2 16 次倍频器的实现
2.1 管子的选择 阶跃管的主要参数为 反偏电容 Cj 少数载流子
寿命τ 转换时间 tt 串联正向传导电阻 Rs 击穿电压
VB 在倍频器设计中对这些参数的要求如下
1
10Ω <
1 2πf N C j
< 20Ω
2
τ
>>
1 2π
f1
3
tt
≤
1 fN
Rs 应尽量小 VB 应大于脉冲幅度 根据以上要求
偏置网络为二极管提供一个合适的偏压 使得
SRD 恰好在负电流最大的瞬间产生电流阶跃 以便得
到尽可能大的电流阶跃值 图 2 中所示为自给偏压
是由二极管的直流分量通过偏压电阻 Rb 时产生电压 降而得 Lb 为高频扼流圈 用以防止 Rb 对高频分流 Cb 为隔直电容 可以防止或削弱偏置电路与信号源之 间不必要的耦合[2,3]
出功率 7 dBm 放大器采用 Mini 公司的 Gali 4 对 于 100 MHz 信号增益可达 11 dB 放大后产生足够驱 动脉冲发生器工作的激励信号 由于输出频率不算高
若采用微带滤波器会增大整个倍频器的体积 因此采
用集总参数的带通滤波器 中心频率 1.6 GHz 带内 衰减 5 dB 1.5 GHz 和 1.7 GHz 处抑制均达 60 dB 由 于滤波器带内衰减较大 后面还需加一级放大才能达
5 的高次倍频 当倍频效率较低时 可通过加放大
器来弥补 当倍频次数高达几十次时 为实现较高的
倍频效率 可以用两级或多级倍频 当然 级数越多
调试起来越困难 整个系统的体积也会增大 因此实
际设计中需要权衡
参考文献
[1] 薛正辉, 杨仕明, 李伟明, 等. 微波固态电路 [M]. 北京: 北京理工大 学出版社, 2004. 198–206.
要根据实际情况进行更改 实际的元件值如表 3 所示
表 3 最终电路元件值 Tab.3 Component values in final circuit
L / nH 15
Ct / pF 82
Lm / nH 33
Cm / pF 75
Rb / Ω 0
表 3 中偏置电阻 Rb 为零 这是因为在调试过程中
用电位器代替 Rb 时 发现电位器电阻越小倍频效率越
当选择 Ct 的值 使脉冲发生器的输入阻抗成为纯电阻 性的
Cb
Lm
L
Lb
Cm
Rg
Rb
Ct
SRD
RL
偏置网络
输入匹配 Rin 脉冲发生器
图 2 脉冲发生器电路 Fig.2 Pulse generator circuit
输入匹配网络完成输入信号源内阻和有载的
SRD 包括激励电感 L 和调谐电容 Ct 的输入阻抗间
1.2 谐振网络
由图 2 电路产生的脉冲 其谐波分量非常丰富
而且各次谐波的能量分布是比较分散的 若直接用带
通滤波器选频输出某一谐波频率的信号 大部分能量
就会损失掉 倍频效率不高 如果在脉冲发生器后面
接一个调谐于输出频率 fN = N f1 的谐振回路 则可使
分散的频谱能量集中于输出频率 fN 附近 再用滤波器 选出 fN 就提高了倍频效率[2] 在阶跃管倍频器中通
第8期 2006 年 8 月
电子元件与材料
ELECTRONIC COMPONENTS & MATERIALS
研究与试制
R&D
用阶跃恢复二极管设计 16 次倍频器
郭俊栋 张海拓 周以国
中国科学院电子学研究所 北京 １０００８０
Vol.25 No.8 Aug. 2006
摘要: 利用阶跃恢复二极管的非线性特性设计并制作了一个 16 次倍频器 采用 100 MHz 温补晶振提供输入信号
VB / V 30
L
≈
2.31 × 10 −2
C
j
f
2 N
1
Ct
≈
1.265 ×10−2 Lf12
2
Lm ≈
Rg Rin 2π f1
3
1 Cm ≈ 2π f1 Rg Rin
4
Rb
≈Hale Waihona Puke π( f N2τ / f1)2 Cj
5
式中
Rin
≈
2π
f1
f
2 N
C
j
Rg 为信号源内阻 由公式 1
~ 5 计算所得元件值列于表 2 中
收稿日期 2006-04-10 通讯作者 郭俊栋
作者简介 郭俊栋 1982
男 河北沧州人 研究生 研究方向为射频微波电路设计 Tel: (010)58887436; Email:jdguo04@
万方数据
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电子元件与材料
2006 年
的匹配 使输入电压有效地加在 SRD 上
输出频率 1.6 GHz 输出功率 10 dBm 频谱纯度良好 该倍频器已经成功应用于某测试系统中
关键词: 电子技术 倍频器 阶跃恢复二极管
中图分类号: TN77
文献标识码:A
文章编号:1001-2028 2006 08-0067-03
Design of 16-order Multiplier with Step Recovery Diode
输入信号 f1
阶跃管脉 冲发生器
谐振网络
Nf1 输出带 通滤波器
负载
图 1 阶跃管倍频器结构图 Fig.1 Structure of SRD frequency multiplier
1.1 阶跃管脉冲发生器 如图 2 所示 脉冲发生器的主要部分包括一个阶
跃管 一个激励电感 L 和一个调谐电容 Ct 另外还需 要输入阻抗匹配网络和偏置网络 激励电感 L 用于存 储和释放能量 调谐电容 Ct 使激励电感在输入频率上 失谐 并对除输出频率以外的所有谐波构成旁路 适
1 阶跃管倍频器的电路结构
阶跃管倍频电路结构如图 1 所示 频率为 f1 的输 入信号源把能量送到阶跃管脉冲发生器电路 该电路 将每一输入周期的能量变换为一个狭窄的大幅度的脉 冲 此脉冲能量激发线性谐振电路 该电路把脉冲再 变换为输出频率 fN = N f1 的衰减振荡波形 最后 此 衰减振荡经带通滤波器滤去不需要的谐波 即可在负 载上得到基本上纯的输出频率等幅波[2] 下面分别介 绍各个部分的电路结构
[2] 清华大学 微带电路 编写组. 微带电路 [M]. 北京: 邮电出版社, 1976. 319–337.
