專利名稱：一種倍頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種倍頻器，可廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通訊、量子頻標(biāo)和頻穩(wěn)測(cè)量等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
倍頻器的實(shí)現(xiàn)方法有多種多樣，大體上可分為兩類，一類是利用鎖相環(huán)把壓控振蕩器的較高輸出頻率鎖定在較低的參考輸入頻率上，從而實(shí)現(xiàn)倍頻；另一類是利用非線性器件，如晶體管、整流器、階躍二極管，使輸入信號(hào)的波形發(fā)生非線性變換，再接入帶通濾波器或具有適當(dāng)選擇性的調(diào)諧放大器選出所需要的諧波實(shí)現(xiàn)倍頻，這一類倍頻器較典型的電路有三極管丙類倍頻，電流開關(guān)倍頻和階躍二極管倍頻。三極管丙類倍頻由于輸入信號(hào)相位零點(diǎn)與經(jīng)過選頻后的輸出信號(hào)的相位零點(diǎn)存在相位差，因而相位噪聲高，頻率穩(wěn)定度差，加上倍頻輸出脈沖較寬，高次諧波不豐富，倍頻效率低。電流開關(guān)倍頻器，通過零點(diǎn)來精確確定脈沖位置，改善了相位噪聲和相位抖動(dòng)，達(dá)到了低噪聲倍頻的目的，但受微分回路分布參數(shù)的限制，輸入頻率較高時(shí)，倍頻脈沖相對(duì)增寬，倍頻效率明顯降低。階躍二極管倍頻器可產(chǎn)生諧波豐富的窄脈沖，具有較高的倍頻效率，但限用于輸入頻率大于幾十兆赫以上的高頻段。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供了一種倍頻器，其結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，輸出信號(hào)相位噪聲小，倍頻效率高。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的①利用高速數(shù)字集成電路形成倍頻所需的尖脈沖，此脈沖的零點(diǎn)與輸入信號(hào)的相位零點(diǎn)緊密耦合在一起，保證了很低的相位噪聲，相位噪聲的等效秒級(jí)附加不穩(wěn)定度由于5～6E-13/1S；②尖脈沖是周期性雙脈沖，尖脈沖的脈寬可窄至8～10納秒，倍頻效率高。
根據(jù)圖1和圖2可知①比較器(M1)由比較器(1)組成，輸入信號(hào)Vf接入比較器(M1)的輸入端，基準(zhǔn)電壓Vo接入比較器(M1)的電平參考端，比較器(M1)輸出方波信號(hào)T1，由于T1是由Vf通過Vo進(jìn)行觸發(fā)，所以T1的頻率等于Vf的頻率，而且它的相位零點(diǎn)與Vf緊密耦合在一起；②延時(shí)器(M2)由比較器(2)組成，輸入信號(hào)Vf接入延時(shí)器(M2)的輸入端，基準(zhǔn)電壓Vo’接入延時(shí)器(M2)的電平參考端，Vo’高于Vo約0.5V～1V。延時(shí)器(M2)輸出方波信號(hào)T3，由于T3是由Vf通過Vo’進(jìn)行觸發(fā)，所以T3的頻率等于Vf的頻率，而且它的相位零點(diǎn)與Vf緊密耦合在一起。T3上升沿比T1延遲時(shí)間τ，T3下降沿比T1提前時(shí)間τ，延時(shí)時(shí)間τ可以改變并可短至8～10納秒；③邏輯門相關(guān)器(M3)由“異或”門相關(guān)器(3)組成，T1與T3分別輸入至邏輯門相關(guān)器(M3)的兩輸入端經(jīng)高速邏輯運(yùn)算后，在邏輯門相關(guān)器(M3)的輸出端輸出窄雙脈沖Tτ，Tτ的脈寬等于延時(shí)時(shí)間τ，Tτ的頻率等于Vf的頻率，而且Tτ的相位零點(diǎn)與T1和T3緊密耦合在一起即與Vf緊密耦合在一起；④窄脈沖Tτ的脈寬τ可窄至8～10納秒，所以該脈沖的高次諧波極為豐富，具有很高的倍頻效率，選頻放大組件(M4)由濾波器(4)(6)、線性放大器(5)、功率放大器(7)組成，將Tτ送入選頻放大組件(M4)最終輸出一個(gè)N倍于輸入信號(hào)Vf的輸出信號(hào)nVf，完成倍頻。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、在自相關(guān)倍頻器中，輸入信號(hào)經(jīng)過比較器可產(chǎn)生一良好的過零脈沖，使輸出脈沖的零點(diǎn)和輸入信號(hào)的零點(diǎn)緊密耦合在一起，從而減小了相位噪聲。
2、在自相關(guān)倍頻器中，比較器產(chǎn)生的一路信號(hào)送入延遲器，再將延時(shí)信號(hào)和未經(jīng)延時(shí)的信號(hào)送入相關(guān)器，產(chǎn)生所需要的窄脈沖，延遲時(shí)間可根據(jù)所選諧波在延時(shí)脈沖頻譜中的位置人為控制，因此可形成窄至納秒級(jí)的脈沖，該脈沖高次諧波極為豐富，具有良好的倍頻效率。
3、自相關(guān)倍頻器能適應(yīng)較寬頻段，電路形式多樣、電路結(jié)構(gòu)簡單、元器件少，輸出信號(hào)相位噪聲小，主旁頻抑制比優(yōu)，倍頻效率高，尤其在射頻段和較高階倍頻段具有良好的倍頻效率。


圖1為一種倍頻器方框圖；圖2為一種倍頻器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為一種倍頻器信號(hào)波形示意圖；其中M1-比較器； M2-延時(shí)器；M3-邏輯門相關(guān)器；M4-選頻放大組件；1-比較器； 2-比較器；3-“異或”門相關(guān)器； 4-濾波器；5-線性放大器； 6-濾波器；7-功率放大器；具體實(shí)施方式
