什么是倍频器?

[拼音]：beipinqi

[外文]：frequency multiplier

使输出信号频率等于输入信号频率整数倍的电路。输入频率为f1，则输出频率为f0=nf1，系数n为任意正整数，称倍频次数。倍频器用途广泛，如发射机采用倍频器后可使主振器振荡在较低频率，以提高频率稳定度;调频设备用倍频器来增大频率偏移；在相位键控通信机中，倍频器是载波恢复电路的一个重要组成单元。

利用非线性电路产生高次谐波或者利用频率控制回路都可以构成倍频器。在图1的倍频器中，输入信号先经非线性电路“畸变”以产生含有输入频率基波和各次谐波的脉冲电流，再由高Q回路从中选出所需的谐波，达到倍频的目的。图2的倍频器则是由一个压控振荡器和控制环路构成的。它的控制电路产生一控制电压，使压控振荡器的振荡频率严格地锁定在输入频率f1的倍乘值f0＝nf1上。

这种倍频器的电路与调谐放大器相似，但晶体管工作点通常置于伏安特性的截止区，输出回路则调谐在输入频率的 n次谐波上。由于晶体管仅在输入电压正半周的部分时间内导通，其集电极电流为一含有输入信号基频和各次谐波的脉动电流。利用调谐于f0＝nf1的回路的选频作用，倍频器即可输出所需频率。为使输出信号幅度足够大，这种倍频器的倍频次数较低，一般n＝3～5。n增大输出幅度将显著减小。这种倍频器的优点具有一定功率增益。

原理电路如图3。负偏置的变容二极管 D接于输入和输出回路之间。由L1C1构成的高Q滤波器只容频率为f1的输入信号在左边回路产生电流i。 由于变容二极管的非线性特性，二极管的端电压含有基频f1和2f1，…，nf1等谐波频率。在输出端由于高 Q带通滤波器的作用，因而只有频率为nf1的成分能够通过右边回路，并向负载输出有用的谐波功率。变容二极管倍频器有时又称参量倍频器，它的倍频效率与倍频次数 n成反比，为使输出足够大，一般以n＜10为准。

它的原理框图如图 4。具有陡变电容特性的阶跃恢复二极管在激励电压作用下工作于导通和阶跃两种状态，并在阶跃瞬间形成一持续时间很短、幅度很大的尖峰脉冲。这个脉冲能谱呈梳状均匀分布，在几十次乃至上百次谐波频率上仍有一定的能量输出。阶跃恢复二极管倍频器适于构成倍频次数很高，但幅度不需要很大的高次倍频器和梳状谱发生器。

用其他非线性电阻、电感和电容也能构成倍频器，如铁氧体倍频器等。非线性电阻构成的倍频器，倍频噪声较大。这是因为非线性变换过程中产生的大量谐波使输出信号相位不稳定而引起的。倍频次数越高，倍频噪声就越大，使倍频器的应用受到限制。在要求倍频噪声较小的设备中，可采用根据锁相环原理构成的锁相环倍频器和同步倍频器（见注入锁定振荡器）。但是，这类倍频器线路比较复杂，倍频次数一般不太高，而且还可能出现相位失锁等问题。

微波振荡器的频率稳定度不太高，在几十兆赫至百兆赫的晶体振荡器后面加上一级高次倍频器，可以获得具有晶振频率稳定度的微波振荡。另外，多级倍频器级联起来，可以使倍频次数大大提高。例如，二倍频器和三倍频器级联可产生六次倍频，m 级N 倍频器级联，总倍频次数为Nm。不过，倍频级数增加，倍频噪声也加大， 故倍频上限仍受到限制。