微波倍频器
微波放大器的工作原理
微波放大器的工作原理微波放大器是一种用于放大微波信号的电子器件。
它在通信、雷达、卫星通信等领域中起着重要作用。
本文将介绍微波放大器的工作原理，包括其基本概念、结构和工作过程。
微波放大器是一种特殊的放大器，用于放大高频率的微波信号。
微波信号是指频率范围在300MHz到300GHz之间的电磁波。
微波放大器的工作原理可以归结为两个关键过程：放大和稳定。
放大是微波放大器最基本的功能。
微波放大器通过增加微波信号的幅度来放大信号。
在微波放大器中，放大是通过电子器件中的电子流来实现的。
常用的微波放大器包括晶体管放大器、行波管放大器和半导体放大器等。
这些放大器都能够将微波信号的功率增加到较高的水平，以便与其他设备进行通信或探测。
稳定性是微波放大器的另一个重要特性。
微波放大器需要保持其输出信号的稳定性，以确保信号的准确传输和处理。
稳定性是通过微波放大器中的反馈机制来实现的。
反馈机制可以控制微波放大器的增益和频率响应，以保持输出信号的稳定性。
这种反馈机制可以通过电子器件中的各种电路和元件来实现，例如反馈电路、滤波器和稳压器等。
微波放大器的结构通常由输入端、输出端和放大器核心组成。
输入端负责接收微波信号，输出端负责输出放大后的信号。
放大器核心是实现放大的关键部分，通常由电子器件和电路组成。
微波放大器的结构设计要考虑信号的传输损耗、噪声和稳定性等因素，以确保放大器的性能和可靠性。
微波放大器的工作过程可以概括为以下几个步骤。
首先，输入端接收到微波信号，并将其传输到放大器核心。
放大器核心根据信号的特性进行放大操作，增加信号的幅度。
然后，放大后的信号从输出端输出，并传输到下一个设备或系统中。
在这个过程中，微波放大器需要保持信号的稳定性，以确保信号的准确性和可靠性。
微波放大器是一种用于放大微波信号的重要电子器件。
它通过放大微波信号的幅度和保持信号的稳定性来实现信号的传输和处理。
微波放大器的工作原理涉及到放大和稳定两个关键过程，其中放大是通过电子器件中的电子流实现的，稳定是通过反馈机制实现的。
倍频器基本原理
倍频器：利用非线性电路产生高次谐波或者利用频率控制回路都可以构成倍频器。
倍频器也可由一个压控振荡器和控制环路构成。
它的控制电路产生一控制电压，使压控振荡器的振荡频率严格地锁定在输入频率f1的倍乘值f0=nf1上。
倍频器有晶体管倍频器、变容二极管倍频器、阶跃恢复二极管倍频器等。
用其他非线性电阻、电感和电容也能构成倍频器，如铁氧体倍频器等。
非线性电阻构成的倍频器，倍频噪声较大。
这是因为非线性变换过程中产生的大量谐波使输出信号相位不稳定而引起的。
倍频次数越高，倍频噪声就越大，使倍频器的应用受到限制。
在要求倍频噪声较小的设备中，可采用根据锁相环原理构成的锁相环倍频器和同步倍频器。
但是，这类倍频器线路比较复杂，倍频次数一般不太高，而且还可能出现相位失锁等问题。
应用：微波振荡器的频率稳定度不太高，在几十兆赫至百兆赫的晶体振荡器后面加上一级高次倍频器，可以获得具有晶振频率稳定度的微波振荡。
另外，多级倍频器级联起来，可以使倍频次数大大提高。
例如，二倍频器和三倍频器级联可产生六次倍频，m级N倍频器级联，总倍频次数为Nm。
不过，倍频级数增加，倍频噪声也加大，故倍频上限仍受到限制。
晶体管倍频器：电路与调谐放大器相似，但晶体管工作点通常置于伏安特性的截止区，输出回路则调谐在输入频率的n次谐波上。
由于晶体管仅在输入电压正半周的部分时间内导通，其集电极电流为一含有输入信号基频和各次谐波的脉动电流。
利用调谐于f0=nf1的回路的选频作用，倍频器即可输出所需频率。
为使输出信号幅度足够大，这种倍频器的倍频次数较低，一般n=3～5。
n增大输出幅度将显著减小。
这种倍频器的优点具有一定功率增益。
变容二极管倍频器：负偏置的变容二极管D接于输入和输出回路之间。
