RU2405242C2

RU2405242C2 - Harmonic frequency doubler

Info

Publication number: RU2405242C2
Application number: RU2008128616/09A
Authority: RU
Inventors: Олег Петрович Новожилов (RU); Олег Петрович Новожилов; Михаил Иванович Бочаров (RU); Михаил Иванович Бочаров; Юрий Степанович Балашов (RU); Юрий Степанович Балашов; Александр Иванович Мушта (RU); Александр Иванович Мушта; Игорь Петрович Потапов (RU); Игорь Петрович Потапов; Дмитрий Витальевич Шеховцов (RU); Дмитрий Витальевич Шеховцов; Андрей Михайлович Сумин (RU); Андрей Михайлович Сумин
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2008-07-14
Publication date: 2010-11-27
Also published as: RU2008128616A

Abstract

FIELD: radio engineering.

SUBSTANCE: harmonic frequency doubler includes basic frequency generator, two phase inversion stages with two opposite-phase outputs, phase changer with phase shift 90°, four active elements, six capacitors, ten resistors, one supply voltage source, four shift voltage sources and output matching circuit with two opposite-phase inputs.

EFFECT: decreasing the level of even inherent harmonics at output of harmonic frequency doubler.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающих и радиоприемных устройствах, измерительной технике и фазометрических системах в качестве источника гармонических колебаний повышенной частоты.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in radio transmitting and receiving devices, measuring equipment and phase-measuring systems as a source of harmonic oscillations of high frequency.

Известен гармонический удвоитель частоты, содержащий фазоинверсный каскад, вход которого соединен с выходом задающего генератора, и двухтактный каскад, включающий первый и второй активные элементы (АЭ), выходные электроды, которые соединены между собой и подключены к нагрузочному резистору, а истоковые электроды первого АЭ и второго АЭ подсоединены к выходам фазоинверсного каскада, а также соответственно через первый резистор и второй резистор к общей точке. При этом управляющие электроды этих АЭ соответственно через первый конденсатор и второй конденсатор соединены с общей точкой [1]. Это устройство осуществляет умножение частоты, с кратностью умножения N=2 (удвоение частоты) при работе АЭ с углом отсечки Θ=90°.A harmonic frequency doubler is known, which contains a phase-inverse cascade, the input of which is connected to the output of the master oscillator, and a push-pull cascade, which includes the first and second active elements (AE), output electrodes that are interconnected and connected to a load resistor, and the source electrodes of the first AE and the second AE are connected to the outputs of the phase-inverted cascade, as well as, respectively, through the first resistor and second resistor to a common point. In this case, the control electrodes of these AEs are connected through a first capacitor and a second capacitor to a common point [1]. This device performs frequency multiplication, with a multiplicity of multiplication N = 2 (frequency doubling) during AE operation with a cutoff angle of Θ = 90 °.

Недостатком устройства является высокий уровень побочных гармоник.The disadvantage of this device is the high level of side harmonics.

Это обусловлено несколькими причинами: разбросом параметров транзисторов двухтактного каскада, зависимостью этих параметров от температуры и частоты, отличием реальных характеристик АЭ от квадратичной параболы с отсечкой. Так, реальная характеристика АЭ отличается от идеальной квадратичной параболы и может быть близкой к кубической параболе. При этом уровень нечетных гармоник может быть небольшим, поскольку нечетные гармоники в нагрузочном резисторе вычитаются. Что касается четных гармоник, то они суммируются в нагрузочном резисторе. Поэтому при отклонении реальной характеристики от квадратичной параболы их уровень может быть высок, даже при наличии в устройстве [1] 100% внутренней обратной связи по току. Так, уровень четвертой гармоники, определенный для угла отсечки Θ=90°, с использованием коэффициентов разложения [2] и соотношений, приведенных в [1], составляет до 10 процентов, что достаточно много для большинство практических случаев. Что касается последующей шестой гармоники, то ее уровень на 18,4 дБ ниже по сравнению с четвертой гармоникой, поэтому ее можно не учитывать.This is due to several reasons: the spread in the parameters of the push-pull cascade transistors, the dependence of these parameters on temperature and frequency, and the difference between the real characteristics of the AE and the quadratic parabola with cutoff. So, the real characteristic of AE differs from the ideal quadratic parabola and may be close to a cubic parabola. In this case, the level of odd harmonics can be small, since the odd harmonics in the load resistor are subtracted. As for the even harmonics, they are summed in the load resistor. Therefore, when the real characteristic deviates from the quadratic parabola, their level can be high, even if the device [1] has 100% internal current feedback. So, the fourth harmonic level, determined for the cutoff angle Θ = 90 °, using the decomposition coefficients [2] and the ratios given in [1], is up to 10 percent, which is quite a lot for most practical cases. As for the subsequent sixth harmonic, its level is 18.4 dB lower than the fourth harmonic, so it can be ignored.

