高次倍頻器的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種高次倍頻器，包括梳狀譜信號發(fā)生電路、選頻諧振放大電路以及螺旋濾波器，梳狀譜信號發(fā)生電路用于接收外部輸入的初始頻率信號，并應(yīng)用初始頻率信號產(chǎn)生包含有高次諧波分量信號的梳狀譜信號，選頻諧振放大電路接收梳狀譜信號，將梳狀譜信號中的高次諧波分量信號放大后輸出，螺旋濾波器，接收選頻諧振放大電路輸出的信號，將放大后的高次諧波分量信號輸出。本實用新型提供的高次倍頻器結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，且能夠產(chǎn)生振蕩頻率極高的信號，并能有效抑制旁頻分量信號。
【專利說明】高次倍頻器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及信號發(fā)生源領(lǐng)域，尤其是一種用于產(chǎn)生振蕩頻率較高的信號的高次倍頻器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備中廣泛應(yīng)用倍頻器。倍頻器用于將輸入信號的頻率成倍增加后輸出，其在通信、電子儀器、雷達(dá)對抗，微波、軍事偵查等方面被廣泛應(yīng)用。同時，倍頻器也為寬帶低相噪頻率合成器所需的本振信號提供小型化、高可靠性的保障，其用途和前景不可低估。
[0003]現(xiàn)有的倍頻器通常使用諧波發(fā)生器與濾波器的組合實現(xiàn)，倍頻器接收的外部輸入的初始頻率信號經(jīng)過非線性電路后產(chǎn)生包含有各種諧波分量的信號，倍頻器正是應(yīng)用這些諧波分量信號產(chǎn)生不同頻率的信號?，F(xiàn)有的倍頻器分為低次倍頻器和高次倍頻器，低次倍頻器的倍頻次數(shù)較低，常用的有雙極晶體管倍頻器、單片放大器做成的單片寬帶倍頻器以及FET場效應(yīng)管倍頻器等。
[0004]高次倍頻器一般采用階躍恢復(fù)二極管或交容二極管制成的諧波發(fā)生器實現(xiàn)。階躍恢復(fù)二極管是一種電荷儲存器件，其在負(fù)偏壓范圍內(nèi)的結(jié)電容為一不變的常數(shù)，而當(dāng)階躍恢復(fù)二極管由負(fù)偏壓轉(zhuǎn)為正偏壓時會發(fā)生電容的突變，具有很強的電荷非線性開關(guān)特性。在輸入信號的正半周時，階躍恢復(fù)二極管中的電荷被儲存在PN結(jié)里不被復(fù)合，當(dāng)輸入信號的負(fù)半周時，負(fù)半周的電荷瞬間被提取，形成一極窄的負(fù)電流脈沖。其電流脈沖越窄，前沿時間越小，則產(chǎn)生的諧波分量越豐富，高次諧波的能量越大。這種高次倍頻器具有體積小、倍頻次數(shù)高的特點，且可一次實現(xiàn)幾十次以上的倍頻。
[0005]但設(shè)計一個理想的諧波發(fā)生器，必須先把輸入信號放大，一般放大到300 mff至500mW。并且，諧波發(fā)生器還需要與激勵電感、調(diào)諧電容電路、輸入低通匹配網(wǎng)絡(luò)以及偏置電路等配合使用。激勵電感用于儲存和釋放能量，調(diào)諧電容用來調(diào)節(jié)階躍恢復(fù)二極管的電抗值，輸入低通匹配網(wǎng)絡(luò)呈低通特性，使放大后的激勵信號更有效的加載到階躍恢復(fù)二極管上，還能有效的抑制高次諧波的反向傳輸。偏置電路給階躍恢復(fù)二極管提供合適的偏壓，使輸入高頻功率有效的加到階躍恢復(fù)二極管上，這樣階躍恢復(fù)二極管才能產(chǎn)生較大的窄電流脈沖，再把這個脈沖匹配輸出，獲得豐富的諧波輸出，提高效率。
[0006]但是，由于現(xiàn)有的高次倍頻器使用階躍恢復(fù)二極管，并設(shè)置功率放大電路、激勵電感、調(diào)諧電容、復(fù)雜的輸入低通匹配網(wǎng)絡(luò)與偏置電路，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高。同時，應(yīng)用現(xiàn)有的高次倍頻器生產(chǎn)的高頻信號中，無用諧波信號不易受到抑制，在倍頻過程中高次倍頻器還會產(chǎn)生非諧波頻率分量信號，對倍頻器輸出的信號造成影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型的主要目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單且生產(chǎn)成本低的高次倍頻器。