部件選取*比較器(1)、(2)選用MAX913。
*異或”門相關(guān)器(3)選用74AC86。
*濾波器(4)、(6)選用200MHzLC濾波器或晶體濾波器。
*線性放大器(5)選用UTO-250。
*功率放大器(7)選用A74-1。
一種倍頻器，它包括下列部件由圖2可知，本裝置由比較器(1)、比較器(2)、“異或”門相關(guān)器(3)、濾波器(4)(6)、線性放大器(5)、功率放大器(7)構(gòu)成；由圖2和圖3可知，各部件之間的連接關(guān)系和各部件的作用是比較器(1)的輸出端“Q”與“異或”門相關(guān)器(3)的輸入端“IN1”連接；其中輸入信號(hào)Vf和參考電壓Vo輸入至比較器(1)，比較器(1)由“Q”端輸出方波信號(hào)T1，T1的高電平寬度為τ1。
比較器(2)的輸出端“Q”與“異或”門相關(guān)器(3)的輸入端“IN2”連接；其中輸入信號(hào)Vf和參考電壓Vo’輸入至比較器(2)，比較器(2)由“Q”端輸出方波信號(hào)T3，T3的高電平寬度為τ3。
其中比較器(2)的參考電壓Vo’比比較器(1)的參考電壓Vo要高0.5V～1V，延遲時(shí)間τ＝(τ1-τ3)/2。
“異或”門相關(guān)器(3)分別與比較器(1)、比較器(2)和濾波器(4)連接；“異或”門相關(guān)器(3)的作用是將兩路零點(diǎn)相差時(shí)間τ的方波信號(hào)進(jìn)行高速邏輯“異或”運(yùn)算，其輸出波形在對(duì)應(yīng)的延時(shí)時(shí)間τ內(nèi)呈現(xiàn)高電平，而在其余時(shí)間呈現(xiàn)低電平，即“異或”門相關(guān)器(3)的輸出為脈寬為τ的雙尖脈沖Tτ。
濾波器(4)分別與“異或”門相關(guān)器(3)和線性放大器(5)連接；濾波器(4)的作用是對(duì)所要得到的nVf頻率進(jìn)行第一級(jí)濾波。
線性放大器(5)分別與濾波器(4)和濾波器(6)連接；線性放大器(5)的作用是對(duì)所要得到的nVf頻率進(jìn)行第一級(jí)放大。
濾波器(6)分別與線性放大器(5)和功率放大器(7)連接；濾波器(6)的作用是對(duì)所要得到的nVf頻率進(jìn)行第二級(jí)濾波。
功率放大器(7)與濾波器(6)連接；功率放大器(7)的作用是對(duì)所要得到的nVf頻率進(jìn)行第二級(jí)放大，使信號(hào)達(dá)到所需的功率；功率放大器(7)輸出nVf，完成倍頻。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果在實(shí)驗(yàn)中，Vf頻率為10MHz，在裝置輸出端用頻譜儀觀察200Mz頻譜，結(jié)果為主旁頻抑制比優(yōu)于65dBc，幅度為25dBm/50Ω；用頻率穩(wěn)定度測(cè)試儀依同源法測(cè)試其附加不穩(wěn)定度，結(jié)果為秒級(jí)穩(wěn)定度為5E-13/1S。
結(jié)果表明，本裝置輸出信號(hào)相位噪聲小，主旁頻抑制比優(yōu)，倍頻效率高，尤其在射頻段和較高階倍頻段具有良好的倍頻效率。
權(quán)利要求1.一種倍頻器，它由比較器(1、2)、異或門相關(guān)器(3)、濾波器(4、6)、線性放大器(5)和功率放大器(7)構(gòu)成，其特征在于比較器(1)的輸出端Q與異或門相關(guān)器(3)的輸入端I N1連接，比較器(2)的輸出端Q與異或門相關(guān)器(3)的輸入端IN2連接，異或門相關(guān)器(3)分別與比較器(1、2)和濾波器(4)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倍頻器，其特征是濾波器(4)分別與異或門相關(guān)器(3)和線性放大器(5)連接，線性放大器(5)分別與濾波器(4)和濾波器(6)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種倍頻器，其特征是濾波器(6)分別與線性放大器(5)和功率放大器(7)連接，功率放大器(7)與濾波器(6)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種倍頻器，它由比較器、異或門相關(guān)器、濾波器、放大器等構(gòu)成，比較器1的輸出端Q與異或門相關(guān)器的輸入端IN1連接，比較器2的輸出端Q與異或門相關(guān)器的輸入端IN2連接，異或門相關(guān)器分別與比較器1、2和濾波器1連接，濾波器1分別與異或門相關(guān)器和線性放大器連接，線性放大器分別與濾波器1和濾波器2連接，濾波器2分別與線性放大器和功率放大器連接，功率放大器與濾波器2連接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，輸出信號(hào)相位噪聲小，倍頻效率高。
文檔編號(hào)H03K3/00GK2852530SQ20052009968
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月27日
發(fā)明者王艷, 余鈁, 魯?shù)腊? 陳智勇, 雷海東, 裘曉俊, 金鑫, 李超, 左毅力, 陳云起, 管妮娜, 朱熙文, 盛榮武 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所