Целью изобретения является уменьшение уровня четных побочных гармоник на выходе удвоителя частоты.The aim of the invention is to reduce the level of even side harmonics at the output of the frequency doubler.

Это достигается тем, что в гармонический удвоитель частоты, содержащий задающий генератор и первый фазоинверсный каскад, вход которого соединен с выходом задающего генератора, первый двухтактный каскад, включающий первый АЭ и второй АЭ, выходные электроды которых соединены между собой, первый нагрузочный резистор, первый вывод которого подключен к точке соединения выходных электродов первого АЭ и второго АЭ, а второй вывод первого нагрузочного резистора подсоединен к потенциальному выводу источника напряжения питания, при этом истоковый электрод первого АЭ подсоединен к синфазному выходу первого фазоинверсного каскада и, через первый резистор, с общей точкой, а истоковый электрод второго АЭ соединен с противофазным выходом первого фазоинферсного каскада, и, через второй резистор, с общей точкой, кроме этого, управляющие электроды первого АЭ и второго АЭ соединены соответственно через первый конденсатор и второй конденсатор с общей точкой, третий конденсатор, первый вывод которого подсоединен к точке соединения выходных электродов первого АЭ и второго АЭ, введены первая последовательная цепь, состоящая из третьего резистора и первого источника напряжения смещения, первый вывод которой подсоединен к управляющему электроду первого АЭ, а второй вывод этой цепи подключен к общей точке, вторая последовательная цепь, состоящая из четвертого резистора и второго источника напряжения смещения, первый вывод которой подключен к управляющему электроду второго АЭ, а второй вывод этой цепи соединен с общей точкой, фазовращатель с фазовым сдвигом 90°, вход которого подключен к точке соединения выхода задающего генератора и входа первого фазоинверсного каскада, второй фазоинверсный каскад, вход которого подсоединен к выходу фазовращателя с фазовым сдвигом 90°, второй двухтактный каскад, включающий третий АЭ и четвертый АЭ, выходные электроды которых соединены между собой, второй нагрузочный резистор, первый вывод которого подключен к точке соединения выходных электродов третьего АЭ и четвертого АЭ, а второй вывод второго нагрузочного резистора подсоединен к потенциальному выводу источника напряжения питания, пятый резистор, первый вывод которого соединен с истоковым электродом третьего АЭ и синфазным выходом второго фазоинверсного каскада, а второй его вывод подключен к общей точке, шестой резистор, первый вывод которого подсоединен к управляющему электроду четвертого АЭ и противофазному выходу второго фазоинверсного каскада, а второй его вывод соединен с общей точкой, четвертый конденсатор, первый вывод которого подключен к управляющему электроду третьего АЭ, а второй его вывод соединен с общей точкой, пятый конденсатор, первый вывод которого подсоединен к управляющему электроду четвертого АЭ, а второй его вывод подсоединен к общей точке, третья последовательная цепь, состоящая из пятого резистора и третьего источника напряжения смещения, первый вывод которой подсоединен к управляющему электроду третьего АЭ, а второй вывод этой цепи подключен к общей точке, четвертая последовательная цепь, состоящая из шестого резистора и четвертого источника напряжения смещения, первый вывод которой подсоединен к управляющему электроду четвертого АЭ, а второй вывод этой цепи соединен с общей точкой, шестой конденсатор, первый вывод которого подсоединен к точке соединения выходных электродов третьего АЭ и четвертого АЭ, и выходная согласующая цепь с двумя противофазными входами, при этом второй вывод третьего конденсатора подключен к синфазному входу выходной согласующей цепи, а второй вывод шестого конденсатора подсоединен к противофазному входу выходной согласующей цепи, при этом выходом устройства является выход выходной согласующей цепи.This is achieved by the fact that in a harmonic frequency doubler containing a master oscillator and a first phase-inverse cascade, the input of which is connected to the output of the master oscillator, the first push-pull cascade, which includes the first AE and second AE, the output electrodes of which are connected to each other, the first load resistor, the first output which is connected to the connection point of the output electrodes of the first AE and the second AE, and the second terminal of the first load resistor is connected to the potential terminal of the power supply source, while the first electrode of the first AE is connected to the common-mode output of the first phase-inverse cascade and, through the first resistor, with a common point, and the source electrode of the second AE is connected to the antiphase output of the first phase-in-phase cascade, and, through the second resistor, with a common point, in addition, the control electrodes of the first The AE and the second AE are connected respectively through the first capacitor and the second capacitor with a common point, the third capacitor, the first output of which is connected to the connection point of the output electrodes of the first AE and the second AE, a first serial circuit consisting of a third resistor and a first bias voltage source, the first terminal of which is connected to a control electrode of the first AE, and a second terminal of this circuit is connected to a common point, a second serial circuit of a fourth resistor and a second bias voltage source, the first terminal which is connected to the control electrode of the second AE, and the second output of this circuit is connected to a common point, a phase shifter with a phase shift of 90 °, the input of which is connected to the connection point of the output of the master a nerator and an input of the first phase-inverting cascade, a second phase-inverting cascade, the input of which is connected to the output of the phase shifter with a phase shift of 90 °, a second push-pull cascade that includes a third AE and fourth AE, the output electrodes of which are connected to each other, the second load resistor, the first output of which is connected to the connection point of the output electrodes of the third AE and the fourth AE, and the second output of the second load resistor is connected to the potential output of the power supply, the fifth resistor, the first output of which the first is connected to the source electrode of the third AE and the common-mode output of the second phase-inverse cascade, and its second output is connected to a common point, the sixth resistor, the first output of which is connected to the control electrode of the fourth AE and the antiphase output of the second phase-inverse cascade, and its second output is connected to a common point the fourth capacitor, the first terminal of which is connected to the control electrode of the third AE, and its second terminal is connected to a common point, the fifth capacitor, the first terminal of which is connected to the control ele to the fourth AE, and its second output is connected to a common point, the third serial circuit consisting of a fifth resistor and a third bias voltage source, the first output of which is connected to the control electrode of the third AE, and the second output of this circuit is connected to a common point, fourth serial circuit consisting of a sixth resistor and a fourth bias voltage source, the first terminal of which is connected to a control electrode of the fourth AE, and the second terminal of this circuit is connected to a common point, the sixth capacitor, the first terminal of which is connected to the connection point of the output electrodes of the third AE and the fourth AE, and the output matching circuit with two antiphase inputs, while the second output of the third capacitor is connected to the in-phase input of the output matching circuit, and the second output of the sixth capacitor is connected to the antiphase input of the output matching circuit , while the output of the device is the output of the output matching circuit.

