高频倍频器三倍频器电路设计

合集下载

倍频电路设计范文

倍频电路设计范文

倍频电路设计范文倍频电路是一种通过倍频器将信号频率倍增的电路。

在许多应用中,需要将信号频率倍增,比如在通信领域中将低频信号转换为高频信号,以增加传输距离和可靠性。

倍频电路设计需要根据具体的应用需求和信号特性,选择合适的倍频器电路和参数。

常用的倍频器电路有倍频整波电路、倍频整数倍电路和倍频锁相环电路。

倍频整波电路通过整流和滤波将信号频率倍增,适用于低功率小幅度信号的倍频。

倍频整数倍电路则是通过电路中的倍频元件(如倍频器二极管、倍频晶体管)将信号频率乘以整数倍。

倍频锁相环电路则是通过锁定一个参考频率,并通过控制多级倍频器的相位和频率来实现信号频率倍增。

在设计倍频电路时,首先要确定输入信号的频率范围、幅度和功率。

然后选择合适的倍频器电路和倍频器元件。

对于倍频整波电路,可以选择使用整流电路和滤波电路,如谐振电路和低通滤波器。

对于倍频整数倍电路,可以选择使用适合的倍频器元件,如倍频晶体管、倍频二极管等。

对于倍频锁相环电路,需要选择合适的相位比较器、VCO(压控振荡器)和分频器等。

在设计倍频电路时,还需要考虑电路的带宽、失真、稳定性和功耗等方面的问题。

带宽要求决定了电路的频率响应范围,失真要求决定了电路的非线性和波形失真程度,稳定性要求决定了电路的抗干扰能力和稳定性,功耗要求决定了电路的能效。

总之,倍频电路设计需要根据具体应用需求和信号特性,选择合适的倍频器电路和元件,考虑电路的带宽、失真、稳定性和功耗等方面的问题,并可以使用仿真软件进行模拟和分析。

这样可以设计出满足要求的倍频电路,提高信号处理和传输的效果。

三倍频发生器的基本原理

三倍频发生器的基本原理

三倍频发生器的基本原理三倍频发生器是一种电子设备,它可以将输入的信号频率变为原信号的三倍频率。

在某些场合下,需要产生高频的电磁信号,而传统方法往往需要使用大量的器件或者复杂的实验操作。

使用三倍频发生器则可以简化这个过程,提高效率。

基本原理三倍频发生器的基本原理是通过倍频的方法实现信号的频率转换。

其中最简单的实现方式就是使用全波整流电路和电容滤波器。

在全波整流电路中,采用了恒流源和电容器的电路,将输入的交流信号转换为直流信号,然后将其通过电容滤波器进行滤波,获得了一个直流电位。

接下来再通过倍频电路将其输出的频率变为原信号的三倍频率。

倍频电路倍频电路是实现三倍频发生器的核心部件,它可以将输入的信号进行频率提升。

其中最常见的方式是使用倍频器电路。

倍频器电路倍频器电路分为李-基二倍频电路和倍频振荡器两种类型。

它们的基本原理是使用二级倍频电路来产生更高频率的电信号。

在李-基二倍频电路中,输入信号首先会进入一个二极管桥整流器,将正负半周期的信号分别整流,并将其输入到一个差分放大器中。

差分放大器会将两个信号相加,然后将其输入到一个输出振荡器中,产生高频信号。

最后,再将这个信号反馈到差分放大器的负端,使其形成一个闭环,从而实现三倍频输出。

而在倍频振荡器中,则是通过基础的压控振荡器和倍频器电路相结合来实现三倍频输出。

通过调整振荡器的频率,使其与倍频器之间在一定倍频系数的情况下实现三倍频输出。

总结在实现三倍频信号输出的过程中,倍频电路是实现这个过程的核心部件。

在电路的设计中,需要选择合适的器件和电路结构,以保证输出的信号质量和稳定性,并且能够满足不同场合的要求。

除此之外,中频放大器和输出滤波器等其他器件也是影响三倍频输出效果的关键部分。

基于Multisim的高频谐振功率放大器仿真实验设计

基于Multisim的高频谐振功率放大器仿真实验设计

1实验目的高频谐振功率放大器的主要功能是将微弱的电信号以足够大的功率发射出去,由于负载是LC 谐振回路,因此具有滤波的功能。

