频分量信号。

Description

高次倍频器

技术领域

本实用新型涉及信号发生源领域，尤其是一种用于产生振荡频率较高的信号的高次倍频器。

背景技术

随着现代无线通信技术的发展，电子设备中广泛应用倍频器。倍频器用于将输入信号的频率成倍增加后输出，其在通信、电子仪器、雷达对抗，微波、军事侦查等方面被广泛应用。同时，倍频器也为宽带低相噪频率合成器所需的本振信号提供小型化、高可靠性的保障，其用途和前景不可低估。

现有的倍频器通常使用谐波发生器与滤波器的组合实现，倍频器接收的外部输入的初始频率信号经过非线性电路后产生包含有各种谐波分量的信号，倍频器正是应用这些谐波分量信号产生不同频率的信号。现有的倍频器分为低次倍频器和高次倍频器，低次倍频器的倍频次数较低，常用的有双极晶体管倍频器、单片放大器做成的单片宽带倍频器以及FET场效应管倍频器等。

高次倍频器一般采用阶跃恢复二极管或交容二极管制成的谐波发生器实现。阶跃恢复二极管是一种电荷储存器件，其在负偏压范围内的结电容为一不变的常数，而当阶跃恢复二极管由负偏压转为正偏压时会发生电容的突变，具有很强的电荷非线性开关特性。在输入信号的正半周时，阶跃恢复二极管中的电荷被储存在PN结里不被复合，当输入信号的负半周时，负半周的电荷瞬间被提取，形成一极窄的负电流脉冲。其电流脉冲越窄，前沿时间越小，则产生的谐波分量越丰富，高次谐波的能量越大。这种高次倍频器具有体积小、倍频次数高的特点，且可一次实现几十次以上的倍频。

但设计一个理想的谐波发生器，必须先把输入信号放大，一般放大到300 mW至500mW。并且，谐波发生器还需要与激励电感、调谐电容电路、输入低通匹配网络以及偏置电路等配合使用。激励电感用于储存和释放能量，调谐电容用来调节阶跃恢复二极管的电抗值，输入低通匹配网络呈低通特性，使放大后的激励信号更有效的加载到阶跃恢复二极管上，还能有效的抑制高次谐波的反向传输。偏置电路给阶跃恢复二极管提供合适的偏压，使输入高频功率有效的加到阶跃恢复二极管上，这样阶跃恢复二极管才能产生较大的窄电流脉冲，再把这个脉冲匹配输出，获得丰富的谐波输出，提高效率。

但是，由于现有的高次倍频器使用阶跃恢复二极管，并设置功率放大电路、激励电感、调谐电容、复杂的输入低通匹配网络与偏置电路，结构复杂，生产成本高。同时，应用现有的高次倍频器生产的高频信号中，无用谐波信号不易受到抑制，在倍频过程中高次倍频器还会产生非谐波频率分量信号，对倍频器输出的信号造成影响。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种结构简单且生产成本低的高次倍频器。

本实用新型的另一目的是提供一种有效抑制无用的谐波信号的高次倍频器。

为实现上述的主要目的，本实用新型提供的高次倍频器包括梳状谱信号发生电路、选频谐振放大电路以及螺旋滤波器，梳状谱信号发生电路用于接收外部输入的初始频率信号，并应用初始频率信号产生包含有高次谐波分量信号的梳状谱信号，选频谐振放大电路接收梳状谱信号，将梳状谱信号中的高次谐波分量信号放大后输出，螺旋滤波器，接收选频谐振放大电路输出的信号，将放大后的高次谐波分量信号输出。

由上述方案可见，高次倍频器应用梳状谱信号发生电路产生包含有高次谐波分量信号的信号，选频谐振放大电路将所需要的特定频段的信号放大，再由螺旋滤波器将包含有高次谐波分量信号的信号中过滤并输出。这样，高次倍频器不需要设置阶跃恢复二极管、激励电感、调谐电容、输入低通匹配网络与偏置电路等，结构简单，大大地降低了高次倍频器的生产成本。

一个优选的方案是，梳状谱信号发生电路包括CMOS门电路以及由CMOS门电路驱动的射频变压器。

由此可见，利用由CMOS门电路驱动射频变压器的非线性特性，能够利用初始频率信号产生包含有高次谐波分量的信号，且射频变压器产生的信号中包含的谐波分量信号丰富，信号的频率极高，能够提供不同频段的信号供后级电路使用。