На чертеже приведена схема гармонического удвоителя частоты.The drawing shows a diagram of a harmonic frequency doubler.

Гармонический удвоитель частоты содержит задающий генератор 1 и первый фазоинверсный каскад 2, вход которого соединен с выходом задающего генератора 1, первый двухтактный каскад, включающий первый АЭ 3 и второй АЭ 4, выходные электроды которых соединены между собой, первый нагрузочный резистор 5, первый вывод которого подключен к точке соединения выходных электродов первого АЭ 3 и второго АЭ 4, а второй вывод первого нагрузочного резистора 5 подсоединен к потенциальному выводу источника напряжения питания, при этом истоковый электрод первого АЭ 3 подсоединен к синфазному выходу первого фазоинверсного каскада 2 и, через первый резистор 6, с общей точкой, а истоковый электрод второго АЭ 4 соединен с противофазным выходом первого фазоинферсного каскада 2, и, через второй резистор 7, с общей точкой, кроме этого, управляющие электроды первого активного элемента 3 и второго АЭ 4 соединены соответственно через первый конденсатор 8 и второй конденсатор 9 с общей точкой, третий конденсатор 10, первый вывод которого подсоединен к точке соединения выходных электродов первого АЭ 3 и второго АЭ 4.The harmonic frequency doubler contains a master oscillator 1 and a first phase-inverted stage 2, the input of which is connected to the output of the master oscillator 1, a first push-pull cascade including a first AE 3 and a second AE 4, the output electrodes of which are connected to each other, the first load resistor 5, the first output of which connected to the connection point of the output electrodes of the first AE 3 and the second AE 4, and the second output of the first load resistor 5 is connected to the potential output of the power supply source, while the source electrode is o AE 3 is connected to the common-mode output of the first phase-inverted stage 2 and, through the first resistor 6, with a common point, and the source electrode of the second AE 4 is connected to the antiphase output of the first phase-in-phase cascade 2, and, through the second resistor 7, with a common point, in addition , the control electrodes of the first active element 3 and the second AE 4 are connected respectively through the first capacitor 8 and the second capacitor 9 with a common point, the third capacitor 10, the first output of which is connected to the connection point of the output electrodes of the first AE 3 and the second AE 4 .