此外高频谐振功率放大器还可以构成调幅电路、倍频器电路,因此是组成无线发射机的重要电路,是“高频电子线路”课程的重点内容,也是电子信息类学生必须要掌握的知识。

然而这部分的内容理论性较强,涉及到的数学知识较多,教师采用传统的PPT 授课方法,对学生来说晦涩难懂[1]。

实验是检验理论最好的办法,但目前有些高校高频实验仪器单一、设备老旧,很难满足实验的需求。

仿真软件可以帮助我们较好地解决这个问题。

本文选用的Multisim 软件具有强大的仿真功能,除了拥有大量丰富的虚拟元件和多种虚拟测量仪器外,还提供完备的分析方法[2]。

只要将软件安装在电脑上,学生就可以在电脑上完成电路的设计、搭建、运行和测试的仿真练习。

为了帮助学生更好地掌握高频谐振功率放大器的工作过程,笔者总结多年的教学经验,借助Multisim 软件,设计了一套高频谐振功率放大器的仿真实验,包括验证实验和设计实验两部分,验证实验包括高频谐振功放工作状态分析、负载特性分析、调制特性分析,设计实验包括设计滤波匹配网络和倍频器,两部分实验逐渐推进。

希望通过实验仿真,解决理论教学中枯燥难懂的问题,帮助学生更深入地理解这部分知识。

2实验设计步骤2.1创建测试电路并分析电路组成要求学生使用Multisim 软件创建如图1所示的实验电路,引导学生观察分析该电路的组成,可以以填空题形式记录分析结果。

分析:在输入回路,用电感和电阻串联构成基极自偏置电路,保证晶体管Q 1工作在截止区。

而在输出回路,由直流电源V 1、电基于Multisim 的高频谐振功率放大器仿真实验设计【摘要】为了帮助学生更好地学习高频谐振功率放大器工作过程,设计了该电路仿真实验,内容包括工作状态分析、负载特性分析、调制特性分析、设计滤波匹配网络和倍频器。

借助Multisim 软件仿真了实验内容,仿真结果形象直观,与理论结果一致,可以有效调动学生学习积极性和创新主动性。

W频段宽带三倍频器的研究

W频段宽带三倍频器的研究

第三章倍频器设计图3_4倍频器模拟实物图3.3倍频器部件设计3.3.1微带到波导过渡微波、毫米波元器件以及子系统最终要应用于整机系统或要连接到测试系统中,这就要求输入、输出接口必须为标准矩形波导。

从标准波导至Ⅱ微带电路要求有良好的过渡,在过渡过程中,不但要完成不同结构的过渡,而且还要实现阻抗变换,使电磁能量损失尽可能的小。

除此之外,还要求装卸容易,重复性、一致性好且易于加工。

波导到微带过渡结构可由多种方式来实现,如微带探针形式I捌,鳍线过渡【矧,小孔耦合I矧,脊波导【25】【圳,本章探索了两种方式。

3.3.1.1脊波导【27】无论哪个标准波导的等效阻抗都比标准微带线特性阻抗50Q要高得多,为了保证两者连接得到较好的匹配,必须在标准波导和微带线之间加变阻器,把波导的等效阻抗逐步降低,这可以用连续过渡或阶梯过渡来实现,前者加工较为复杂(如指数线),且为了满足一定驻波比的要求,过渡段长度也不短,所以一般采用阶梯过渡(即1/4多节变阻器)。

单脊波导就其特点来说,工作频带宽。

另外,当金属脊较高时,电磁能量主要集中于脊下,相当于脊下等效电容增加,等效阻抗当然随之降低,若脊宽与脊高选择合理,机械尺寸上也便于与微带线匹配连接。

当脊高变低,相当于脊下等23电子科技大学硕士学位论文导波波长:铲7丽五‰=冬移啪娆212·66ram以。

^|,m觎29.088nun毛=挠鸵~(3·23)◇一24)其他段作相似计算。

最后得出整个初始脊波导尺寸:S=1.42mm磊=o。

127ram磊=2,5mm畦=o.57ram4--2。

28ram或一1.95mm乞=2。

467mm黧3-6脊渡霉程HFSS串静仿真模型”“”“船器“”8矗即日一茹f鬲●●●‘l_Il,.}li{{lll{~pi£j…t—L}]”J啊||;{,,t{l|}i..j一{-{{l,一,一{:M一\广!}N;再沁_.八l卜Z。