由L1C1构成的高Q滤波器只容频率为f1的输入信号在左边回路产生电流i。
由于变容二极管的非线性特性,二极管的端电压含有基频f1和2f1，…,nf1等谐波频率。
在输出端由于高Q带通滤波器的作用，因而只有频率为nf1的成分能够通过右边回路,并向负载输出有用的谐波功率。
第五章微波倍频器
技术领域的应用也很广泛。
阶跃恢复二极管特性
v P+ 掺杂浓度 (cm3) 1019 i 普通 极管 普通二极管 t (b) 10
15
N
N+ t 约 0.7m (a)
x 1019
i
tS 阶跃二极管 t tt
(c)
SRD的杂质分布图
普通二极管和SRD电流波形比较
阶跃 极管的 要电参数 阶跃二极管的主要电参数
阶跃时间 tt ：阶跃管的反向电流Ir从0.8 Ir降至0.2 Ir所需的 时间——阶跃管获得高次倍频的关键参数； 阶跃管获得高次倍频的关键参数 tt越小，高次谐波越丰 越小 高次谐波越丰 富，倍频效率越高。 上限频率f上：阶跃时间的倒数即f上=1/ tt ； 少数载流子寿命 ：停止注入后，少数载流子的平均存在 时间，它定义为少数载流子浓度减少到初始值的1/e所经 历的时间。也可采用储存时间ts来等效。储存时间ts定义为电压开
Vou ut(mV) 1 平方律
输出饱和特性—— 动态范围—— 烧毁能量——
0.1
检波器饱和特性
60 40 0 20 Pin(dBm) 20 40
承上——
常用的几种检波器电路结构 1）高灵敏度窄带检波器：带宽小于 ）高灵敏度窄带检波器 带宽小于10％，高灵敏度和低驻波比。 ％ 高灵敏度和低驻波比 3)多倍频程检波器 ¼ì²¨ ¹Ü 检波管 A 2）宽带检波器
(c) 封装管的简化等效电路
变容二极管的等效电路
表征变容管性能的静态电参数
损耗电阻 Rs ：管子的损耗， ：管子的损耗，一般在 般在1Ω左右。 反向击穿电压VB ：一般定义为反向电流达1µA时的反偏电 压值。它限制了二极管的激励电平，一般适用范围在VB ≤v≤ 之内。 功率容量 ：为了提高变容管的功率容量，应提高其击穿电 压 降低热阻 压、降低热阻。 结电容 Cj ：对任意杂质浓度分布的PN结，其结电容是外 加电压的函数 其关系如下： 加电压的函数，其关系如下： V m1 V 2 C j C j (0)(1 ) C j (0)(1 )
微波放大器工作原理
微波放大器工作原理
微波放大器是一种能将微波信号增大的电子设备。
它的工作原理基于放大器中的三个关键元件：激励源、放大器和负载。
激励源是提供输入信号的部分，常用的有信号发生器或微波信号源。
激励源将微波信号送入放大器中。
放大器是微波放大器的核心部分。
它负责将输入信号增强。
微波放大器通常采用固态放大器或管子放大器。
固态放大器通常使用半导体材料，如晶体管或场效应晶体管。
管子放大器则使用电子管进行放大。
无论是固态放大器还是管子放大器，它们的基本原理都是利用电子元件的特性，对微波信号进行放大。
放大器的增益决定了输出信号相对于输入信号的增强倍数。
增益是放大器的一个重要参数，它表示了放大器能够增大输入信号的能力。
增益越高，放大器的放大效果越好。
为了实现高增益，微波放大器通常采用有源元件（如晶体管或电子管）和反馈网络。
有源元件负责提供放大的能量，而反馈网络则用于调整增益和频率响应。
最后，负载是微波放大器的输出部分。
它接收放大器输出的信号，并将其转化为其他形式的能量，如声音、光信号等。
负载的特性会影响放大器的性能，因此选择合适的负载是非常重要的。
综上所述，微波放大器的工作原理是通过激励源提供输入信号，放大器利用电子元件的特性对信号进行放大，最终将放大后的
信号送入负载进行转化。
通过调整放大器的增益和频率响应，微波放大器能够实现对微波信号的精确放大。
《微波电子线路(第二版)》第4章 微波上变频器与倍频器
2) 实际中，阶跃管在大信号交流电压的激励下，电容的开关状态在外电压由 正半周到负半周的转变时刻不发生转换。