Введены первая последовательная цепь, состоящая из третьего резистора 11 и первого источника напряжения смещения 12, первый вывод которой подсоединен к управляющему электроду первого АЭ 3, а второй вывод этой цепи подключен к общей точке, вторая последовательная цепь, состоящая из четвертого резистора 13 и второго источника напряжения смещения 14, первый вывод которой подключен к управляющему электроду второго АЭ 4, а второй вывод этой цепи соединен с общей точкой, фазовращатель 15 с фазовым сдвигом 90°, вход которого подключен к точке соединения выхода задающего генератора 1 и входа первого фазоинверсного каскада 2, второй фазоинверсный каскад 16, вход которого подсоединен к выходу фазовращателя 15 с фазовым сдвигом 90°, второй двухтактный каскад, включающий третий АЭ 17 и четвертый АЭ 18, выходные электроды которых соединены между собой, второй нагрузочный резистор 19, первый вывод которого подключен к точке соединения выходных электродов третьего АЭ 17 и четвертого АЭ 18, а второй вывод второго нагрузочного резистора 19 подсоединен к потенциальному выводу источника напряжения питания, пятый резистор 20, первый вывод которого соединен с истоковым электродом третьего АЭ 17 и синфазным выходом второго фазоинверсного каскада, а второй его вывод подключен к общей точке, шестой резистор 21, первый вывод которого подсоединен к управляющему электроду четвертого АЭ 18 и противофазному выходу второго фазоинверсного каскада 16, а второй его вывод соединен с общей точкой, четвертый конденсатор 22, первый вывод которого подключен к управляющему электроду третьего АЭ 17, а второй его вывод соединен с общей точкой, пятый конденсатор 23, первый вывод которого подсоединен к управляющему электроду четвертого АЭ 18, а второй его вывод подсоединен к общей точке, третья последовательная цепь, состоящая из пятого резистора 24 и третьего источника напряжения смещения 25, первый вывод которой подсоединен к управляющему электроду третьего АЭ 17, а второй вывод этой цепи подключен к общей точке, четвертая последовательная цепь, состоящая из шестого резистора 26 и четвертого источника напряжения смещения 27, первый вывод которой подсоединен к управляющему электроду четвертого АЭ 18, а второй вывод этой цепи соединен с общей точкой, шестой конденсатор 28, первый вывод которого подсоединен к точке соединения выходных электродов третьего АЭ 17 и четвертого АЭ 18, и выходная согласующая цепь 29 с двумя противофазными входами, при этом второй вывод третьего конденсатора 10 подключен к синфазному входу выходной согласующей цепи 29, а второй вывод шестого конденсатора 28 подсоединен к противофазному входу выходной согласующей цепи 29. Выходом устройства является выход выходной согласующей цепи 29.The first serial circuit consisting of the third resistor 11 and the first bias voltage source 12 is introduced, the first output of which is connected to the control electrode of the first AE 3, and the second output of this circuit is connected to a common point, the second serial circuit consisting of the fourth resistor 13 and the second source bias voltage 14, the first output of which is connected to the control electrode of the second AE 4, and the second output of this circuit is connected to a common point, a phase shifter 15 with a phase shift of 90 °, the input of which is connected to a point connected I output the master oscillator 1 and the input of the first phase-inverting stage 2, the second phase-inverting stage 16, the input of which is connected to the output of the phase shifter 15 with a phase shift of 90 °, the second push-pull stage, including the third AE 17 and fourth AE 18, the output electrodes of which are interconnected, the second load resistor 19, the first terminal of which is connected to the connection point of the output electrodes of the third AE 17 and the fourth AE 18, and the second terminal of the second load resistor 19 is connected to the potential terminal of the power supply the fifth resistor 20, the first output of which is connected to the source electrode of the third AE 17 and the common-mode output of the second phase-inverse cascade, and its second output is connected to a common point, the sixth resistor 21, the first output of which is connected to the control electrode of the fourth AE 18 and the antiphase output of the second phase-inverse stage 16, and its second output is connected to a common point, the fourth capacitor 22, the first output of which is connected to the control electrode of the third AE 17, and its second output is connected to a common point, the fifth capacitor 23, per the output terminal of which is connected to the control electrode of the fourth AE 18, and its second output is connected to a common point, the third series circuit consisting of the fifth resistor 24 and the third bias voltage source 25, the first output of which is connected to the control electrode of the third AE 17, and the second output of this circuit is connected to a common point, the fourth serial circuit, consisting of a sixth resistor 26 and a fourth bias voltage source 27, the first terminal of which is connected to the control electrode of the fourth AE 18, and the second the output of this circuit is connected to a common point, the sixth capacitor 28, the first output of which is connected to the connection point of the output electrodes of the third AE 17 and the fourth AE 18, and the output matching circuit 29 with two antiphase inputs, while the second output of the third capacitor 10 is connected to the common-mode input output matching circuit 29, and the second terminal of the sixth capacitor 28 is connected to the antiphase input of output matching circuit 29. The output of the device is the output of output matching circuit 29.

