專(zhuān)利名稱(chēng):一種倍頻方法及倍頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種倍頻方法,同時(shí)還涉及倍頻器,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):
實(shí)現(xiàn)倍頻的方法有多種多樣,但大體上可分為兩類(lèi),一類(lèi)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(lèi)是利用非線(xiàn)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(xiàn)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(lèi)倍頻器較典型的電路有三極管丙類(lèi)倍頻,電流開(kāi)關(guān)倍頻和階躍二極管倍頻。三極管丙類(lèi)倍頻由于輸入信號(hào)相位零點(diǎn)與經(jīng)過(guò)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(kāi)關(guān)倍頻器,通過(guò)零點(diǎn)來(lái)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
本發(fā)明的目的在于提供了一種倍頻方法,方法易行,實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單,減小了相位噪聲,能適應(yīng)較寬輸入頻段,同時(shí)具有高倍頻效率。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供自相關(guān)倍頻器電路,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低廉,輸出信號(hào)相位噪聲小,倍頻效率高。
本發(fā)明的目的是這樣實(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采用不同的電路形式,尖脈沖可以是周期性單脈沖也可以是周期性雙脈沖,尖脈沖的脈寬可窄至8~10納秒,倍頻效率高。
本發(fā)明的目的實(shí)現(xiàn)步驟是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)輸出兩路方波信號(hào)T1和T2,由于T1和T2是由Vf通過(guò)Vo進(jìn)行觸發(fā),所以T1、T2的頻率都等于Vf的頻率,而且它們的相位零點(diǎn)都與Vf緊密耦合在一起;②延時(shí)器(M2)由“與”門(mén)延時(shí)器(2)組成,T2接入延時(shí)器(M2)經(jīng)延時(shí)時(shí)間τ后輸出延時(shí)方波信號(hào)Tτ,延時(shí)時(shí)間τ可以改變并可短至8~10納秒;③邏輯門(mén)相關(guān)器(M3)由“與”門(mén)相關(guān)器(3)組成,T1與T1分別輸入至邏輯門(mén)相關(guān)器(M3)的兩輸入端經(jīng)高速邏輯運(yùn)算后,在邏輯門(mén)相關(guān)器(M3)的輸出端輸出窄脈沖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T2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(xiàn)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。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、在自相關(guān)倍頻方法中,輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)比較器可產(chǎn)生一良好的過(guò)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)倍頻方法中,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)倍頻方法能適應(yīng)較寬頻段,依此方法制成的自相關(guān)倍頻器電路形式多樣、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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為一種倍頻方法方框圖;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(mén)相關(guān)器;M4-選頻放大組件;1-比較器; 2-“與”門(mén)延時(shí)器;3-“與”門(mén)相關(guān)器; 4-濾波器;5-線(xiàn)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)選用MAX913。
*“與”門(mén)延時(shí)器(2)選用74F08。
*“與”門(mén)相關(guān)器(3)選用74F08。
*濾波器(4)、(6)選用200MHzLC濾波器或晶體濾波器。
*線(xiàn)性放大器(5)選用UT0-250。
*功率放大器(7)選用A74-1。
由圖1所示,一種倍頻方法的實(shí)施步驟如下①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)輸出兩路方波信號(hào)T1和T2,由于T1和T2是由Vf通過(guò)Vo進(jìn)行觸發(fā),所以T1、T2的頻率都等于Vf的頻率,而且它們的相位零點(diǎn)都與Vf緊密耦合在一起;②T2接入延時(shí)器(M2)經(jīng)延時(shí)時(shí)間τ后輸出延時(shí)方波信號(hào)Tτ,延時(shí)時(shí)間τ可以改變并可短至8~10納秒;