图 2-42 正弦电压激励下 阶跃管的电流、电压波形
(1) 大信号交流电压正半 周加在阶跃管上时， 如
图2-42所示，处于正向 导通状态，阶跃管相当
于一个低阻，阶跃管的 端压u箝位于PN结接触
fc
U dc
2πCj
1
U dc
RS
(2-71)
静态截止频率也是直流偏压Udc的函数。变容管在出厂时会给定对应于不同 偏压U的结电容Cj(Udc)和品质因数Q(Udc)。品质因数可以写为：Q(Udc)=fc(Udc)/f， 工作频率
一定时，要得到高品质因数，必须选用截止频率高的变容管。
由于结电容是偏压的函数，一般以零偏压时的fc(0)及Q0作为比较变容管的参
显然，结电容Cj 是有效参数，其他 都是寄生参量。
3. 变容管的特性 重掺杂突变P+N结的势垒电容Ct就是变容管的结电容Cj。
根据式(2-27)，势垒电容表示为
Ct
A r 0
A r 0
1
2 r
q
0
1 ND
U
t
2
Cj
(2-58)
结上的电压Ut=Φ－U，Φ是PN结接触电势差，U是PN结上 外加电压。对此式变换可得
64)，可求得C0和 。 图2-38和图2-39表示 Cn
和
特性曲线。可
以看出，在同样C的j(CU泵0dc浦) 激p励下，C1 使p用突变结比使用线性缓变结可以得到更大的
电容调制系数，结电容的变化范围更大，故采用突变结变容管更有利于微波电
路设计。
图 2-38
C0 p 特性曲线 Cj (U dc )
倍频器原理
倍频器原理
倍频器原理：
倍频器是一种电子设备，它能将输入的信号放大或压缩，并产生出一个频率比输入信号高或低的输出信号。
它是一种常用的电子设备，在很多领域都有广泛的应用。
倍频器可以分为三类：单相倍频器、双相倍频器和多相倍频器。
单相倍频器由一个开关构成，它的作用是用单个调制信号来激励一个电感，使其达到一定的频率。
双相倍频器由两个开关构成，它们的作用是用不同的调制信号来激励一个电感，从而使其达到不同的频率。
多相倍频器由多个开关构成，它们的作用是用不同的调制信号来激励一个电感，使其达到多个不同的频率。
倍频器的基本原理是运用电磁感应原理，当电流通过电感时，会产生感应电流，这种感应电流会受到调制信号的控制，从而改变电流的频率，从而实现放大或压缩。
倍频器的应用非常广泛，它可以用于放大小规模的信号，也可以用于处理更大规模的信号，如电信、广播和电视等。
此外，倍频器还可以用于无线电通信和微波通信，用于改变信号的频率以实现数据传输等。
此外，倍频器还可以用于定频电路中，用于产生一个精确的频率，从而控制电路的频率。
例如，它可以用于摄像机的快门控制，用于实现定时触发拍摄。
总之，倍频器是一种重要的电子设备，它可以用于放大信号，调节频率，处理信号以及实现定时控制等多种用途。
倍频器
摘要摘要W波段是目前军用毫米波技术开发的高端，频率源是W波段高频系统实现的重要部分。
倍频器是实现毫米波频率源的一种重要方式,随着倍频器的发展和应用，倍频器方面的研究也不断地深入，如今倍频技术已经发展到一个新的阶段。
本文对W波段三倍频器进行了设计、仿真。
采用两个二极管反向并联的结构实现三次倍频的方案，这种平衡倍频电路结构能够将输入频率的偶次谐波抵消掉，从而大大降低电路中的杂波量。
本文运用ADS软件建立二极管对模型并且进行匹配电路的设计，运用HFSS软件对W波段三倍频器的滤波电路和过渡转换电路进行了仿真设计，然后把S参数仿真结果导入到ADS软件中,采用谐波平衡法对W 波段三倍频器的整体电路进行仿真和优化以获得最大倍频效率。
经仿真，W频段宽带三倍频器基本达到设计要求。
变频损耗在15dB以下，谐波抑制度基本20dBc以上。
