주파수 승수

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전자공학에서 주파수 승수는 출력 신호를 생성하는 전자회로이며 출력 주파수는 입력 주파수의 고조파(복수)입니다.주파수 승수는 입력 신호를 왜곡하고 결과적으로 입력 신호의 고조파를 생성하는 비선형 회로로 구성됩니다.후속 대역 통과 필터는 원하는 고조파 주파수를 선택하고 출력에서 불필요한 기본 고조파 및 기타 고조파를 제거합니다.

주파수 곱셈기는 주파수 신시사이저 및 통신 회로에 자주 사용됩니다.저전력 및 저비용 장치로 저주파 신호를 개발한 후 주파수 승수 체인을 사용하여 마이크로파 또는 밀리미터파 범위에서 출력 주파수를 생성하는 것이 더 경제적일 수 있습니다.주파수 변조와 같은 일부 변조 방식은 비선형 왜곡에서 아무런 영향 없이 살아남을 수 있습니다(그러나 진폭 변조와 같은 방식은 그렇지 않습니다).

주파수 곱셈은 비선형 광학에서도 사용됩니다.결정의 비선형 왜곡을 사용하여 레이저 빛의 고조파를 생성할 수 있습니다.

이론.

순수 사인파에는 단일 주파수 f가 있습니다.

${\displaystyle x(t)=A\sin(2\pi ft),}$

사인파가 비왜곡 증폭기와 같은 선형 회로에 적용되는 경우 출력은 여전히 사인파이지만 위상 편이를 얻을 수 있습니다.단, 사인파가 비선형 회로에 인가되면 왜곡에 의해 고조파가 생성되며, 기본 주파수 f의 정수배수 nf에서 주파수 성분이 생성됩니다.왜곡 신호는 f 단위의 푸리에 급수로 설명할 수 있습니다.

${\displaystyle x(t)=\sum _{k=-\infty}^{\infty}c_{k}e^{j2\pi kft}.}$

0이_k 아닌 c는 생성된 고조파를 나타냅니다.푸리에 계수는 기본 주기 T에 걸쳐 적분하여 얻을 수 있습니다.

${\displaystyle c_{k}=flac {1}{2\pi }}\int _{0}^{T}x(t),e^{-j2\pi kt/T},dt}$

따라서 일련의 고조파를 생성하는 비선형 전자 컴포넌트에서 주파수 승수를 구축할 수 있으며, 이어서 고조파 중 하나를 출력으로 전달하고 다른 고조파를 차단하는 밴드패스 필터가 사용됩니다.

변환 효율의 관점에서 비선형 회로는 원하는 고조파에 대한 계수를 최대화하고 다른 고조파에 대한 계수를 최소화해야 합니다.그 결과, 전사 함수가 특별히 선택되는 경우가 많다.짝수 함수를 사용하여 짝수 고조파를 생성하거나 홀수 고조파를 생성하기 위해 홀수 함수를 사용할 수 있습니다.짝수 및 홀수 함수 #하모닉을 참조하십시오.예를 들어 전파정류기는 더블러를 만드는 데 좋다.times-3 승수를 생성하기 위해 원래 신호는 거의 사각파를 생성하기 위해 오버 구동되는 증폭기에 입력될 수 있습니다.이 신호는 3차 고조파가 높으며 필터링하여 원하는 x3 결과를 얻을 수 있습니다.

YIG 곱셈기는 종종 임의 고조파를 선택하려고 하므로 입력 사인파를 대략적인 임펄스열로 변환하는 스테이트풀 왜곡 회로를 사용합니다.이상적인 (실용적이지 않은) 임펄스 트레인은 무한한 수의 (약한) 고조파를 생성합니다.실제로 단안정회로에 의해 생성되는 임펄스열은 많은 사용 가능한 고조파를 가집니다.예를 들어 스텝 리커버리 다이오드를 사용하는YIG 멀티플라이어는 1~2GHz의 입력 주파수를 사용하여 최대 18GHz의 ^[1]출력을 생성할 수 있습니다.때때로 주파수 승수 회로는 임펄스의 폭을 조정하여 특정 고조파의 변환 효율을 개선합니다.