Гармонический удвоитель частоты работает следующим образом.A harmonic frequency doubler operates as follows.

Сигнал частоты ω с выхода задающего генератора 1 передается на первый фазоинверсный каскад 2. В результате на его выходах образуются два противофазных напряжения с практически одинаковыми амплитудами. Далее каждое из этих напряжений передается на управляющие электроды первого АЭ 3 и второго АЭ 4 соответственно. Одновременно на управляющий электрод первого АЭ 3 через первый резистор 11 подается напряжение смещения Е_с1, создаваемое первым источником напряжения смещения 12, а на управляющий электрод второго АЭ 4 через второй резистор 13 подается напряжение смещения Е_с2, создаваемое вторым источником напряжения смещения 14. В результате на истоковый электрод первого АЭ 3 воздействует напряжениеThe frequency signal ω from the output of the master oscillator 1 is transmitted to the first phase-inverted stage 2. As a result, two antiphase voltages with almost identical amplitudes are generated at its outputs. Next, each of these voltages is transmitted to the control electrodes of the first AE 3 and the second AE 4, respectively. At the same time, a bias voltage E _c1 created by the first bias voltage source 12 is supplied to the control electrode of the first AE 3 through the first resistor 11, and a bias voltage E _c2 created by the second bias voltage source 14 is supplied to the control electrode of the second AE 4 through the second resistor 13 voltage is applied to the source electrode of the first AE 3

где

- амплитуда напряжения на истоковом электроде первого АЭ 3 относительно управляющего электрода, заземленного по высокой частоте через первый конденсатор 8, являющийся блокировочным, а на истоковый электрод второго АЭ 4 воздействует напряжениеWhere

- the amplitude of the voltage at the source electrode of the first AE 3 relative to the control electrode, grounded at a high frequency through the first capacitor 8, which is blocking, and the source electrode of the second AE 4 is affected by voltage

где

- амплитуда напряжения на входе второго АЭ 4 относительно его управляющего электрода, заземленного по высокой частоте через второй конденсатор 9, являющийся блокировочным.Where

- the amplitude of the voltage at the input of the second AE 4 relative to its control electrode, grounded at high frequency through the second capacitor 9, which is blocking.

Фазовый угол Ф=180° между напряжениями (1) и (2) образуется первым фазоинверсным каскадом 2.The phase angle Ф = 180 ° between the voltages (1) and (2) is formed by the first phase-inverted cascade 2.

При воздействии напряжения (1) на вход первого АЭ 3 и при его работе отсечкой по выходной цепи первого АЭ 3 протекает токWhen voltage (1) is applied to the input of the first AE 3 and when it is cut off, current flows through the output circuit of the first AE 3

где

,

и

- амплитуды токов первой, второй, третьей и четвертой гармоник соответственно. Эти гармоники синфазны и на первом нагрузочном резисторе 5 образуют напряжение с аналогичным спектром.Where

,

and

- the amplitudes of the currents of the first, second, third and fourth harmonics, respectively. These harmonics are in phase and at the first load resistor 5 form a voltage with a similar spectrum.

При воздействии напряжения (2) на истоковый электрод второго АЭ 4, относительно управляющего электрода, заземленного по высокой частоте, через его выход и первый нагрузочный резистор 5 протекает токWhen voltage (2) is applied to the source electrode of the second AE 4, relative to the control electrode, grounded at a high frequency, current flows through its output and the first load resistor 5

где

,

и

- амплитуды токов первой, второй, третьей и четвертой гармоник соответственно.Where

,

and

- the amplitudes of the currents of the first, second, third and fourth harmonics, respectively.

Как следует из (3) и (4), спектр амплитуд тока

совпадает со спектром тока

, а спектр фаз имеет значения Ф_n=n·180° (n=1, 2, 3, … номер гармоник). При n=2, 4 и т.д. (четные гармоники) начальные фазы равны 360°, 720° или кратны периоду колебания, поэтому четные гармоники токов

и

синфазны. Нечетные гармоники имеют фазовый сдвиг 180°, 540° и т.д.As follows from (3) and (4), the spectrum of current amplitudes

coincides with the current spectrum

and the phase spectrum has the values Ф _n = n · 180 ° (n = 1, 2, 3, ... harmonics number). For n = 2, 4, etc. (even harmonics) the initial phases are 360 °, 720 ° or a multiple of the oscillation period, so even current harmonics

and

in phase. Odd harmonics have a phase shift of 180 °, 540 °, etc.