关键词：毫米波、倍频器、低通滤波器、W频段三倍频IABSTRACTABSTRACTMultiplier is one important way to realize the millimeter-wave frequency source. Following the application and development of multiplier device and circuit, the research of multiplier theory is increasing. Today frequency multiplying technology has reached a new level.Firstly W-band frequency tripler has been designed, and simulation. Diodes which constitutes anti-parallel pairs structure was used to realize the frequency tripler. Balanced Frequency tripler can suppress the even-order harmonics so effectively that the amount of clutter has been greatly reduced. In this paper, The model of diode pairs was modeled and impedance matching networks was designed in Agilent ADS. Filter circuit and transition circuit of W-band frequency tripler have been simulation designed in the HFSS, and then import simulated S-parameters into ADS software. Finally, harmonic balance analysis was used to optimize the entire circuit for maximum multiplication efficiency.By the simulation, the W band tripler almost reaches the requirement of the project. the microstrip multiplier performance is better in entire W-band with multiplier loss 15dB and harmonic suppress above 20dBc.Key word: millimeter wave, multiplier, lowpass filter, W-band tripler.II目录目录第一章引言 (1)1.1毫米波的特点及应用 (1)1.2毫米波倍频器介绍 (2)1.3毫米波倍频器的国内外发展动态 (3)1.4课题介绍 (4)第二章倍频电路的基本理论 (5)2.1倍频原理 (5)2.2非线性电路的分析 (6)2.3平衡倍频器电路设计原理[11] (8)第三章毫米波三倍频器的设计 (10)3.1概述 (10)3.2关键技术和难点 (10)3.3倍频器的研制方案和设计框图 (11)3.4二极管的选择及参数介绍 (12)3.5波导-微带过渡 (13)3.5.1 理论基础 (13)3.5.2 输入波导到微带线探针过渡的设计仿真 (14)3.5.3 输出微带到波导线探针过渡的设计仿真 (16)3.6低通滤波器的设计 (18)3.7总体电路的仿真 (20)3.7.1 第一种电路形式的仿真 (20)3.7.1.1二极管对的输入阻抗及匹配电路 (20)3.7.1.2 加入无源电路进行总体仿真 (22)3.7.2第二种电路形式的设计及仿真 (26)3.7.2.1 二对二极管对的输入阻抗及匹配电路 (26)3.7.2.2 加入无源电路进行总体仿真 (28)3.7.3第三种电路形式的设计及仿真 (30)III电子科技大学学士学位论文3.7.3.1 二极管对的输入阻抗及匹配 (30)3.7.3.2偏置电路的设计 (30)3.7.3.3 加入无源电路进行总体仿真 (31)3.9三种结构的仿真结果分析 (34)第四章结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)外文资料原文 (40)外文资料译文 (45)IV第1章引言第一章引言1.1毫米波的特点及应用毫米波一般指的是波长介于1~10mm的一段电磁波频谱，其相应的频率范围为30~300GHz。
微波放大器工作原理
微波放大器工作原理
微波放大器是一种专门用来放大微波信号的电子器件，它通常由射频（Radio Frequency，RF）信号源、微波输能装置和微波增幅元件等部分组成。
微波放大器的工作原理可以简单概括为：
1. 输入信号源提供射频信号：微波放大器的输入通常连接到一个射频信号源，该信号源提供待放大的微波信号。
输入信号源可以是一个外部的射频源，也可以是微波电路中的其他元件产生的微波信号。
2. 射频信号经过微波输能装置：输入的射频信号将通过微波输能装置，如传输线、波导等，将信号传递到微波增幅元件。
3. 微波增幅元件放大射频信号：微波增幅元件是微波放大器中的核心部分，它通常采用一种受激辐射过程来放大微波信号。
最常见的微波增幅元件是双极性晶体管（Bipolar Junction Transistor，BJT）和金属半导体场效应管（Metal-Semiconductor Field Effect Transistor，MESFET）等。
在这些元件内部，通过控制输入信号和直流偏置电压，可以使微波信号得到放大。
4. 放大后的信号输出：经过微波增幅元件放大后的信号将被输出到微波放大器的输出端口，供后续的信号处理或使用。
微波放大器主要通过微波增幅元件的放大作用将输入的微波信
号放大到更高的功率水平上，使信号可以被远距离传输或用于驱动其他微波器件。
同时，微波放大器还需要具备一定的线性度、稳定度和抗干扰能力，以保证输出信号的质量和稳定性。
倍频器原理分析范文
倍频器原理分析范文倍频器（Frequency Multiplier）是一种用于将输入信号的频率倍增的电路。
它常被用于无线电通信、雷达、测量仪器等领域。
倍频器的工作原理主要基于非线性元件的特性，将输入信号进行整流、非线性放大和滤波处理，从而产生倍频信号。
一般来说，倍频器可以分为有源倍频器和无源倍频器两类。
有源倍频器主要采用非线性放大器（如晶体管、放大管等）实现倍频功能。
具体工作原理如下：1.输入信号整流：输入信号经过整流电路之后，将负半周的信号转变为正半周的信号。
整流电路一般采用二极管或其它非线性元件。
2.非线性放大：整流之后的信号会经过非线性放大器。
非线性放大器具有非线性IV特性，可将输入信号的幅度放大。
3.选择性滤波：放大后的信号含有一定的谐波成分，需要通过滤波器将不需要的谐波滤除。
常见的选择性滤波器有陷波器、带通滤波器等。
4.输出信号：经过滤波之后，输出的信号频率是输入信号的倍频。
无源倍频器主要利用非线性元件本身的特性实现倍频功能，无需额外的电源。
具体工作原理如下：1.非线性元件：无源倍频器可采用二极管、倍频晶体等器件作为非线性元件。
这些非线性器件在特定工作点附近的特性曲线比较陡峭，表现出二次谐波或更高阶谐波的放大特性。
2.频率调整：通过调整输入信号的频率和幅度以及非线性器件的工作点，使其在非线性特性曲线的陡峭区域产生倍频现象。
3.选择性滤波：与有源倍频器一样，无源倍频器也需要使用滤波器去除不需要的谐波成分。
无论是有源倍频器还是无源倍频器，在设计中都需要考虑非线性元件的工作点稳定性、谐振频率、谐波抑制等问题。