d●__一N?7i{‘;”㈠K’7…Hn{rrV斗÷一—:一3.{÷一曩一丫一{^一{;{{·|l…,{{i}{t|t”…、”…’’…、^‘t一+…””””R_MP””“掰34脊滚霉在HFSS审鹃待囊结采根据设计尺寸在HFSS中仿真并进行优化,得到仿真结聚如图3—7。

项目单元3:倍频器

项目单元3:倍频器
rj rs
,超突变结
1 ≈ 3
Cj (a) Cj rs
(b)
图3.39 变容二极管的等效电路
项目单元3 项目单元3
倍频器
(b)为(a)的等效电路,反向电阻rj很大,可看成断路。 (a)的等效电路,反向电阻rj很大,可看成断路。 的等效电路 rj很大 变容管的品质因数定义为
图3.40 变容管在正弦电压作用下的电流波形
j
4.图 4.图(d)对叠加的电压求导 5.图 为电流i 5.图(e)为电流i的波形图 ( e ) = ( c ) * ( d) 不是正弦波,包含有许多谐波分量,从而实现了倍频的功能。 不是正弦波,包含有许多谐波分量,从而实现了倍频的功能。
du d (U Q + U m sin ωt ) = = U mω cos ωt dt dt
项目单元3 项目单元3
倍频器
图(a)的工作原理是:由信号源产生频率为f1的正弦电 (a)的工作原理是:由信号源产生频率为f 的工作原理是 i1,通过F1和变容管。由于变容管的非线性作用, F1和变容管 流i1,通过F1和变容管。由于变容管的非线性作用,其 两端电压中的nf1分量经谐振回路Fn选取后,在负载RL 两端电压中的nf1分量经谐振回路Fn选取后,在负载RL nf1分量经谐振回路Fn选取后 上可获得n倍频信号的输出。 上可获得n倍频信号的输出。 的工作原理是:信号源产生的基波激励电流iI 图(b)的工作原理是:信号源产生的基波激励电流iI 通过变容管, 上产生各次谐波的电压,其中n 通过变容管,在Cj上产生各次谐波的电压,其中n次 谐波电压产生的n次谐波电流in通过负载R in通过负载 因此, 谐波电压产生的n次谐波电流in通过负载RL,因此, 倍频器输出端有n次谐波信号输出。 倍频器输出端有n次谐波信号输出。串联倍频器适用于 n>3以上的高次倍频。 n>3以上的高次倍频。 F1和Fn分别为基波和 次谐波的理想带通滤波器。 分别为基波和n F1和Fn分别为基波和n次谐波的理想带通滤波器。

220GHz无源三倍频器设计

220GHz无源三倍频器设计

倍频器是无线电技术高频电路中重要的非线性电路,作为基本的电子器件,被广泛应用于发射机、频率合成器、接收机本振源等各种电子设备中。

亚毫米波倍频器可以降低设备的主振频率和扩展工作频段,同时,由于其输出频率可以在输入频率的 n 次谐波上选取,因而所需的输入信号源可以选择在技术上相对成熟的毫米波频段上制作,从而为保证所需的频率稳定度和相噪特性提供了条件,同时,固态倍频器体积小、易于集成而且使用寿命较长。

因此,目前小功率的亚毫米波固态源主要依靠倍频方法实现。

亚毫米波在长波段与毫米波相重合,而在短波段,与红外线相重合,可见亚毫米波波在电磁波频谱中占有很特殊的位置。

由于起所处的特殊位置,亚毫米波具有一系列特殊的性质,在频域上,亚毫米波处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区,处于电子学向光子学的过渡。

它的量子能量很低,信噪比很高,频率极宽。

它覆盖各种蛋白质在内的大分子的转动和振荡频率。

因此,在学术上有很重要的学术价值,在科学技术上及工业上有很多很诱人的应用:如信息科学方面的超高速成像信号处理,大容量数据传输;材料处理,分层成像技术,生物成像;等离子体聚变的诊断;天文学及环境科学等。