회선

이 섹션은 확장해야 합니다.추가해서 도와주실 수 있습니다. (2019년 5월)

다이오드

클리핑 회선전파 브리지 더블러

C급 증폭기 및 승수

높은 전력 수준에서는 효율적인 전력 공급이 더욱 중요합니다.선형 클래스 A 증폭기의 효율은 최대 25%입니다.푸시풀 클래스B 앰프는 최대 50% 효율입니다.기본적인 문제는 증폭 요소가 전력을 소산한다는 것입니다.스위칭 클래스 C 앰프는 비선형이지만 이상적인 스위치는 전력을 소산하지 않기 때문에 효율이 50%를 넘을 수 있습니다.

현명한 설계로 비선형 클래스 C 증폭기를 게인과 주파수 승수로 모두 사용할 수 있습니다.

스텝 리커버리 다이오드

유용한 고조파를 대량으로 생성하려면 고속 비선형 장치가 필요합니다.

스텝 리커버리 다이오드

마이크로파 발전기는 스텝 리커버리 다이오드 임펄스 발생기를 사용한 후 조정 가능한 YIG 필터를 사용할 수 있습니다.YIG 필터에는 자기장과 함께 조정된 이트륨 철 가넷 구가 있습니다.스텝 복구 다이오드 임펄스 발생기는 원하는 출력 주파수의 하위 고조파로 구동됩니다.그런 다음 전자석이 YIG 필터를 조정하여 원하는 ^[2]고조파를 선택합니다.

바랙터 다이오드

저항 부하가 높은 변압기.재생 변압기.펜필드.

주파수 곱셈기는 주파수 믹서와 많은 공통점을 가지고 있으며 클래스 C와 다이오드에서 작동하는 트랜지스터와 같은 비선형 장치 중 일부가 사용됩니다.송신회로에서는 많은 증폭장치(진공관 또는 트랜지스터)가 비선형적으로 동작하여 고조파를 생성하기 때문에 입력주파수의 배수로 출력의 동조회로를 튜닝함으로써 증폭단을 곱셈기로 할 수 있다.일반적으로 비선형 장치에 의해 생성되는 전력(게인)은 고조파에서 빠르게 감소하기 때문에 대부분의 주파수 곱셈기는 주파수의 2배 또는 3배만 되며, 높은 인수에 의한 곱셈은 캐스케이드 더블러 및 트리플러 스테이지에 의해 이루어집니다.

이전 용도

주파수 곱셈기는 입력 주파수의 고조파에 맞춰 조정된 회로를 사용합니다.다이오드 등의 비선형 요소를 추가하여 고조파 주파수의 생산을 향상시킬 수 있다.고조파의 전력은 급격히 감소하기 때문에 일반적으로 주파수 승수는 입력 주파수의 작은 배수(2배, 3배 또는 5배)로만 조정됩니다.일반적으로 증폭기는 최종 주파수에서 적절한 신호 레벨을 보장하기 위해 주파수 곱셈기 체인에 삽입됩니다.

튜닝 회선의 대역폭은 한정되어 있기 때문에, 베이스 주파수가 큰폭(1%이상)으로 변경되었을 경우, 승수 스테이지의 조정이 필요하게 되는 경우가 있습니다.다양한 스테이지가 있는 경우, 이 작업은 상당한 시간이 걸릴 수 있습니다.