[0008]本實用新型的另一目的是提供一種有效抑制無用的諧波信號的高次倍頻器。[0009]為實現(xiàn)上述的主要目的，本實用新型提供的高次倍頻器包括梳狀譜信號發(fā)生電路、選頻諧振放大電路以及螺旋濾波器，梳狀譜信號發(fā)生電路用于接收外部輸入的初始頻率信號，并應(yīng)用初始頻率信號產(chǎn)生包含有高次諧波分量信號的梳狀譜信號，選頻諧振放大電路接收梳狀譜信號，將梳狀譜信號中的高次諧波分量信號放大后輸出，螺旋濾波器，接收選頻諧振放大電路輸出的信號，將放大后的高次諧波分量信號輸出。
[0010]由上述方案可見，高次倍頻器應(yīng)用梳狀譜信號發(fā)生電路產(chǎn)生包含有高次諧波分量信號的信號，選頻諧振放大電路將所需要的特定頻段的信號放大，再由螺旋濾波器將包含有高次諧波分量信號的信號中過濾并輸出。這樣，高次倍頻器不需要設(shè)置階躍恢復(fù)二極管、激勵電感、調(diào)諧電容、輸入低通匹配網(wǎng)絡(luò)與偏置電路等，結(jié)構(gòu)簡單，大大地降低了高次倍頻器的生產(chǎn)成本。
[0011 ] 一個優(yōu)選的方案是，梳狀譜信號發(fā)生電路包括CMOS門電路以及由CMOS門電路驅(qū)動的射頻變壓器。
[0012]由此可見，利用由CMOS門電路驅(qū)動射頻變壓器的非線性特性，能夠利用初始頻率信號產(chǎn)生包含有高次諧波分量的信號，且射頻變壓器產(chǎn)生的信號中包含的諧波分量信號豐富，信號的頻率極高，能夠提供不同頻段的信號供后級電路使用。
[0013]進一步的方案是，選頻諧振放大電路包括第一放大電路以及接收第一放大電路輸出的信號的第一調(diào)諧電路。
[0014]可見，選頻諧振放大電路將接收到信號放大后，通過第一調(diào)諧電路將特定頻段的信號過濾出來，能夠獲得比階躍恢復(fù)二極管產(chǎn)生的更高的高次諧波分量信號。
[0015]更進一步的方案是，第一調(diào)諧電路為雙調(diào)諧電路。由于雙調(diào)諧電路具有頻帶寬、選擇性好等優(yōu)點，使選頻諧振放大電路具有更好的選頻性能。
[0016]更進一步的方案是，選頻諧振放大電路還具有接收第一調(diào)諧電路輸出的信號的第二放大電路及接收第二放大電路輸出的信號的第二調(diào)諧電路。
[0017]由此可見，信號經(jīng)過第一調(diào)諧電路的選頻后，被選擇的信號將由第二放大電路進行放大，并再經(jīng)第二調(diào)諧電路進行選頻，由此將旁頻分量信號濾除。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型實施例與信號源的電原理框圖。
[0019]圖2是本實用新型實施例中梳狀譜信號發(fā)生電路的電原理圖。
[0020]圖3是本實用新型實施例中選頻諧振放大電路的電原理圖。
[0021]以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。
【具體實施方式】
[0022]本實施例的高次倍頻器用于產(chǎn)生高頻的信號，其接收較低頻率的初始頻率信號，并應(yīng)用初始頻率信號產(chǎn)生頻率較高的信號，輸出的信號可用于各種電子器件的時鐘頻率信號。
[0023]參見圖1，本實施例接收信號源11輸出的初始頻率信號，高次倍頻器具有梳狀譜信號發(fā)生電路12、選頻諧振放大電路13以及螺旋濾波器14。
[0024]信號源11為恒溫晶體振蕩器，其產(chǎn)生振蕩頻率固定的方波信號并輸出至梳狀譜信號發(fā)生電路12。由于信號源11選用的晶體振蕩器為恒溫晶體振蕩器，因此晶體振蕩器輸出的方波信號的振蕩頻率不會隨溫度的改變而改變，其輸出信號的頻率可以穩(wěn)定在IOM赫茲左右。
[0025]梳狀譜信號發(fā)生電路12接收信號源11輸出的初始頻率信號，并產(chǎn)生包含有高次諧波分量的梳狀譜信號。參見圖2，梳狀譜信號發(fā)生電路12具有CMOS (ComplementaryMetal Oxide Semiconductor,互補金屬氧化物半導(dǎo)體)門電路以及由CMOS門電路驅(qū)動的射頻變壓器。CMOS門電路包括多個反相器4132、4334、4536，而且多個反相器4132、八3、A4、A5、A6形成多級的反相電路，用于對接收的信號進行反相處理，并將反相后的信號輸出至射頻變壓器。
