《倍频器和上变频器》PPT课件

《《倍频器和上变频器》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三章倍频器和上变频器3.1引言Introduction倍频器的功能是当一个正弦波输入时，输出信号是输入信号的n次谐波。产生微波信号的方法有：1.直接振荡，如磁控管、速调管、雪崩管、体效应、晶体管振荡器等2.倍频放大链①采用非线性器件产生输入信号的谐波，利用滤波器取出所需要的谐波直接振荡所产生的微波信号往往信号的频谱纯度及频率稳定度不高②锁相环本章讨论变容管倍频器和阶跃管倍频器，它们均属于直接倍频的方法变容管倍频器效率高、主要用于倍频次数较低的场合，单级倍频次数小于8，二次倍频效率50%左右，三次40%左右，但当倍频次数增加后电路复杂，效率降低，输出功率迅速下降

2、阶跃管倍频器适于高次倍频，单级倍频次数可达20以上，具有结构简单的优点，但输入功率小，效率约为1/N。3.2变容管倍频器3.2.1基本电路并联型串联型并联型电路流过变容管的电流为输入和输出回路电路之和，因此也称为电路激励型串联型电路加在变容管两端的电压为输入和输出回路电压的差，因此也叫电压激励型电流激励型电路中变容管一端接地，因此适合于大功率电压激励型电路中变容管两端均不接地，因此适合于微带电路3.2.2基本原理1.二次倍频器如果变容管的外加电压满足为零偏压时的结电容为势垒电压在倍频器中，为了提高输出功率，通常采用大信号激励，即，但是当时，，且倍频器输出谐波也是

3、大信号，故不能用非线性电容来分析，而需用变容管的电压—电荷关系来分析，下面推导电压—电荷关系变容管上的电荷为为时变容管上的电荷，若，即无电荷当时所以令其中令为归一化电压为归一化电荷则上式简化为变容管的电压—电荷关系由于时，变容管势垒近似消失，势垒电容也趋于零，即，即为了简单选用突变结变容管忽略损耗电阻考虑电流激励型二次倍频器由于滤波器F1和F2的限制流过变容管的电流只有频率f1和f2的分量，相应变容管两端电荷q1和q2也只有频率f1和f2的分量归一化因为所以其中提取和频率的电压分量直流电压分量为由可以得到归一化输入和输出电流由以上归一化电压和电流可以求出归一化平

4、均输入、输出功率为正，表示向变容管输入功率，为负，表示从变容管输出功率，因为假设，所以输入功率等于输出功率，倍频效率等于100%，但实际上变容管总是有损耗电阻，倍频效率不可能达到100%，不够由于该电阻很小，效率很高。如果，即回路调谐，此时功率最大倍频器的归一化输入阻抗当，的第一个分量与同相，表示输入阻抗的电阻分量，第二个分量滞后90°，表示为容抗，因此归一化输入阻抗为倍频器的归一化输出阻抗假设变容管两端端接负载阻抗，则幅相表示复振幅归一化负载阻抗为当负载阻抗与倍频器的输出阻抗共轭相等时，输出功率最大，定义该阻抗为倍频器的输出阻抗倍频器的效率实际，但很小对输入、

5、输出阻抗影响不大，但对倍频效率有影响，当存在时，输入电流在上消耗的功率为为归一化电流当变容管上电压时，结电容达到最小值另所以另所以输出电流在上消耗的功率为有效输入功率为有效输出功率为为非归一化功率倍频器的效率为前面的分析中，变容管处于欠激励状态，或，实际中为了增加输出功率，变容管通常处于过激励状态，即在每个激励周期的部分时间，变容管处于正向导通状态，由于这时，将激励信号短路，因此正向电压波型被钳位于，过激励下变容管的电压—电荷关系为激励状态系数定义为显然对应，这时为满激励为欠满激励为过满激励过激励下的分析很困难，需要用计算机来分析。D=2时的时变电荷。2.变容管

6、高次倍频器首先看下面电路能否完成高次倍频假设变容管中电路波形为电流为如果使用突变结变容管，欠激励，则可见N次谐波电压和电流之间有90°相差，平均功率为零即因此，上面电路不能完成高次倍频，这是因为给定的条件，，即变容管的电压、电荷关系为平方率，所以只能完成二次倍频为了完成大于2次的倍频，可以采用以下措施①改用的变容管，如缓变结变容管或其他形式变容管②加大激励信号，使。使变容管的电压电荷关系出现高次非线性项电压波形被限幅，而出现高次谐波③在电路上想办法，如在电路中加空闲回路，如下图所示在变容管两端并联一个损耗很低的空闲支路，如果该支路谐振于代入，可以得到，等频率的电

7、压分量，它们与相应频率的电流的相位相差180°，表示三次、四次谐波功率从变容管输出。附加“空闲回路”的作用是将变容管产生的低次谐波能够回送到变容管，提高再次变频将低次谐波的能量转换为高次谐波的能量。在实际工程上，为了提高效率，即使能够完成高次倍频的电路，也在其中采用空闲回路，不过若采用过多的空闲回路，会使倍频器结构复杂，引入许多附加损耗，给设计、调试带来困难，所以回路一般不超过三个“空闲回路”。电路举例①微带型二倍频器②微带型四倍频器低通滤波器高阻线开路线(空闲）带通滤波器3.3阶跃-恢复二极管倍频器阶跃-恢复二极管是一种特殊的P-N结器件，在正弦波激励下，能产

8、生持续时间极短的脉冲，该