而且在国防上也有着及其重要的应用前景。

2 三倍频器的设计2.1 总体方案本方案采用标准波导输入,通过悬置微带探针过渡,接低通滤波器,在低通滤波器末端接输入匹配段,后接同向并联的二极管对,之后输出结构为悬置微带到标准波导的过渡。

方案框图如下:图1 总体方案图2.2 传输线和介质基片的选择由于本倍频器工作的频率达到220GHz,故传输线采用悬置微带线,其电磁场的大部分集中在空气中,因而其有效介电常数接近于1,使其电参数与空气线的电参数接近,接近于无色散特性;而且介质的损耗大大减小了,故具有比微带线更高的Q值(500~1500),而且此传输线可实现很宽范围的阻抗值,这样利于阻抗匹配。

[2]另外,为抑制由不连续带来的高次模,要仔细选择腔体的大小。

左手非线性传输线三倍频器设计

左手非线性传输线三倍频器设计

左 手 非 线 性 传 输 线 三 倍 频 器 设 计
夏 莹
江苏常州 2 1 3 1 6 4 ) ( 常州信息职业技术学 院电子与 电气工程 学院

要: 非线性传输线通 常用来 实现谐 波产生和脉冲形成 。利用左手非线性传输线 的谐 波产生特 性 , 设计 仿真 了 1 0 0 MHz 的
De s i g n o f Le f t - h a n d e d No n l i n e a r Tr a n s mi s s i o n Li n e s Tr i p l e r
X I A Ym
( S c h o o l o f E l e c t r o n i c a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r 吨, C h a n g z h o u C o l l e g e o f I n f o r ma t i o n T e c h n o l o g y , C h a n g z h o u 2 1 3 1 4, 6 C h i n a )
周 期长 、 调 试难 度大 。
高 的频率 , 通 常 比直 接 产 生 这 些 频 率 更 容 易 、 更 方 便, 而且 不需 要 多个 频 率 源 。晶体 振 荡 器 的振 荡 频
率最 高 只能 达到 2 0 0~3 0 0 MHz , 必 须 通 过倍 频 器 进
因此 , 本文 以左 手 非 线性 传 输 线 ( L H NL T L) 倍 频 技术 为理 论 基础 , 研究了 1 0 0 MHz 正 弦信 号 三倍 频 器 的实现 。该 方法 具有 尺 寸小 、 结构 简单 、 调 试 容
第1 3卷 第 1 期 2 0 1 4年 2月

倍频器电路设计

倍频器电路设计

倍频器电路设计
倍频器电路设计需要考虑以下几个方面:
1.输入频率和倍频系数:倍频器电路的输入频率和倍频系数是设计的基础,需要根据实际需求来确定。

2.电路结构:倍频器电路可以采用不同的结构,如RC 振荡器、LC振荡器、石英晶体振荡器等。

不同的结构具有不同的特点,需要根据实际需求来选择。

3.滤波器设计:倍频器电路中的滤波器用于滤除不需要的谐波和噪声,保证输出信号的纯净度。

需要根据实际需求来设计滤波器的类型和参数。

4.放大器设计:倍频器电路中的放大器用于放大输出信号,提高信号的幅度和功率。

需要根据实际需求来设计放大器的类型和参数。

5.相位检测和调整:倍频器电路中的相位检测和调整用于保证输出信号的相位与输入信号保持一致。

需要根据实际需求来设计相位检测和调整电路。

在具体设计过程中,可以采用以下步骤:
1.确定输入频率和倍频系数,选择合适的电路结构。

2.设计滤波器,滤除不需要的谐波和噪声。

3.设计放大器,放大输出信号的幅度和功率。

4.设计相位检测和调整电路,保证输出信号的相位与输入信号保持一致。

5.整体调试,检查各部分的工作状态,确保电路的稳定性和可靠性。

要注意的是,倍频器电路设计涉及到多个领域的知识,需要综合考虑各种因素,包括电路原理、电子元件、电路板设计等。

因此,在进行倍频器电路设计时,需要具备扎实的电子技术基础和丰富的实践经验。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