Поэтому нечетные гармоники токов

и

противофазны.Therefore, the odd harmonics of the currents

and

are out of phase.

Через первый нагрузочный резистор 5 протекает ток

. Спектр этого тока в соответствии с учетом (3) и (4) и при равенстве амплитуд напряжений, воздействующих на входы АЭ 3 и АЭ 4, имеет видA current flows through the first load resistor 5

. The spectrum of this current, in accordance with (3) and (4) and with the equality of the amplitudes of the voltages acting on the inputs of AE 3 and AE 4, has the form

т.е. содержит только четные гармоники, находящиеся в фазе.those. contains only even harmonics in phase.

Кроме этого, сигнал частоты ω с выхода задающего генератора 1 поступает и на вход фазовращателя 15 с фазовым сдвигом 90°, который затем передается на вход второго фазоинверсного каскада 16. В результате на выходах этого каскада образуется два противофазных напряжения.In addition, the frequency signal ω from the output of the master oscillator 1 is also fed to the input of the phase shifter 15 with a phase shift of 90 °, which is then transmitted to the input of the second phase-inverting stage 16. As a result, two antiphase voltages are generated at the outputs of this stage.

При этом на истоковом электроде третьего АЭ 17 при подаче на него напряжения смещения Е_с3 с третьего источника напряжения смещения 25 через пятый резистор 24 относительно управляющего электрода образуется напряжениеIn this case, at the source electrode of the third AE 17, when a bias voltage E _{c3 is} supplied to it from a third bias voltage source 25, a voltage is generated through the fifth resistor 24 relative to the control electrode

где

- амплитуда напряжения относительно его управляющего электрода, который через четвертый конденсатор 22, являющийся блокировочным, заземлен по высокой частоте.Where

- the voltage amplitude relative to its control electrode, which through the fourth capacitor 22, which is a blocking, is grounded at a high frequency.

На истоковом электроде четвертого АЭ 18 при подаче на него напряжения смещения Е_с4 с четвертого источника напряжения смещения 27 через шестой резистор 26 воздействует напряжениеAt the source electrode of the fourth AE 18, when a bias voltage E _{c4 is} applied to it from the fourth bias voltage source 27, a voltage is applied through the sixth resistor 26

где

- амплитуда напряжения относительно его управляющего электрода, который через пятый конденсатор 23, являющийся блокировочным, заземлен по высокой частоте.Where

- the voltage amplitude relative to its control electrode, which through the fifth capacitor 23, which is a blocking, is grounded at a high frequency.

В результате воздействия напряжения (6) на истоковый электрод третьего АЭ через его выходную цепь протекает токAs a result of the action of voltage (6) on the source electrode of the third AE, a current flows through its output circuit

где

При воздействии напряжения (7) на истоковый электрод четвертого АЭ 18 через него протекает токWhen voltage (7) is applied to the source electrode of the fourth AE 18, current flows through it

где

,

Через второй нагрузочный резистор 19 при идентичности параметров третьего АЭ 17 и четвертого АЭ 18 с учетом фазовых сдвигов токов

(8) и

(9) протекает токThrough the second load resistor 19 when the parameters of the third AE 17 and the fourth AE 18 are identical, taking into account the phase shifts of the currents

(8) and

(9) current flows

который содержит только четные гармоники, каждая из которых находится в противофазе с соседней.which contains only even harmonics, each of which is out of phase with the neighboring one.

Из сравнения спектора токов i_вых1 (5) и i_вых2 (10) следует, что вторые гармоники этих токов противофазны, а четвертые гармоники этих токов синфазны. Спектр напряжения, создаваемый током i_вых1 на первом нагрузочном резисторе 5 определяется зависимостью (5), а спектр напряжения на втором нагрузочном резисторе 19 определяется зависимостью (10).From a comparison of the current spectrum i _i1 (5) and i _output2 (10) it follows that the second harmonics of these currents are out of phase, and the fourth harmonics of these currents are in phase. The voltage spectrum created by the current i _output1 on the first load resistor 5 is determined by the dependence (5), and the voltage spectrum on the second load resistor 19 is determined by the dependence (10).