进一步的方案是，选频谐振放大电路包括第一放大电路以及接收第一放大电路输出的信号的第一调谐电路。

可见，选频谐振放大电路将接收到信号放大后，通过第一调谐电路将特定频段的信号过滤出来，能够获得比阶跃恢复二极管产生的更高的高次谐波分量信号。

更进一步的方案是，第一调谐电路为双调谐电路。由于双调谐电路具有频带宽、选择性好等优点，使选频谐振放大电路具有更好的选频性能。

更进一步的方案是，选频谐振放大电路还具有接收第一调谐电路输出的信号的第二放大电路及接收第二放大电路输出的信号的第二调谐电路。

由此可见，信号经过第一调谐电路的选频后，被选择的信号将由第二放大电路进行放大，并再经第二调谐电路进行选频，由此将旁频分量信号滤除。

附图说明

图1是本实用新型实施例与信号源的电原理框图。

图2是本实用新型实施例中梳状谱信号发生电路的电原理图。

图3是本实用新型实施例中选频谐振放大电路的电原理图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

本实施例的高次倍频器用于产生高频的信号，其接收较低频率的初始频率信号，并应用初始频率信号产生频率较高的信号，输出的信号可用于各种电子器件的时钟频率信号。

参见图1，本实施例接收信号源11输出的初始频率信号，高次倍频器具有梳状谱信号发生电路12、选频谐振放大电路13以及螺旋滤波器14。

信号源11为恒温晶体振荡器，其产生振荡频率固定的方波信号并输出至梳状谱信号发生电路12。由于信号源11选用的晶体振荡器为恒温晶体振荡器，因此晶体振荡器输出的方波信号的振荡频率不会随温度的改变而改变，其输出信号的频率可以稳定在10M赫兹左右。

梳状谱信号发生电路12接收信号源11输出的初始频率信号，并产生包含有高次谐波分量的梳状谱信号。参见图2，梳状谱信号发生电路12具有CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）门电路以及由CMOS门电路驱动的射频变压器。CMOS门电路包括多个反相器A1、A2、A3、A4、A5、A6，而且多个反相器A1、A2、A3、A4、A5、A6形成多级的反相电路，用于对接收的信号进行反相处理，并将反相后的信号输出至射频变压器。

优选地，CMOS门电路采用74LVC系列芯片构成，其为高速门电路芯片，且电路的延时时间极短，通常为纳秒级，这样可以确保信号经过CMOS门电路后延时时间较短。

信号经过CMOS门电路后，经过电容C1与电容C2后，被传输至射频变压器，射频变压器包括初级电感线圈L1以及次级电感线圈L2，经过CMOS门电路后的信号传输至初级电感线圈L1后，耦合至次级电感线圈L2，并经次级电感线圈L2输出。

由于射频变压器的非线性特性，信号经过射频变压器后形成的信号包含有丰富的高次谐波分量信号，并且高次谐波信号的次数较高，信号的频率也很高。另外，射频变压器输出的信号为梳状谱信号。优选地，本实施例选用工作频段在甚高频（VHF）频段的射频变压器，其输出的梳状谱信号的谐波分量信号频率可以达到1G赫兹甚至以上。这样，梳状谱信号发生电路12产生的信号的谐波分量信号的频率极高，后级的选频谐振放大电路13可以从中选取合适的频段的信号进行放大处理，高次倍频器输出的信号的频率可选范围很宽，满足不同场合使用的需要。

梳状谱信号发生电路12还设有向射频变压器供电的电路，直流电源VCC通过电容C4、C5、C6以及电感L3向初级电感线圈L1供电，提供射频变压器工作的所需的电能。

选频谐振放大电路13接收梳状谱信号发生电路12输出的包含有高次谐波分量信号的梳状谱信号，并将高次谐波分量信号从接收的梳状谱信号中过滤出来，同时对过滤出来的信号进行放大，输出至螺旋滤波器14。

参见图3，选频谐振放大电路13具有两级放大电路，第一级的放大电路具有作为放大器件的场效应管Q1，第二级的放大电路具有作为放大器件的场效应管Q2，在第一级放大电路与第二级放大电路之间设有调谐电路，第二级放大电路的后级也设有调谐电路。

梳状谱信号发生电路13输出的梳状谱信号输入至选频谐振放大电路13后，首先由场效应管Q1放大。通过设置电阻R1、R2的电阻值可以控制场效应管Q1的工作点，从而控制场效应管Q1的放大倍数。