마이크로 일렉트로메니컬(MEMS) 주파수 더블러

전계 구동 마이크로메니컬 캔틸레버 공진기는 MEMS에서 가장 기본적이고 널리 연구된 구조 중 하나로, 높은 Q와 좁은 대역 통과 필터링 기능을 제공할 수 있습니다.캔틸레버 공진기의 용량 변환기의 전압 대 힘 전달 함수의 고유한 제곱법칙 비선형성을 주파수 더블링 ^[3]효과 실현에 사용할 수 있다.MEMS 디바이스에 의해 제공되는 저손실 속성(또는 이에 상당하는 고Q)에 의해 동일 ^[4]태스크에 사용되는 반도체 디바이스보다 마이크로캐니컬 주파수가 2배 이상 증가하면 회로 퍼포먼스가 향상됩니다.

그래핀 기반 주파수 곱셈기

그래핀 기반 FET는 90% 이상의 변환 ^[5][6]효율로 주파수 더블링에도 적용되었습니다.

실제로 모든 양극 트랜지스터는 주파수 증배회로 설계에 ^[7]사용할 수 있다.그래핀은 독특한 ^[8]특성 때문에 넓은 주파수 범위에서 작동할 수 있다.

주파수 분배기가 있는 위상 잠금 루프

Phase-Locked Loop(PLL; 위상잠금루프)은 기준 주파수를 사용하여 해당 주파수의 배수를 생성합니다.전압제어발진기(VCO)는 처음에 원하는 주파수 배수의 범위로 대략 조정된다.VCO로부터의 신호는 분주기(frequency divider)를 사용하여 곱셈계수로 나뉩니다.분할된 신호와 기준 주파수는 위상 비교기에 공급됩니다.위상 비교기의 출력은 위상차에 비례하는 전압입니다.로우패스 필터를 통과하여 적절한 전압 범위로 변환된 후 이 전압이 VCO로 공급되어 주파수를 조정합니다.이 조정은 VCO 신호의 위상이 기준 신호의 위상이 지연될수록 주파수를 증가시키고 지연이 감소(또는 리드가 증가)할수록 주파수를 감소시킵니다.VCO는 원하는 주파수 배수로 안정됩니다.이 타입의 PLL은 주파수 신시사이저의 일종입니다.

프랙셔널 N 신시사이저

일부 PLL에서는 위상 비교기에 입력되기 전에 기준 주파수를 정수 배수로 나눌 수도 있습니다.이를 통해 기준 주파수에 N/M 곱한 주파수를 합성할 수 있습니다.

이는 정수 N 분할기의 정수 값을 주기적으로 변경하여 다른 방법으로 달성할 수 있으며, 결과적으로 정수 성분과 분수 성분이 모두 포함된 승수를 만들 수 있습니다.이러한 승수는 그 분수 ^{[failed verification]}성분에서 따온 분수-N 신시사이저라고 불립니다.프랙셔널 N 신시사이저는 N의 낮은 값으로 미세한 주파수 분해능을 달성하는 효과적인 수단을 제공하며, 낮은 기준 주파수와 높은 정수 N 값을 가진 대체 설계보다 위상 노이즈가 수만 배 적은 루프 아키텍처를 가능하게 한다.또한 기준 주파수가 높기 때문에 안착 시간이 빨라져 닫힌 루프 대역폭과 열린 루프 대역폭이 ^{[citation needed]}넓어집니다.

델타 시그마 신시사이저

델타 시그마 신시사이저는 프랙셔널 N 신시사이저의 프로그래머블 N 분주기에 랜덤화를 부가한다.이는 정수N 분할기의 정기적인 변경에 의해 생성되는 사이드밴드를 축소하기 위해 이루어집니다.

PLL 레퍼런스

• 이건, 윌리엄 F. 2000위상록별 주파수 합성, 제2판, John Wiley & Sons, ISBN0-471-32104-4
• 변조 보상 포함 프랙셔널 N 주파수 신시사이저 미국 특허 4,686,488, C. 애튼버러(1987년 8월 11일)
• 프로그래머블 프랙셔널 N 주파수 신시사이저 미국 특허 5,224,132, Bar-Giora Goldberg, (1993년 6월 29일)

「 」를 참조해 주세요.

• 헤테로 구조 장벽 변수
• CPU 승수

레퍼런스