西安航空学院
高频电子线路课程设计题目: 3倍频器电路设计
专业班级:电信1431 学号: 46 学生姓名:**
指导教师:
教师职称:
起止时间: 2012.12.29——2013.1.6 课程设计(论文)任务及评语
目录
第一章倍频器工作原理分析 0
1.1工作原理 0
1.2晶体管倍频原理电路、工作状态及其特点 (1)
第二章丙类倍频器功效分析 (3)
第三章三倍频器的主要质量指标 (6)
3.1 变频增益 (6)
3.2 失真和干扰 (6)
3.3 选择性 (6)
3.4噪声系数 (6)
第四章电路设计与仿真 (7)
第五章设计分析与总结 (9)
参考文献 .................................................. 错误!未定义书签。

第一章 倍频器工作原理分析
1.1工作原理
倍频器(Frequency double )是一种输出频率等于输入频率整数倍的电路,用以提高频率,如下图所示的例子。

图1.1倍频器的应用
采用倍频器以下优点:
发射机的主振频率可以降低,这对稳频是有利的。

因为振荡器的频率越高,频率稳定度就越低。

一般主振频率不宜超过5MHz 。

因此,发射频率高于5MHz 的发射机,一般宜采用倍频器。

在采用石英晶体稳频时,振荡频率越高,石英晶体越薄,越易震碎。

一般来说,最薄的石英晶体的固有振荡频率限制在20MHz 以下。

超过这一频率,就宜在石英振荡器后面采用倍频器。

如果中间级既可以工作在放大状态,也可以工作于倍频状态,那么就可以在不扩展主振波段的的情况下,扩展发射机的波段。

这对稳频是有利的,因为振荡波段越窄,频率稳定度就越高。

倍频器的输入与输出不同,因而减弱了寄生耦合,使发射机的工作稳定性提高。

如果是高频或调相发射机,则可采用倍频器来加大频移或相移,亦即加深调制度。

在超高频段难以获得足够的功率,可采用参量倍频器将频率较低、功率较大的信号转变为频率较高、功率亦较大的输出信号。

倍频器按其工作原理可分为三类。

一类是和丙类放大器电流脉冲中的谐波经选频回路获得倍频。

第二类是利用模拟乘法器实现倍频。

第三类是利用 PN结电容的非线性变化,得到输入信号频率的谐波,经选频回路获得倍频,称为参量倍频器。

当工作频率为几十MHz时,主要采用三极管丙类倍频器,而当工作频率高于1000MHZ时,主要采用变容二极管、阶跃二极管构成的参量倍频器。

乘法器构成的倍频器主要受乘法器的上限工作频率的限制。

本次设计的3倍频器电路是一种主要采用丙类功率放大器的晶体管倍频器,即丙类倍频器。

其原理图如图1.2所示。

图1.2丙类倍频器
1.2晶体管倍频原理电路、工作状态及其特点
(一)电路:与丙类谐振功放相似,不同点在于LrCr谐振在
(二)工作状态:
(1)应工作在欠压或临界状态
(2)一般不工作在过压状态的原因:
a)需很大的激励功率,使功率管增益明显下降
b)晶体管进入饱和区输出阻抗明显降低,致使下降,严重影响滤波能力
(三)特点:
(1)谐振在nωs上,n不宜过大,否则电流太小
(2)LC 选频网络选出nωs分量,滤除大于或小于nωs的分量,要求滤波条件苛刻。

(3)n一般采取2或3,不宜过大,否则会导致:
若可能导致B-E结击穿;
若,LC回路难以选择,所以n一般为2或3。

(四)电路:
(1)高的倍频可以用n个二倍频或三倍频电路级联
(2)采用推挽电路:
a)若输出电流差分,可实现奇数倍频
b)若输出电流之和,可实现偶数倍频
第二章丙类倍频器功效分析
图2.1丙类功率放大器工作原理图
图2.1是一个丙类功率放大器原理图
在丙类工作时 ,晶体管集电极电流脉冲中含有丰富的谐波分量。