[0026]優(yōu)選地，CMOS門電路采用74LVC系列芯片構(gòu)成，其為高速門電路芯片，且電路的延時時間極短，通常為納秒級，這樣可以確保信號經(jīng)過CMOS門電路后延時時間較短。
[0027]信號經(jīng)過CMOS門電路后，經(jīng)過電容Cl與電容C2后，被傳輸至射頻變壓器，射頻變壓器包括初級電感線圈LI以及次級電感線圈L2，經(jīng)過CMOS門電路后的信號傳輸至初級電感線圈LI后，耦合至次級電感線圈L2，并經(jīng)次級電感線圈L2輸出。
[0028]由于射頻變壓器的非線性特性，信號經(jīng)過射頻變壓器后形成的信號包含有豐富的高次諧波分量信號，并且高次諧波信號的次數(shù)較高，信號的頻率也很高。另外，射頻變壓器輸出的信號為梳狀譜信號。優(yōu)選地，本實施例選用工作頻段在甚高頻(VHF)頻段的射頻變壓器，其輸出的梳狀譜信號的諧波分量信號頻率可以達(dá)到IG赫茲甚至以上。這樣，梳狀譜信號發(fā)生電路12產(chǎn)生的信號的諧波分量信號的頻率極高，后級的選頻諧振放大電路13可以從中選取合適的頻段的信號進行放大處理，高次倍頻器輸出的信號的頻率可選范圍很寬，滿足不同場合使用的需要。
[0029]梳狀譜信號發(fā)生電路12還設(shè)有向射頻變壓器供電的電路，直流電源VCC通過電容C4、C5、C6以及電感L3向初級電感線圈LI供電，提供射頻變壓器工作的所需的電能。
[0030]選頻諧振放大電路13接收梳狀譜信號發(fā)生電路12輸出的包含有高次諧波分量信號的梳狀譜信號，并將高次諧波分量信號從接收的梳狀譜信號中過濾出來，同時對過濾出來的信號進行放大，輸出至螺旋濾波器14。
[0031]參見圖3，選頻諧振放大電路13具有兩級放大電路，第一級的放大電路具有作為放大器件的場效應(yīng)管Q1，第二級的放大電路具有作為放大器件的場效應(yīng)管Q2，在第一級放大電路與第二級放大電路之間設(shè)有調(diào)諧電路，第二級放大電路的后級也設(shè)有調(diào)諧電路。
[0032]梳狀譜信號發(fā)生電路13輸出的梳狀譜信號輸入至選頻諧振放大電路13后，首先由場效應(yīng)管Ql放大。通過設(shè)置電阻Rl、R2的電阻值可以控制場效應(yīng)管Ql的工作點，從而控制場效應(yīng)管Ql的放大倍數(shù)。
[0033]信號經(jīng)過場效應(yīng)管Ql放大后，輸出至調(diào)諧電路，調(diào)諧電路由電容C12、C13、C16以及電感L6、L7組成，其中電容C12與電感L6并聯(lián)連接，電容C13與電感L7并聯(lián)連接，電感L6與電容C13之間連接有電容C16。因此，該調(diào)諧電路為電容耦合的雙調(diào)諧電路。由于雙調(diào)諧電路具有頻帶寬、選擇性好的優(yōu)點，能夠從接收的信號中過濾出特定頻段的信號，如將高次諧波分量信號過濾輸出，其他分量的信號將被抑制。
[0034]信號經(jīng)過雙調(diào)諧電路后，輸出至場效應(yīng)管Q2，場效應(yīng)管Q2對接收的信號進行放大處理。同樣地，通過設(shè)置電阻R3、R4的電阻值可以設(shè)定場效應(yīng)管Q2的工作點，并設(shè)定場效應(yīng)管Q2的放大倍數(shù)。
[0035]信號經(jīng)過場效應(yīng)管Q2放大后，輸出至調(diào)諧電路進行再次選頻濾波。位于場效應(yīng)管Q2后級的調(diào)諧電路為單調(diào)諧電路，其由電容C15以及電感L8并聯(lián)構(gòu)成，對信號進行再次濾波，從中過濾出特定頻率的高次諧波分量信號。并且，電感L8與電感L9耦接，經(jīng)過單調(diào)諧電路的信號輸出至電感L9，并經(jīng)電感L9輸出。
[0036]選頻諧振放大電路13將接收的信號中的高頻諧波分量信號過濾出并放大，并且經(jīng)過兩級的放大以及兩級的濾波處理，將不需要的旁頻分量信號過濾掉，確保輸出的信號中干擾信號較小，使梳狀譜信號的能量集中在需要的高次諧波分量信號附近。
[0037]選頻諧振放大電路13對梳狀譜信號選頻并放大所需要的高次諧波分量信號后，將放大后的高次諧波分量信號輸出至螺旋濾波器14。本實施例中，螺旋濾波器為雙腔螺旋濾波器，且兩個腔體均為圓形腔。螺旋濾波器將所需要的高頻諧波分量的信號過濾出并抑制不需要的旁頻分量信號，從而得到所需要的高次倍頻信號。雙腔螺旋濾波器的輸出端作為高次倍頻器的輸出端，向外輸出振蕩頻率穩(wěn)定的高頻信號。