При воздействии напряжения, создаваемого на первом нагрузочном резисторе 5 на синфазный вход выходной согласующей цепи 29 через третий конденсатор 10, и напряжения, создаваемого на втором нагрузочном резисторе 19 на противофазный вход выходной согласующей цепи 29 через шестой конденсатор 24, на выход этой цепи передается только вторая гармоника 2ω, поскольку выходная согласующая цепь передает разностный (противофазный) сигнал, воздействующий на ее входы. Четвертая гармоника сигнала, приложенного к входам выходной согласующей цепи 29 при этом компенсируется и на выход не передается, а остается только вторая гармоника. Следует также отметить, что на выход заявляемого устройства не передается восьмая и другие гармоники, кратные четырем.When the voltage generated at the first load resistor 5 on the in-phase input of the output matching circuit 29 through the third capacitor 10, and the voltage created on the second load resistor 19 on the out-of-phase input of the output matching circuit 29 through the sixth capacitor 24, only the second is transferred to the output of this circuit harmonic 2ω, since the output matching circuit transmits a difference (antiphase) signal affecting its inputs. The fourth harmonic of the signal applied to the inputs of the output matching circuit 29 is compensated and is not transmitted to the output, but only the second harmonic remains. It should also be noted that the eighth and other harmonics that are multiples of four are not transmitted to the output of the inventive device.

Что касается остальных четных гармоник (шестой, десятой и т.д.), то их уровень существенно ниже второй гармоники как минимум на 60 дБ и для большинства практических задач является несущественным.As for the remaining even harmonics (sixth, tenth, etc.), their level is significantly lower than the second harmonic by at least 60 dB and for most practical problems is insignificant.

Таким образом, заявляемое устройство существенно уменьшает уровень четных побочных гармоник по сравнению с известными устройствами.Thus, the claimed device significantly reduces the level of even side harmonics in comparison with known devices.

Необходимо отметить, что выбор элементной базы в заявляемом устройстве не имеет принципиальных трудностей. Так, наиболее высокие требования предъявляются к активным элементам, в качестве которых можно использовать как биполярные, так и полевые транзисторы. При этом более целесообразно использовать полевые транзисторы, поскольку для большинства современных транзисторов этого типа проходная характеристика ближе к квадратичной параболе. При этом для обеспечения высокой идентичности параметров каждая из использованных пар АЭ: первого АЭ 3 и второго АЭ 4, третьего АЭ 17 и четвертого АЭ 18, должна выполняться в виде дифференциальной пары, что при использовании интегральной технологии достигается с высокой точностью.It should be noted that the choice of elemental base in the inventive device does not have fundamental difficulties. So, the highest requirements are imposed on active elements, for which both bipolar and field effect transistors can be used. In this case, it is more advisable to use field-effect transistors, since for most modern transistors of this type, the pass-through characteristic is closer to a quadratic parabola. Moreover, to ensure high identity of the parameters, each of the AE pairs used: the first AE 3 and the second AE 4, the third AE 17 and the fourth AE 18, must be made in the form of a differential pair, which is achieved with high accuracy using integrated technology.

Фазоинверсные каскады наиболее целесообразно выполнять либо на основе парафазного каскада, либо на основе дифференциального каскада, что также реализуемо по интегральной технологии.Phase-inverse cascades are most expediently performed either on the basis of a paraphase cascade or on the basis of a differential cascade, which is also implemented by integrated technology.

Выходную согласующую цепь 29 с целью обеспечения технологичности необходимо реализовывать в виде дифференциального усилителя или операционного усилителя, чтобы выделить и по возможности усилить разностный вывод.The output matching circuit 29 in order to ensure manufacturability must be implemented in the form of a differential amplifier or an operational amplifier in order to isolate and, if possible, amplify the differential output.

Что касается других использованных элементов (конденсаторов и резисторов), то эти элементы также технологически реализуемы. При этом первый конденсатор 8, второй конденсатор 9, третий конденсатор 10, четвертый конденсатор 22, пятый конденсатор 23 и шестой конденсатор 29 являются блокировочными по высокой частоте. Их номинал в зависимости от диапазона частот составляет от единиц пФ до десятков пФ, что технологически реализуемо. Сопротивления первого резистора, второго резистора, третьего резистора, четвертого резистора, пятого резистора и шестого резистора, а также первого нагрузочного резистора и второго нагрузочного резистора составляют от сотен Ом до десятков кОм, что также реализуемо.As for the other elements used (capacitors and resistors), these elements are also technologically feasible. In this case, the first capacitor 8, the second capacitor 9, the third capacitor 10, the fourth capacitor 22, the fifth capacitor 23 and the sixth capacitor 29 are interlocked in high frequency. Their nominal value, depending on the frequency range, ranges from pF units to tens of pF, which is technologically feasible. The resistances of the first resistor, the second resistor, the third resistor, the fourth resistor, the fifth resistor and the sixth resistor, as well as the first load resistor and the second load resistor are from hundreds of ohms to tens of kilo ohms, which is also feasible.

Источники напряжения смещения 12, 14, 25 и 27 должны быть стабилизированными, чтобы обеспечить в течение времени равенство Ес=Е', где Е'- напряжение отсечки АЭ.Sources of bias voltage 12, 14, 25 and 27 must be stabilized in order to ensure the equality Ec = E 'over time, where E' is the cutoff voltage of AE.