实际应用中，倍频器常常被用作频率合成器、频率转换器等。
例如，在无线电通信中，可以通过倍频器将低频信号转换成高频信号以便传输；在雷达中，倍频器可以将雷达信号的频率倍增以增加探测精度等。
然而，倍频器也面临一些问题，例如对输入信号的幅度、频率、相位等参数要求较高，且非线性元件带来的谐波等噪声可能影响倍频器的性能。
倍频器和上变频器
倍频器可分为有源倍频器和无源倍频器，有源倍频器 需要外部电源供电，而无源倍频器则不需要。
倍频器的工作原理
工作原理
倍频器通过非线性元件将输入信号转 换为谐波信号，然后从众多谐波信号 中选择所需的频率进行放大，最终输 出所需的倍频信号。
电路组成
性能指标
倍频器的性能指标包括倍频次数、输 出功率、相位噪声、杂散抑制等。
倍频器和上变频器
• 倍频器简介 • 上变频器简介 • 倍频器和上变频器的比较 • 倍频器和上变频器的技术发展 • 倍频器和上变频器的实际应用案例
01
倍频器简介
倍频器的定义
定义
倍频器是一种电子设备，用于将输入信号的频率加倍， 产生输出信号。
原理
倍频器通过非线性元件实现输入信号的频率倍增，通 常使用晶体管或二极管等非线性元件。
成熟阶段
20世纪中叶，随着电子技术的快速发展，倍频器和上变频器技术逐 渐成熟，广泛应用于卫星通信、电视广播等领域。
现代阶段
进入21世纪，随着数字信号处理和微电子技术的进步，倍频器和上变 频器技术不断创新，具有更高的性能和更低的功耗。
当前的技术水平
高效率
现代倍频器和上变频器技术能够 实现高效率的频率转换，有助于
雷达系统
上变频器用于将低频的雷 达信号转换为高频信号， 以提高雷达的探测距离和 分辨率。
电子对抗系统
上变频器用于将低频的干 扰信号转换为高频信号， 以干扰敌方雷达和通信系 统。
03
倍频器和上变频器的比较
工作原理的比较
倍频器
倍频器是一种电子设备，可以将输入信号的频率加倍，产生更高频率的输出信号。其工作原理基于非线性元件的 特性，通过非线性元件将输入信号的能量转换为更高频率的信号。
- 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、"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、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)。
2次 倍频 400MHz
3次 倍频 1.2GHz
X波段 8倍频
滤波器 放大器
X波段 隔离器
13dBm 9.6GHz
-115dBc/Hz@10kHz
6
毫米波低相噪锁相源实现方案
(M) 谐波混频器
f
LO LO
毫米波
VCO
RF
f’LO=MfLO
f RF
倍频器
f
LO
(M)
fm=fRF-f’LO LLO = LLO+20lgM
如何理解？！
变容管电荷-电压为平方律关系，只能产生 二次谐波分量，不能产生高次谐波分量！
25
一、电抗性倍频器
欠激励
全激励
过激励
26
一、电抗性倍频器
27
一、电抗性倍频器
3、阶跃恢复二极管倍频器
28
二、电阻性倍频器
利用正向偏置的肖特基势垒二极管的非线性 较宽的带宽；稳定性高；倍频效率相对较低
Pm 1 m Pm 0 P m2 m 1
f
n
带通滤波器
nf
激励信号 带通滤 波器
f f0 2 f0 3 f0 4 f0 5 f0 6 f0
16
倍频器的应用和特点
具有良好功率、频率稳定性和相位噪声的频率较
低的信号源掌握频率源的核心参数
倍频器
功率放大器
更高频段的信号源
最高可以达到 THz量级 （1012）
17
倍频器的关键指标
波形纯度：
所需频谱幅度与杂波频谱幅度之比
N=f0/fd ——分频比
f0 ——输出频率
fd ——鉴相频率
Lfloop (1Hz)——1Hz带宽内的鉴相器噪声基底
5
锁相上变频的一个应用方案设计
