倍頻器

1 概述

　　利用非線性電路產生高次諧波或者利用頻率控制回路都可以構成倍頻器。倍頻器也可由一個壓控振蕩器和控制環(huán)路構成。它的控制電路產生一控制電壓，使壓控振蕩器的振蕩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(wěn)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，可采用根據鎖相環(huán)原理構成的鎖相環(huán)倍頻器和同步倍頻器。但是，這類倍頻器線路比較復雜，倍頻次數一般不太高，而且還可能出現(xiàn)相位失鎖等問題。

　　微波振蕩器的頻率穩(wěn)定度不太高，在幾十兆赫至百兆赫的晶體振蕩器后面加上一級高次倍頻器，可以獲得具有晶振頻率穩(wěn)定度的微波振蕩。另外，多級倍頻器級聯(lián)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(lián)可產生六次倍頻，m級N倍頻器級聯(lián)，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。

2 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于伏安特性的截止區(qū)，輸出回路則調諧在輸入頻率的n次諧波上。由于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。利用調諧于f0=nf1的回路的選頻作用，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(yōu)點具有一定功率增益。

3 變容

　　負偏置的變容二極管D接于輸入和輸出回路之間。由L1C1構成的高Q濾波器只容頻率為f1的輸入信號在左邊回路產生電流i。由于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。在輸出端由于高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回路,并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。

4 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于導通和階躍兩種狀態(tài)，并在階躍瞬間形成一持續(xù)時間很短、幅度很大的尖峰脈沖。這個脈沖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于構成倍頻次數很高，但幅度不需要很大的高次倍頻器和梳狀譜發(fā)生器。