[3] [美]维迪姆-迈纳塞维奇. 频率合成器——理论与设计 [M]. 郑绳楦译. 重庆: 机械工业出版社, 1982. 196–200.
编辑 尚木
万方数据
用阶跃恢复二极管设计16次倍频器
作者： 作者单位： 刊名：
到输出功率要求 电路板图如图 5 所示 2.4 电路调试
表 2 中列出的元件值只是近似的计算 调试时还
万方数据
第8期
郭俊栋等 用阶跃恢复二极管设计 16 次倍频器
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电
源
10
输
入
100 MHz
BPF
晶振
–10
P / dBm
信
–30
号
输
出
–50
图 5 倍频器电路板图 Fig.5 PCB of the frequency multiplier
Key words: electronic technology; multiplier; step recovery diode
倍频器是一种实现输入信号频率倍增功能的非线 性电路 它在通信 雷达 频率合成器 测量等领域 得到广泛应用 倍频器的实现有多种方法 如变容管 倍频器 晶体管倍频器 阶跃恢复二极管倍频器 阶 跃恢复二极管 以下简称阶跃管或 SRD 是一种特殊 的变容管或称电容开关 当正向偏置时 二极管呈现 低阻抗 大的扩散电容 而在反向偏置时 二极管阻 抗很高并且几乎不随偏压变化 在外加交流电压的激 励下 它相当于一个窄脉冲发生器 产生丰富的谐波 利用它可以完成高次倍频[1] 笔者用阶跃管设计一个 单阶 16 次倍频器
高 直至电位器调至零 这可能是由于所选阶跃管反
向电容 Cj 过小造成的 调试中还发现滤波器输出信号 带内有杂波且后级放大器达不到预期的增益 怀疑是
级间阻抗不匹配造成的 在滤波器前面加了一个衰减
量为 3 dB 的 p 型衰减网络 解决了上述问题 最终输
出 10 dBm 的纯净信号 输出信号的频谱见图 6
GUO Jun-dong, ZHANG Hai-tuo, ZHOU Yi-guo
(Institute of Electronics Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China)
Abstract: Designed was 16-order multiplier using the non-linear characteristic of step recovery diode. The input signal was provided by a temperature compensative oscillator of 100 MHz. The output frequency is 1.6 GHz with an output power of 10 dBm.This multiplier has pure spectrum and has been successfully applied to a testing system.
参考文献(3条) 1.薛正辉;杨仕明;李伟明 微波固态电路 2004 2.清华大学《微带电路》编写组 微带电路 1976 3.维迪姆-迈纳塞维奇;郑绳楦 频率合成器--理论与设计 1982
本文读者也读过(10条) 1. 周小平.ZHOU Xiaoping X波段微带低相噪三倍频器的设计[期刊论文]-电子工程师2007,33(12) 2. 郭彬.李峰.郭永明.GUO Bin.LI Feng.GUO Yong-ming Ku波段一体化五倍频器的设计[期刊论文]-半导体技术2006,31(2) 3. 吴宝东 微波倍频技术的研究[学位论文]2007 4. 徐振宇 阶跃恢复二极管高次倍频器的研究[学位论文]2005 5. 许圣赋 微波高次倍频器[会议论文]-2007 6. 于明红.向莉.张建程.YU Minghong.XIANG Li.ZHANG Jianeheng S波段15次倍频器研制[期刊论文]-世界科技研究与发展2008,30(6) 7. 徐振宇.钱澄.XU Zhen-yu.QIAN Cheng 阶跃恢复二极管倍频器的设计[期刊论文]-电子器件2005,28(1) 8. 高晓娟 倍频器浅析[会议论文]-2009 9. 徐达学.吴先良.XU Da-xue.WU Xian-liang 基于ADS的二十次倍频器的设计[期刊论文]-信息技术2008(6) 10. 黄涛.曹远洪.梅刚华.钟达.HUANG Tao.CAO Yuan-Hong.MEI Gang-Hua.ZHONG Da 铷原子频标微波高次倍频器的分析与设计[期刊论文 ]-时间频率学报2006,29(1)