专利名称：一种倍频方法及倍频器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种倍频方法，同时还涉及倍频器，可广泛应用于雷达、通讯、量子频标和频稳测量等领域。
背景技术：
实现倍频的方法有多种多样，但大体上可分为两类，一类是利用锁相环把压控振荡器的较高输出频率锁定在较低的参考输入频率上，从而实现倍频；另一类是利用非线性器件，如晶体管、整流器、阶跃二极管，使输入信号的波形发生非线性变换，再接入带通滤波器或具有适当选择性的调谐放大器选出所需要的谐波实现倍频，这一类倍频器较典型的电路有三极管丙类倍频，电流开关倍频和阶跃二极管倍频。三极管丙类倍频由于输入信号相位零点与经过选频后的输出信号的相位零点存在相位差，因而相位噪声高，频率稳定度差，加上倍频输出脉冲较宽，高次谐波不丰富，倍频效率低。电流开关倍频器，通过零点来精确确定脉冲位置，改善了相位噪声和相位抖动，达到了低噪声倍频的目的，但受微分回路分布参数的限制，输入频率较高时，倍频脉冲相对增宽，倍频效率明显降低。阶跃二极管倍频器可产生谐波丰富的窄脉冲，具有较高的倍频效率，但限用于输入频率大于几十兆赫以上的高频段。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种倍频方法，方法易行，实现方式简单，减小了相位噪声，能适应较宽输入频段，同时具有高倍频效率。本发明的另一个目的在于提供自相关倍频器电路，其结构简单，成本低廉，输出信号相位噪声小，倍频效率高。
本发明的目的是这样实现的
①利用高速数字集成电路形成倍频所需的尖脉冲，此脉冲的零点与输入信号的相位零点紧密耦合在一起，保证了很低的相位噪声，相位噪声的等效秒级附加不稳定度由于5～6E-13/1S；②采用不同的电路形式，尖脉冲可以是周期性单脉冲也可以是周期性双脉冲，尖脉冲的脉宽可窄至8～10纳秒，倍频效率高。
本发明的目的实现步骤是①比较器(M1)由比较器(1)组成，输入信号Vf接入比较器(M1)的输入端，基准电压Vo接入比较器(M1)的电平参考端，比较器(M1)输出两路方波信号T1和T2，由于T1和T2是由Vf通过Vo进行触发，所以T1、T2的频率都等于Vf的频率，而且它们的相位零点都与Vf紧密耦合在一起；②延时器(M2)由“与”门延时器(2)组成，T2接入延时器(M2)经延时时间τ后输出延时方波信号Tτ，延时时间τ可以改变并可短至8～10纳秒；③逻辑门相关器(M3)由“与”门相关器(3)组成，T1与T1分别输入至逻辑门相关器(M3)的两输入端经高速逻辑运算后，在逻辑门相关器(M3)的输出端输出窄脉冲Tτ，Tτ的脉宽等于延时时间τ，Tτ的频率等于Vf的频率，而且Tτ的相位零点与T1和T2紧密耦合在一起即与Vf紧密耦合在一起；④窄脉冲Tτ的脉宽τ可窄至8～10纳秒，所以该脉冲的高次谐波极为丰富，具有很高的倍频效率，选频放大组件(M4)由滤波器(4)(6)、线性放大器(5)、功率放大器(7)组成，将Tτ送入选频放大组件(M4)最终输出一个N倍于输入信号Vf的输出信号nVf，完成倍频。
本发明与现有技术相比具有以下优点1、在自相关倍频方法中，输入信号经过比较器可产生一良好的过零脉冲，使输出脉冲的零点和输入信号的零点紧密耦合在一起，从而减小了相位噪声。
2、在自相关倍频方法中，比较器产生的一路信号送入延迟器，再将延时信号和未经延时的信号送入相关器，产生所需要的窄脉冲，延迟时间可根据所选谐波在延时脉冲频谱中的位置人为控制，因此可形成窄至纳秒级的脉冲，该脉冲高次谐波极为丰富，具有良好的倍频效率。
3、自相关倍频方法能适应较宽频段，依此方法制成的自相关倍频器电路形式多样、电路结构简单、元器件少，输出信号相位噪声小，主旁频抑制比优，倍频效率高，尤其在射频段和较高阶倍频段具有良好的倍频效率。
图1为一种倍频方法方框图；图2为一种倍频器结构示意图图3为一种倍频器信号波形示意图；其中M1-比较器； M2-延时器；M3-逻辑门相关器；M4-选频放大组件；1-比较器； 2-“与”门延时器；3-“与”门相关器； 4-滤波器；5-线性放大器； 6-滤波器；7-功率放大器；具体实施方式
部件选取*比较器(1)选用MAX913。
*“与”门延时器(2)选用74F08。
*“与”门相关器(3)选用74F08。
*滤波器(4)、(6)选用200MHzLC滤波器或晶体滤波器。
*线性放大器(5)选用UT0-250。
*功率放大器(7)选用A74-1。
由图1所示，一种倍频方法的实施步骤如下①输入信号Vf接入比较器(M1)的输入端，基准电压Vo接入比较器(M1)的电平参考端，比较器(M1)输出两路方波信号T1和T2，由于T1和T2是由Vf通过Vo进行触发，所以T1、T2的频率都等于Vf的频率，而且它们的相位零点都与Vf紧密耦合在一起；②T2接入延时器(M2)经延时时间τ后输出延时方波信号Tτ，延时时间τ可以改变并可短至8～10纳秒；