-115dBc/Hz@10kHz
100MHz 晶 振 倍 频获得一个低相 噪的X波段本振 锁相上变频获得 偏 差 360MHz 的 另一个X波段本 振 由 于 对 360MHz 锁相，降低了鉴 相频率，相噪比 直接X波段锁相 低20dBc/Hz
频率分辨率不高；
电路结构复杂，体积大。
3
（2）锁相频率合成（PLL-Phase locked loop）
能够跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统。现在最 常用的结构是数摸混合的锁相环，即数字鉴相器、分频器、 模拟环路滤波和压控振荡器的组成方式
优点：相噪低； 杂散抑制好； 输出频率较高；易于集成。 缺点：频率切换速度慢； 频率分辨率一般
会出现什么现象？
7
（3）直接数字频率合成（DDS－Direct
Digital Synthesizer）
利用数字方式累加相位，再以相位和作为地址来查询 正弦函数表得到正弦波幅度的离散数字序列，最后经D/A 变换得到模拟正弦波输出
为大多数先进的微波系统采用 • 各种跳频通讯设备 • 雷达探测系统
• 电子对抗系统
LO m
f
m
• Lm远大于LLO ： 锁相中频相噪主要反映了毫米波源贡献，LRF=Lm
• Lm远小于LLO ：
毫米波相噪和微波本振M次倍频相噪相当、并实现相噪抵消，LRF ≈ LLO
• Lm约等于LLO ：
毫米波相噪对锁相中频贡献最小，LRF < Lm
当 Lm＝LLO 时，
结论：采用低相噪微波本振
10
DDS输出频谱
需要的输出频点
11
DDS面临的主要问题及应对措施
DDS本身的工作频率上限较低，无法满足工程应用。因此 常结合其它手段扩展频率，如，倍频、锁相、上变频等 直接倍频：面临的最大问题是杂散的恶化（按20lgN）； 在宽带倍频中（DDS的相对带宽很宽），还可能遇到其 它次谐波落入工作带内，引起信号干扰 结合锁相（PLL）：DDS仅提供PLL的参考信号，利用 PPL的跟踪环路滤波作用可大大抑制近边带杂散，同时 实现锁相倍频，但跳频过渡时间变长 上变频：可将DDS的输出频率搬移到更高的微波频段。 往往先将DDS的输出频率结合PLL倍频到微波频段后才 行，否则，无法提取纯净的上倍频信号
4
（2）锁相频率合成（PLL-Phase locked loop）
相噪与鉴相频率、鉴相器噪声基底和输出频率或分频 比的关系（前提：参考源的相噪足够低） L(1Hz) =Lfloop (1Hz) +20lgN＋10lgfd =Lfloop (1Hz) +20lgf0－10lgfd = Lfloop (1Hz) +10lgN＋10lgf0 Lfloop (1Hz)为负值
12
DDS＋PLL技术的扩频方案
LPF fD BPF fD
fLO ... 0 fP1 fPLL fPN
f1 N fD ... fo BPF
DDS提供一定带宽(fD)的频率输出(fD)，由第一个上变频本振 将频率抬高( f1 = fLO + fD )；再经过PLL本振( fPLL)将频率搬移 到微波频段( fo= f1+ fPLL )。PLL本振源的频率可通过微机控制 分频比，实现N个fD 步进频率点，因此，整个微波输出频率 带宽为： fo= NfD——实际带宽为N倍的DDS工作带宽
Pnm P n m
m
P
0m
0m
0
P
m 1
0m
0
m2
P
P01
1、忽略变容管的电阻损耗； 2、除n次谐波外的所有谐波信 号都接电抗性负载； 理论倍频效率达到100%
P0 m 1 100% P01
24
一、电抗性倍频器
2、变容管倍频器
高次谐波不会产生电压，除非允许低次谐波电流流过
1、门雷-罗威关系（Manley-Rowe）
描述：泵浦电压 和 信号电压 作用于非线性
电抗元件上的非线性变频作用
nf1 mf 2
22
一、电抗性倍频器
无耗电抗元件，功率守恒条件：
n m
P
nm