信号经过场效应管Q1放大后，输出至调谐电路，调谐电路由电容C12、C13、C16以及电感L6、L7组成，其中电容C12与电感L6并联连接，电容C13与电感L7并联连接，电感L6与电容C13之间连接有电容C16。因此，该调谐电路为电容耦合的双调谐电路。由于双调谐电路具有频带宽、选择性好的优点，能够从接收的信号中过滤出特定频段的信号，如将高次谐波分量信号过滤输出，其他分量的信号将被抑制。

信号经过双调谐电路后，输出至场效应管Q2，场效应管Q2对接收的信号进行放大处理。同样地，通过设置电阻R3、R4的电阻值可以设定场效应管Q2的工作点，并设定场效应管Q2的放大倍数。

信号经过场效应管Q2放大后，输出至调谐电路进行再次选频滤波。位于场效应管Q2后级的调谐电路为单调谐电路，其由电容C15以及电感L8并联构成，对信号进行再次滤波，从中过滤出特定频率的高次谐波分量信号。并且，电感L8与电感L9耦接，经过单调谐电路的信号输出至电感L9，并经电感L9输出。

选频谐振放大电路13将接收的信号中的高频谐波分量信号过滤出并放大，并且经过两级的放大以及两级的滤波处理，将不需要的旁频分量信号过滤掉，确保输出的信号中干扰信号较小，使梳状谱信号的能量集中在需要的高次谐波分量信号附近。

选频谐振放大电路13对梳状谱信号选频并放大所需要的高次谐波分量信号后，将放大后的高次谐波分量信号输出至螺旋滤波器14。本实施例中，螺旋滤波器为双腔螺旋滤波器，且两个腔体均为圆形腔。螺旋滤波器将所需要的高频谐波分量的信号过滤出并抑制不需要的旁频分量信号，从而得到所需要的高次倍频信号。双腔螺旋滤波器的输出端作为高次倍频器的输出端，向外输出振荡频率稳定的高频信号。

高次倍频器仅使用CMOS门电路、射频变压器、选频谐振放大电路以及双腔螺旋滤波器等构成，无需设置阶跃恢复二极管、结构复杂的输入低通匹配网络等，电路结构简单，生产成本低。并且，由CMOS门电路驱动的射频变压器能够产生高次谐波分量信号丰富的梳状谱信号，能够满足选频谐振放大电路的选频需要，确保高次倍频器能够输出振荡频率极高的信号。

当然，上述实施例仅是本实用新型较佳的实施方式，实际使用时，还可以有更多的改变，例如，CMOS门电路中反相器的数量可以是一个，也可以是多个，多个反相器相互之间的连接结构可以按实际情况确定；或者，选频谐振放大电路中的调谐电路可以均为单调谐电路或者均为双调谐电路，这些改变并不影响本实用新型的实施。

最后需要强调的是，本实用新型不限于上述实施方式，如使用三极管替代场效应管作为放的器件、选频谐振放大电路的具体电路结构的改变等变化也应该包括在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.高次倍频器，其特征在于：包括

梳状谱信号发生电路，接收外部输入的初始频率信号，并应用所述初始频率信号产生包含有高次谐波分量信号的梳状谱信号；

选频谐振放大电路，接收所述梳状谱信号，将所述梳状谱信号中的所述高次谐波分量信号放大后输出；

螺旋滤波器，接收所述选频谐振放大电路输出的信号，将放大后的所述高次谐波分量信号输出。

2.根据权利要求1所述的高次倍频器，其特征在于：

所述梳状谱信号发生电路包括CMOS门电路以及由所述CMOS门电路驱动的射频变压器。

3.根据权利要求2所述的高次倍频器，其特征在于：

所述CMOS门电路包括至少一个反相器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的高次倍频器，其特征在于：

所述选频谐振放大电路包括第一放大电路以及接收所述第一放大电路输出的信号的第一调谐电路。

5.根据权利要求4所述的高次倍频器，其特征在于：

所述第一放大电路具有第一场效应管。

6.根据权利要求4所述的高次倍频器，其特征在于：

所述第一调谐电路为双调谐电路。

7.根据权利要求4所述的高次倍频器，其特征在于：

所述选频谐振放大电路还具有接收所述第一调谐电路输出的信号的第二放大电路及接收所述第二放大电路输出的信号的第二调谐电路。

8.根据权利要求7所述的高次倍频器，其特征在于：

所述第二放大电路具有第二场效应管。

9.根据权利要求7所述的高次倍频器，其特征在于：

所述第二调谐电路为单调谐电路。

10.根据权利要求1至3任一项所述的高次倍频器，其特征在于：

所述螺旋滤波器为双腔螺旋滤波器。

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