③T1与T1分别输入至逻辑门相关器(M3)的两输入端经高速逻辑运算后，在逻辑门相关器(M3)的输出端输出窄脉冲Tτ，Tτ的脉宽等于延时时间τ，Tτ的频率等于Vf的频率，而且Tτ的相位零点与T1和T2紧密耦合在一起即与Vf紧密耦合在一起；④窄脉冲Tτ的脉宽τ可窄至8～10纳秒，所以该脉冲的高次谐波极为丰富，具有很高的倍频效率，将Tτ送入选频放大组件(M4)最终输出一个N倍于输入信号Vf的输出信号nVf，完成倍频。
一种实现上述方法的装置它包括下列部件由图2可知，本装置由比较器(1)、“与”门延时器(2)、“与”门相关器(3)、滤波器(4)(6)、线性放大器(5)、功率放大器(7)构成；根据图2和图3可知，各部件之间的连接关系和各部件的作用是比较器(1)的两个输出端“Q”与“/Q”分别与“与”门延时器(2)、“与”门相关器(3)的输入端IN1连接；其中输入信号Vf和参考电压Vo输入至比较器(1)，比较器(1)由“Q”与“/Q”端分别输出两路同步且互相反相的方波信号T1和T2。
“与”门延时器(2)分别与比较器(1)的输出端“/Q”与相关器(3)输入端IN2连接；“与”门延时器(2)的作用是将信号T2延迟τ时间后输出延时方波信号T1。
“与”门相关器(3)分别与比较器(1)的输出端“Q”、“与”门延时器(2)输出端和滤波器(4)连接；“与”门相关器(3)的作用是将两路零点相差时间τ的方波信号进行高速逻辑“与”运算，其输出波形在对应的延时时间τ内呈现高电平，而在其余时间呈现低电平，即“与”门相关器(3)的输出为脉宽为τ的尖脉冲且其周期等于输入信号Vf的周期。
滤波器(4)分别与“与”门相关器(3)和线性放大器(5)连接；滤波器(4)的作用是对所要得到的nVf频率进行第一级滤波。
线性放大器(5)分别与滤波器(4)和滤波器(6)连接；线性放大器(5)的作用是对所要得到的nVf频率进行第一级放大。
滤波器(6)分别与线性放大器(5)和功率放大器(7)连接；滤波器(6)的作用是对所要得到的nVf频率进行第二级滤波。
功率放大器(7)与滤波器(6)连接；功率放大器(7)的作用是对所要得到的nVf频率进行第二级放大，使信号达到所需的功率；功率放大器(7)输出nVf，完成倍频。
实验结果在实验中，Vf频率为10MHz，在装置输出端用频谱仪观察200Mz频谱，结果为主旁频抑制比优于65dBc，幅度为25dBm/50Ω；用频率稳定度测试仪依同源法测试其附加不稳定度，结果为秒级稳定度为5E-13/1S。
结果表明，本方法行之有效，本装置输出信号相位噪声小，主旁频抑制比优，倍频效率高，尤其在射频段和较高阶倍频段具有良好的倍频效率。
权利要求
1.一种倍频方法，它包括下列步骤A、输入信号Vf接入比较器(M1)的输入端，基准电压Vo接入比较器(M1)的电平参考端，比较器(M1)输出两路方波信号T1和T2，T1和T2是由Vf通过Vo进行触发，T1、T2的频率都等于Vf的频率，相位零点与Vf紧密耦合在一起；B、T2接入延时器(M2)经延时时间τ后输出延时方波信号Tt，延时时间τ短至8～10纳秒；C、T1与Tt分别输入至逻辑门相关器(M3)的两输入端经高速逻辑运算后，在逻辑门相关器(M3)的输出端输出窄脉冲Tτ，Tτ的脉宽等于延时时间τ，Tτ的频率等于Vf的频率，Tτ的相位零点与T1和T2紧密耦合在一起；D、窄脉冲Tτ的脉宽τ可窄至8～10纳秒，将Tτ送入选频放大组件(M4)最终输出一个N倍于输入信号Vf的输出信号nVf，完成倍频。
2.一种用于实现倍频方法的装置，其特征在于比较器(1)的两个输出端Q与/Q分别与与门延时器(2)、与门相关器(3)的输入端IN1连接；与门延时器(2)分别与比较器(1)的输出端/Q与相关器(3)输入端IN2连接；与门相关器(3)分别与比较器(1)的输出端Q、与门延时器(2)输出端和滤波器(4)连接；滤波器(4)分别与与门相关器(3)和线性放大器(5)连接；线性放大器(5)分别与滤波器(4)和滤波器(6)连接；滤波器(6)分别与线性放大器(5)和功率放大器(7)连接；功率放大器(7)与滤波器(6)连接。
全文摘要
本发明公开了一种倍频方法及倍频器，首先是将输入信号接入比较器，比较器输出方波信号；其次是延时器经延时间后输出延时方波信号，延时时间可短至纳秒；第三是将经延时和未经延时的两路方波信号分别输入至逻辑门相关器的两输入端经运算后，在逻辑门相关器输出；第四是逻辑门相关器输出的窄脉冲，可窄至纳秒，经滤波放大后最终完成倍频。实现该方法的装置包括比较器、与门延时器、与门相关器、滤波器、线性放大器和功率放大器。本发明方法易行，结构简单，成本低廉，输出信号相位噪声小，倍频效率高。
文档编号H03K3/00GK1790903SQ20051012053
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月27日 优先权日2005年12月27日
发明者王艳, 余钫, 鲁道邦, 陈智勇, 雷海东, 裘晓俊, 金鑫, 李超, 左毅力, 陈云起, 管妮娜, 朱熙文, 盛荣武 申请人:中国科学院武汉物理与数学研究所