0
nPnm mPnm 1 2 0 n m n 1 m 2 n m n 1 m 2
14
第六章 小 结
掌握频率源的核心参数 理解负阻振荡器的工作原理
熟悉常用的几种频率源及其特点和应用
晶体振荡器 基于电真空器件的大功率源 基于半导体器件的固态源
频率源的相位噪声
相位噪声的定义
常用的稳频锁相技术
15
第七章 倍频器
把输入频率f 的正弦波能量通过非线性电容，使其输 出波形发生畸变，产生f 的各次谐波，再用滤波电路把所 需要的谐波能量提取出来送至负载。
工作频率及倍频次数 输出功率 倍频器的变频损耗
所需谐波功率与输入基波功率之比，用百分比表示则 为倍频效率 使倍频器正常工作的最小基波激励功率 一般以输出功率下降3dB的频率变化范围
倍频器的驱动功率
带宽
输入、输出驻波比
Байду номын сангаас
表征倍频器输入、输出端口匹配性能的技术指标
18
倍频器分类
电抗性倍频器 采用变容管（非线性Q-V特性，2~4次倍频）、阶跃 恢复二极管（高次谐波倍频） 损耗小、频率变换效率高（理论上100%） 无倍频增益，且高电平时带宽较窄 电阻性倍频器 利用肖特基势垒二极管正偏置状态下的I-V特性 频率变换效率1/N2 ，适用于低次倍频 带宽较宽 晶体管倍频器 利用跨导传输函数的非线性 具有变频增益 倍频次数受到晶体管截至频率的限制
频率合成技术
整数分频锁相 小数分频锁相
直接数字频率合成技术（DDS） 上述技术相结合的混合技术
2
（1）直接频率合成
直接频率合成器是最早出现的频率合成技术；
利用混频器、倍频器、分频器和滤波器来完成对频率 的四则运算； 采用相关频率技术，采用一个晶体振荡器，通过分频 和倍频后得到。 优点：频率捷变速度快，稳定度高； 缺点：相位噪声随着倍频次数增加而增大； 输出信号杂散较多；
19
倍频器的设计难点
由于二极管和晶体管的非线性 电路中自然产生谐波信号
频谱纯度：
• 相位噪声
• 寄生干扰（杂散） 输出功率电平
20
倍频器的设计难点
倍频器设计的难点
非线性分析 倍频工作点的匹配 稳定性分析 散热的考虑
本章主要研究内容： 倍频器的一般工作原理和特性
21
一、电抗性倍频器
• 测试仪器 • …….
8
常见的DDS芯片实物
f out FCW fC A 2
其中，FCW为频率控制字，A为其位数 A越大，相位增量越小，频率分辨率越高
fc 越大，取样时间增量越小，输出频率越高
AD9850 fc=125MHz A=32bits AD9852 fc=300MHz A=48bits f=1uHz AD9858 fc=1GHz A=32bits f=0.23Hz
窄 发展趋势： 截止频率更高、效率更高的非线性器件（倍频或者放 大），用以获得更高频率的信号源
37
倍频器小结
• 基波注锁谐波提取二次倍频实例
采用GaAs Gunn双端口谐波振荡器实现二次倍频
谐波二次倍频器
Pout(mW)
Pin=2mW
38
四、高次倍频链路
目的：降低高次倍频器的设计难度；
9
DDS的特点
频率分辨率极高：由FCW=1可得分辨率Δf= fc/2A，A达到48位 (AD9852)，使得分辨率极高(微Hz级) 频率捷变很快：FCW的传输时间及以LPF为主的器件响应时间 很短，使得高速DDS系统的频率切换时间可达ns级 变频相位连续：FCW的改变实质是改变相位增长率，而相位 本身保持不变，使得系统有良好的相参性 易于控制、集成和实现功能扩展：改变ROM中存储的数据， 可以实现任意波形输出 杂波抑制差：DDS全数字结构带来了许多优点，但正是由于这 种结构以及寻址ROM时采用相位截断、DAC位数有限决定了 DDS杂波抑制差的主要缺点 输出频率低：受器件速度(特别是DAC)的限制，使得工作时钟 频率fc较低(AD9858:1GHz) 输出相对带宽很宽：0～40%fc (Nyquist带宽限制了DDS的输出 上限)