如果把集电极谐振回路调谐在二次谐波或三次谐波频率上。

那么,放大器只有二次谐波电压或三次谐波电压输出。

这样的丙类放大器就成为二倍频器或三倍频器。

倍频器的输入、输出电压瞬时值可写为
而晶体管极间瞬时电压可写成为
式中 ,为回路两端的n次谐波电压振幅。

利用高频功率放大器的分析结果 ,n次倍频器输出的功率和效率为
式中
由余弦脉冲分解系数可知 ,无论导通角为何值,均小于,也就是在同样条件下,丙类倍频器的输出功率都低于丙类放大器的输出功率和效率。

为了提高输出功率和效率 ,丙类倍频器在导通角的选取上,必须满足
=120/n因为n=2时,=60°,=0.536为最大值;有n=3时,=40°·=0.276为最大值。

所以,三倍频器的应取40°。

这样,对应的输出功率和效率达最大。

这时与=120°时的放大器输出功率相比较有:
=0.52
=0.35
由此可见,在采用最佳通角值的情况下,二次倍频器的输出功率只能约等于它作为放大器时的1/2,三次倍频器的输出功率只能约等于它作为放大器时的1/3。

同样由效率公式可以推出它的效率也随着倍频次数n的增加而下降。

由以上的讨论可见,随着倍频次数n的增大,它的输出功率与效率下降。

同时,n越高,最佳的越小。

为了减小,就必须倍频器的基极反向偏压-。

加大后基极激励电压也加大。

对于晶体管电路来说,增加激励电压与偏压,就可能是发射结的反向偏压超过击穿电压。

所以单级丙类倍频器一般只作为二倍频器或三倍频器使用。

若要提高倍频次数 ,可以采用多级丙类倍频器来实现。

第三章三倍频器的主要质量指标
3.1 变频增益
二倍频器输出电压振幅
V im与高频输入信号电压振幅V sm之比,成为变频电压增益或变频放大倍数,表示如下:
变频电压增益
V
V A
sm
im vc
=
另一种表示方法为:
P
P A pc
s
i 高频输入信号功率
更高频输出信号功率
=
显然,边频增益高对提高接收机的灵敏度有利。

3.2 失真和干扰
失真有频率失真和非线性失真。

由于非线性还会产生组合频率、交叉调制与互相调制、阻塞和易倒混频干扰。

这些是二倍频器产生的特有干扰。

3.3 选择性
接收有用信号,排除干扰信号的能力决定于高频输出回路的选择性是否良好。

3.4噪声系数
二倍频器的噪声系数对接收设备的总噪声系数影响很大,应尽量低。

这就要求很好的选择所用器件和工作点电流。

第四章电路设计与仿真
输入信号为幅值为100mv的正弦交流信号,频率为任务所要求的4MHZ。

经计算变频电路中的电感分别取值1583pH,电容分别取值1F,0.25F。

直流电压为12V,为晶体管集电极提供偏压,滤波电路滤除杂波,使输出稳定。

整体电路如图4.1.
图4.1 3倍频器涉及电路图
将该电路在multisim环境下进行仿真模拟,滤波器显示如图4.2:
图4.2电路仿真结果示波器显示
示波器显示图中,位于上侧的是输出信号,下侧为输入的正弦信号。

由图形可分析知,输入信号为4MHz,输出信号频率为12MHZ,达到了3倍频的设计参数要求,输出图形没有较明显的失真,基本满足了设计要求。

第五章设计分析与总结
本次设计的要求是设计一个3倍频器电路,即输出信号频率是输出信号频率的3倍。

在晶体管倍频器和参数倍频器中选择栏晶体管倍频器。

晶体管倍频器以晶体管放大电路为基础组成频率放大电路。

其中包含了倍频电路与滤波电路,分别进行频率放大与频率选择。

电路中以12V直流电源为晶体管提供集电极偏压,电容与电感的参数值均为计算所得。

总体电路设计完成之后,在仿真模拟,调试校正,调得最佳状态。

从图中解析,输出信号达到了12MHZ,是输入信号的3倍,达到了设计要求,幅值增益与衰减也在允许范围内,基本符合了设计任务的要求。

但是,仿真结果中,输出信号出现了类似于振荡的失真与衰减,经调整参数后仍无法消除。

分析后认为,可能是由于晶体管的静态工作点不够理想所致,应设法予以减小。

元件清单。

相关文档
最新文档