倍頻器
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中文名；倍頻器 外文名；frequency multiplier 性 能；載波恢復電路的一個重要組成單元 構成形式；非線性電路產生高次諧波等 |
倍頻器（frequency multiplier）使輸出信號頻率等於輸入信號頻率整數倍的電路。輸入頻率為f1，則輸出頻率為f0=nf1，係數n為任意正整數，稱倍頻次數。倍頻器用途廣泛，如發射機採用倍頻器後可使主振器振盪在較低頻率，以提高頻率穩定度；調頻設備用倍頻器來增大頻率偏移；在相位鍵控通信機中，倍頻器是載波恢復電路的一個重要組成單元。[1]
目錄
概述
利用非線性電路產生高次諧波或者利用頻率控制迴路都可以構成倍頻器。倍頻器也可由一個壓控振盪器和控制環路構成。它的控制電路產生一控制電壓，使壓控振盪器的振盪頻率嚴格地鎖定在輸入頻率 f1的倍乘值f0=nf1上 。
倍頻器有晶體管倍頻器、變容二極管倍頻器、階躍恢復二極管倍頻器等。用其他非線性電阻、電感和電容也能構成倍頻器，如鐵氧體倍頻器等。非線性電阻構成的倍頻器，倍頻噪聲較大。這是因為非線性變換過程中產生的大量諧波使輸出信號相位不穩定而引起的。倍頻次數越高，倍頻噪聲就越大，使倍頻器的應用受到限制。在要求倍頻噪聲較小的設備中，可採用根據鎖相環原理構成的鎖相環倍頻器和同步倍頻器。但是，這類倍頻器線路比較複雜，倍頻次數一般不太高，而且還可能出現相位失鎖等問題。
微波振盪器的頻率穩定度不太高，在幾十兆赫至百兆赫的晶體振盪器後面加上一級高次倍頻器，可以獲得具有晶振頻率穩定度的微波振盪。另外，多級倍頻器級聯起來，可以使倍頻次數大大提高。例如，二倍頻器和三倍頻器級聯可產生六次倍頻，m級N倍頻器級聯，總倍頻次數為Nm。不過，倍頻級數增加，倍頻噪聲也加大，故倍頻上限仍受到限制。
晶體管
這種倍頻器的電路與調諧放大器相似，但晶體管工作點通常置於伏安特性的截止區，輸出迴路則調諧在輸入頻率的n次諧波上。由於晶體管僅在輸入電壓正半周的部分時間內導通，其集電極電流為一含有輸入信號基頻和各次諧波的脈動電流。利用調諧於f0=nf1的迴路的選頻作用，倍頻器即可輸出所需頻率。為使輸出信號幅度足夠大，這種倍頻器的倍頻次數較低，一般n=3～5。n增大輸出幅度將顯著減小。這種倍頻器的優點具有一定功率增益。
變容
負偏置的變容二極管D接於輸入和輸出迴路之間。由L1C1構成的高Q濾波器只容頻率為f1的輸入信號在左邊迴路產生電流i。由於變容二極管的非線性特性,二極管的端電壓含有基頻f1和2f1，…,nf1等諧波頻率。在輸出端由於高Q帶通濾波器的作用，因而只有頻率為nf1的成分能夠通過右邊迴路,並向負載輸出有用的諧波功率。變容二極管倍頻器有時又稱參量倍頻器，它的倍頻效率與倍頻次數n成反比，為使輸出足夠大，一般以n<10為準。
階躍恢復
具有陡變電容特性的階躍恢復二極管在激勵電壓作用下工作於導通和階躍兩種狀態，並在階躍瞬間形成一持續時間很短、幅度很大的尖峰脈衝。這個脈衝能譜呈梳狀均勻分布，在幾十次乃至上百次諧波頻率上仍有一定的能量輸出。階躍恢復二極管倍頻器適於構成倍頻次數很高，但幅度不需要很大的高次倍頻器和梳狀譜發生器。
類型
採用不同的非線性器件，可以構成不同類型的倍頻器。
參量倍頻器
由非線性電抗器件構成的倍頻器。應用最廣的一種非線性電抗器件是變容二極管，利用它的非線性電容特性而產生的參量換能作用可以實現倍頻功能。理論上，電容器是理想無耗元件，對輸入信號進行非線性變換時不會消耗能量，因此，參量倍頻器可以將輸入信號能量全部轉換為輸出諧波能量，即它的轉換效率等於1。實際上，變容二極管和濾波器總是有耗的，也不可能濾除非線性電容產生的全部無用分量。它的實際轉換效率小於1，且隨着倍頻次數的增加而趨於減小，可見，這類參量倍頻器也不可能實現高次倍頻。但與三極管倍頻器比較，它的轉換效率已有很大改善。
三極管倍頻器
在短波和超短波段，採用由晶體三極管構成的三極管倍頻器。由於晶體三極管在輸入信號作用下產生的集電極電流脈衝，其各次諧波電流的幅度總是隨着諧波次數增加而迅速減小。因此，倍頻次數越高，倍頻效率就越低；為了濾除幅度大的低次諧波分量，對濾波器帶外衰減的要求也越高。三極管倍頻器只能實現低倍頻次數（五次以下）的倍頻器，較多的為二或三倍頻器。為了實現高倍頻，可以將幾級倍頻器串接，組成倍頻鏈接。
鎖相倍頻器
在鎖相環路中插入分頻器，改變分頻次數就可實現任何倍數的倍頻。倍頻器廣泛用於發射機、頻率合成器和其它信息的傳輸和處理系統中。在發射機中利用倍頻器可以將晶體振盪器產生的較低振盪頻率倍增到所需的載波頻率，或者將間接調頻器產生的低載頻和小頻偏調頻波倍增到高載波和大頻偏的調頻波。在頻率合成器中，利用倍頻器可以由一個穩定振盪頻率產生出眾多頻率的穩定振盪信號。隨着數字信號處理技術的發展，倍頻功能可在數字信號處理器中用軟件實現。
階躍二級管倍頻器
採用由階躍恢復二極管構成的倍頻器實現高次倍頻。它也是參量倍頻器的一種。階躍恢復二極管與變容二極管不同，它具有十分陡峭的電容特性。即外加正向電壓時呈現很大的電容；外加反向電壓時呈現很小的電容。在輸入信號作用下，正嚮導通時二極管儲存着的大量電荷，在轉入反向電壓時將迅速泄放，形成很大的反向衝擊電流，產生出十分豐富的諧波含量。這就是階躍二極管倍頻器宜於實現高次倍頻的道理。它的倍頻次數可高到40以上。
參考來源