[0038]高次倍頻器僅使用CMOS門電路、射頻變壓器、選頻諧振放大電路以及雙腔螺旋濾波器等構(gòu)成，無需設(shè)置階躍恢復(fù)二極管、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的輸入低通匹配網(wǎng)絡(luò)等，電路結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低。并且，由CMOS門電路驅(qū)動的射頻變壓器能夠產(chǎn)生高次諧波分量信號豐富的梳狀譜信號，能夠滿足選頻諧振放大電路的選頻需要，確保高次倍頻器能夠輸出振蕩頻率極高的信號。
[0039]當(dāng)然，上述實施例僅是本實用新型較佳的實施方式，實際使用時，還可以有更多的改變，例如，CMOS門電路中反相器的數(shù)量可以是一個，也可以是多個，多個反相器相互之間的連接結(jié)構(gòu)可以按實際情況確定；或者，選頻諧振放大電路中的調(diào)諧電路可以均為單調(diào)諧電路或者均為雙調(diào)諧電路，這些改變并不影響本實用新型的實施。
[0040]最后需要強調(diào)的是，本實用新型不限于上述實施方式，如使用三極管替代場效應(yīng)管作為放的器件、選頻諧振放大電路的具體電路結(jié)構(gòu)的改變等變化也應(yīng)該包括在本實用新型權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.高次倍頻器，其特征在于:包括 梳狀譜信號發(fā)生電路，接收外部輸入的初始頻率信號，并應(yīng)用所述初始頻率信號產(chǎn)生包含有高次諧波分量信號的梳狀譜信號； 選頻諧振放大電路，接收所述梳狀譜信號，將所述梳狀譜信號中的所述高次諧波分量信號放大后輸出； 螺旋濾波器，接收所述選頻諧振放大電路輸出的信號，將放大后的所述高次諧波分量信號輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高次倍頻器，其特征在于: 所述梳狀譜信號發(fā)生電路包括CMOS門電路以及由所述CMOS門電路驅(qū)動的射頻變壓器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高次倍頻器，其特征在于: 所述CMOS門電路包括至少一個反相器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的高次倍頻器，其特征在于: 所述選頻諧振放大電路包括第一放大電路以及接收所述第一放大電路輸出的信號的第一調(diào)諧電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高次倍頻器，其特征在于: 所述第一放大電路具有第一場效應(yīng)管。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高次倍頻器，其特征在于: 所述第一調(diào)諧電路為雙調(diào)諧電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高次倍頻器，其特征在于: 所述選頻諧振放大電路還具有接收所述第一調(diào)諧電路輸出的信號的第二放大電路及接收所述第二放大電路輸出的信號的第二調(diào)諧電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高次倍頻器，其特征在于: 所述第二放大電路具有第二場效應(yīng)管。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高次倍頻器，其特征在于: 所述第二調(diào)諧電路為單調(diào)諧電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的高次倍頻器，其特征在于: 所述螺旋濾波器為雙腔螺旋濾波器。
【文檔編號】H03B19/14GK203377843SQ201320465552
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】邱二虎, 陳永泰, 胡國絳, 王興龍 申請人:珠海市光辰科技有限公司