Фазовращатель 16 с фазовым сдвигом 90° целесообразно реализовывать в виде активной RC-цепи, позволяющей обеспечить коэффициент передачи, равный 1, стабильность фазового сдвига и высокую технологичность.The phase shifter 16 with a phase shift of 90 °, it is advisable to implement in the form of an active RC-circuit, which allows to provide a transmission coefficient equal to 1, the stability of the phase shift and high adaptability.

Таким образом, заявляемый удвоитель частоты отвечает требованиям промышленной реализуемости и имеет значительно меньший уровень четных побочных гармоник на выходе по сравнению с известными устройствами.Thus, the inventive frequency doubler meets the requirements of industrial feasibility and has a significantly lower level of even side harmonics at the output compared to known devices.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Пат. 2257665 Российская Федерация, МКИ Н03В 19/06. Гармонический умножитель частоты / М.И.Бочаров; №2004106839/09; заявл. 09.03.2004; опубл. 27.07.2005; Бюл. №21.1. Pat. 2257665 Russian Federation, MKI Н03В 19/06. Harmonic frequency multiplier / M.I. Bocharov; No. 2004106839/09; declared 03/09/2004; publ. 07/27/2005; Bull. No. 21.

2. Бруевич А.Н., Евтянов С.И. Аппроксимация нелинейных характеристик и спектры при гармоническом воздействии. - М., Сов. радио, 1965, с.296-301.2. Bruevich A.N., Evtyanov S.I. Approximation of nonlinear characteristics and spectra under harmonic influence. - M., Sov. Radio, 1965, p. 296-301.

Claims

A harmonic frequency doubler containing a master oscillator and a first phase inverse cascade, the input of which is connected to the output of the master oscillator, a first push-pull cascade that includes a first active element and a second active element, the output electrodes of which are connected to each other, the first load resistor, the first output of which is connected to a point connection of the output electrodes of the first active element and the second active element, and the second output of the first load resistor is connected to the potential output source supply voltage, while the source electrode of the first active element is connected to the common-mode output of the first phase-inverse cascade and, through the first resistor, with a common point, and the source electrode of the second active element is connected to the antiphase output of the first phase-inverse cascade, and, through the second resistor, with a common point , in addition, the control electrodes of the first active element and the second active element are connected respectively through the first capacitor and the second capacitor, with a common point, the third capacitor, the first the first output of which is connected to the connection point of the output electrodes of the first active element and the second active element, characterized in that the first series circuit is introduced, consisting of a third resistor and a first bias voltage source, the first output of which is connected to the control electrode of the first active element, and the second output of this circuit is connected to a common point, the second serial circuit consisting of a fourth resistor and a second bias voltage source, the first output of which is connected to the control the second electrode of the active element, and the second output of this circuit is connected to a common point, a phase shifter with a phase shift of 90 °, the input of which is connected to the connection point of the output of the master oscillator and the input of the first phase-inverting stage, the second phase-inverting stage, the input of which is connected to the output of the phase shifter with phase 90 ° shift, the second push-pull cascade, including the third active element and the fourth active element, the output electrodes of which are interconnected, the second load resistor, the first output of which is connected to the connection point of the output electrodes of the third active element and the fourth active element, and the second output of the second load resistor is connected to the potential output of the power supply voltage, the fifth resistor, the first output of which is connected to the source electrode of the third active element and the common-mode output of the second phase-inverse cascade, and the second its output is connected to a common point, the sixth resistor, the first output of which is connected to the control electrode of the fourth active element and antiphase in the second phase-inverted stage, and its second output is connected to a common point, the fourth capacitor, the first output of which is connected to the control electrode of the third active element, and its second output is connected to the common point, the fifth capacitor, the first output of which is connected to the control electrode of the fourth active element and its second output is connected to a common point, the third series circuit consisting of a fifth resistor and a third bias voltage source, the first output of which is connected to the control the electrode of the third active element, and the second terminal of this circuit is connected to a common point, the fourth serial circuit consisting of a sixth resistor and a fourth bias voltage source, the first terminal of which is connected to a control electrode of the fourth active element, and the second terminal of this circuit is connected to a common point, the sixth capacitor, the first terminal of which is connected to the connection point of the output electrodes of the third active element and the fourth active element, and the output matching circuit with two out of phase and inputs, wherein the second terminal of the third capacitor is connected to the common-mode input output matching circuit and the second terminal of the sixth capacitor is connected to the antiphase input output matching circuit, wherein the output device is the output of the output matching circuit.