③T1與T1分別輸入至邏輯門(mén)相關(guān)器(M3)的兩輸入端經(jīng)高速邏輯運(yùn)算后,在邏輯門(mén)相關(guān)器(M3)的輸出端輸出窄脈沖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T2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,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。
一種實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置它包括下列部件由圖2可知,本裝置由比較器(1)、“與”門(mén)延時(shí)器(2)、“與”門(mén)相關(guān)器(3)、濾波器(4)(6)、線(xiàn)性放大器(5)、功率放大器(7)構(gòu)成;根據(jù)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)的兩個(gè)輸出端“Q”與“/Q”分別與“與”門(mén)延時(shí)器(2)、“與”門(mén)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”與“/Q”端分別輸出兩路同步且互相反相的方波信號(hào)T1和T2。
“與”門(mén)延時(shí)器(2)分別與比較器(1)的輸出端“/Q”與相關(guān)器(3)輸入端IN2連接;“與”門(mén)延時(shí)器(2)的作用是將信號(hào)T2延遲τ時(shí)間后輸出延時(shí)方波信號(hào)T1。
“與”門(mén)相關(guān)器(3)分別與比較器(1)的輸出端“Q”、“與”門(mén)延時(shí)器(2)輸出端和濾波器(4)連接;“與”門(mén)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“與”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“與”門(mén)相關(guān)器(3)的輸出為脈寬為τ的尖脈沖且其周期等于輸入信號(hào)Vf的周期。
濾波器(4)分別與“與”門(mén)相關(guān)器(3)和線(xiàn)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(xiàn)性放大器(5)分別與濾波器(4)和濾波器(6)連接;線(xiàn)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(xiàn)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,本方法行之有效,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
1.一種倍頻方法,它包括下列步驟A、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)輸出兩路方波信號(hào)T1和T2,T1和T2是由Vf通過(guò)Vo進(jìn)行觸發(fā),T1、T2的頻率都等于Vf的頻率,相位零點(diǎn)與Vf緊密耦合在一起;B、T2接入延時(shí)器(M2)經(jīng)延時(shí)時(shí)間τ后輸出延時(shí)方波信號(hào)Tt,延時(shí)時(shí)間τ短至8~10納秒;C、T1與Tt分別輸入至邏輯門(mén)相關(guān)器(M3)的兩輸入端經(jīng)高速邏輯運(yùn)算后,在邏輯門(mén)相關(guān)器(M3)的輸出端輸出窄脈沖Tτ,Tτ的脈寬等于延時(shí)時(shí)間τ,Tτ的頻率等于Vf的頻率,Tτ的相位零點(diǎn)與T1和T2緊密耦合在一起;D、窄脈沖Tτ的脈寬τ可窄至8~10納秒,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。
2.一種用于實(shí)現(xiàn)倍頻方法的裝置,其特征在于比較器(1)的兩個(gè)輸出端Q與/Q分別與與門(mén)延時(shí)器(2)、與門(mén)相關(guān)器(3)的輸入端IN1連接;與門(mén)延時(shí)器(2)分別與比較器(1)的輸出端/Q與相關(guān)器(3)輸入端IN2連接;與門(mén)相關(guān)器(3)分別與比較器(1)的輸出端Q、與門(mén)延時(shí)器(2)輸出端和濾波器(4)連接;濾波器(4)分別與與門(mén)相關(guān)器(3)和線(xiàn)性放大器(5)連接;線(xiàn)性放大器(5)分別與濾波器(4)和濾波器(6)連接;濾波器(6)分別與線(xiàn)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。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種倍頻方法及倍頻器,首先是將輸入信號(hào)接入比較器,比較器輸出方波信號(hào);其次是延時(shí)器經(jīng)延時(shí)間后輸出延時(shí)方波信號(hào),延時(shí)時(shí)間可短至納秒;第三是將經(jīng)延時(shí)和未經(jīng)延時(shí)的兩路方波信號(hào)分別輸入至邏輯門(mén)相關(guān)器的兩輸入端經(jīng)運(yùn)算后,在邏輯門(mén)相關(guān)器輸出;第四是邏輯門(mén)相關(guān)器輸出的窄脈沖,可窄至納秒,經(jīng)濾波放大后最終完成倍頻。實(shí)現(xiàn)該方法的裝置包括比較器、與門(mén)延時(shí)器、與門(mén)相關(guān)器、濾波器、線(xiàn)性放大器和功率放大器。本發(fā)明方法易行,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)H03K3/00GK1790903SQ20051012053
公開(kāi)日2006年6月21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(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所