Широкополосный линейный умножитель частоты (варианты)

Полезная модель относится к радиотехнике и импульсной технике и может быть использовано для широкополосного умножения частоты синусоидальных и прямоугольных импульсов.

Сущность полезной модели: Широкополосный линейный умножитель частоты, включающий два аналоговых перемножителя, согласно полезной модели, снабжен устройством сдвига фазы и дифференциальным усилителем, причем входы первого аналогового перемножителя являются входом устройства, выход первого аналогового перемножителя подключен к положительному входу дифференциального усилителя, отрицательный вход которого подключен к выходу второго аналогового перемножителя, входы которого соединены с выходом устройства сдвига фазы, вход которого связан с входом устройства, а выход дифференциального усилителя является выходом устройства.

Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства, повышение точности преобразования частот за счет получения когерентных колебаний, упрощение схемы устройства и повышение технологичности его изготовления благодаря возможности использования микросхем. 2 н.з. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Полезная модель относится к радиотехнике, импульсной технике и может быть применена для широкополосного умножения частоты синусоидальных и прямоугольных импульсов, например, в радиотехнических системах, использующих фазовую и частотную модуляцию сигналов, а также в синтезаторах частот.

В радиотехнике и импульсной технике умножители частоты применяются для углубления частотной и фазовой модуляции; исключения самовозбуждения радиочастотных трактов с большим коэффициентом усиления; ослабления влияния последующих каскадов на стабильность частоты задающего автогенератора, так как у умножителей частоты более слабая зависимость входного сопротивления от нагрузки, чем в усилителях мощности.

В частности, известны и находят широкое применение умножители частоты, состоящие из нелинейного устройства (например, транзистора, варикапа, катушки с ферритовым сердечником, электронной лампы) и одного или нескольких электрических фильтров.

Известно нелинейное устройство в виде транзисторного умножителя частоты, содержащее транзистор, в цепь эмиттера которого введено сопротивление обратной связи, предназначенное для изменения угла отсечки и изменяющее форму входных колебаний, гармоники которых выделяются с помощью фильтров, вследствие чего в спектре колебаний на его выходе появляются составляющие с частотами, кратными f _mx (см. В.А.Ворона, «Радиопередающие устройства. Основы теории и расчета». Учебное пособие для ВУЗов М.: Горячая линия - Телеком, 2007 г., стр.271-272). Эти сложные колебания поступают на вход фильтра, который выделяет составляющую с заданной частотой, подавляя (не пропуская) остальные.

Использование такого транзисторного умножителя частоты требует импульсов тока большой величины, которые могут превышать возможности транзистора; кроме того, в каждом отдельном случае необходимо производить расчеты угла отсечки, а также обязательно наличие фильтра, выделяющего заданную частоту, что неизбежно снижает полосу умножаемых частот.

Известен способ широкополосного умножения частоты и фазы и устройство для его осуществления (патент РФ 2186454, МПК H03B 9/10, опубл. 27.07.2002 г.), основанные на использовании чебышевского типа нелинейного преобразования входного сигнала. Входной сигнал подвергают аналого-цифровому преобразованию, полученный цифровой код подают па цифровые входы последовательно включенных N цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) умножающего типа, при этом на аналоговый вход первого ЦАП подают опорное постоянное напряжение, а на аналоговый вход каждого из N-1 последующих ЦАП подают напряжение с аналогового выхода предыдущего ЦАП. Напряжения с каждого из аналоговых выходов ЦАП и опорное напряжение, взятые с соответствующим знаком и измененные по величине в заданное количество раз, подают на соответствующие входы аналогового сумматора. Сигнал с выхода сумматора, пропущенный через фильтр нижних частот, подают на выход умножителя частоты и фазы.

Устройство для реализации данного способа содержит аналого-цифровой преобразователь, N цифро-аналоговых преобразователей, преобразователи уровней, аналоговый сумматор, фильтр нижних частот и источник опорного напряжения.

Рассмотренный способ широкополосного умножения частоты и фазы и устройство для его осуществления также характеризуются узкой полосой рабочих частот и сложностью расчетов элементов устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели является преобразователь прямоугольных импульсов типа меандр двух разных частот (патент РФ 2001408, МПК G01R 23/00, G04F 10/04, H03D 13/00, H03K 5/26, H03B 19/00, H03K 5/19, опубл. 15.10.1993 г.), содержащий два аналоговых перемножителя, четыре генератора пилообразного напряжения, два устройства сдвига фазы, выполненных на компараторах, с помощью которых осуществляется сдвиг сигналов частоты f₁ и f₂ на 90°, суммирующую схему и формирователь прямоугольных импульсов.

Использование данного устройства позволяет получить на выходе формирователя сигнал прямоугольной формы суммарной частоты входных сигналов, являющийся выходным сигналом устройства, и при этом отказаться от необходимости применения фильтров, которые зачастую оказываются дорогостоящими в изготовлении, а также сужают полосу преобразуемых частот.

Принципиальным в данном устройстве является применение двух аналоговых перемножителей (АП), устройств сдвига фазы (компараторов) и отсутствие избирательных цепей. Однако данное устройство выполняло только две функции - сложение и вычитание, работало только с прямоугольными сигналами типа меандр и не обеспечивало когерентность частот, что могло препятствовать синхронизации сигналов на выходе устройства. Кроме того, применение суммирующей схемы не обеспечивало точность (равномерность длительности) получения прямоугольных импульсов на выходе устройства.

Полезная модель решает задачу создания широкополосного линейного умножителя частоты, который обеспечивал бы расширение функциональных возможностей устройства, повышение точности преобразования в широком диапазоне частот, упрощение схемы устройства и повышение технологичности его изготовления.

Технический результат от реализации полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей устройства за счет использования сигналов как синусоидальной формы, так и прямоугольных импульсов, а также операций умножения, сложения и вычитания, повышении точности преобразования частот за счет получения когерентных колебаний, упрощении схемы устройства и повышении технологичности его изготовления благодаря возможности использования микросхем.

Указанный технический результат достигается тем, что широкополосный линейный умножитель частоты, включающий два аналоговых перемножителя, согласно полезной модели, снабжен устройством сдвига фазы, выполненным в виде интегратора, и дифференциальным усилителем, причем входы первого аналогового перемножителя являются входом устройства, выход первого аналогового перемножителя подключен к положительному входу дифференциального усилителя, отрицательный вход которого подключен к выходу второго аналогового перемножителя, входы которого соединены с выходом устройства сдвига фазы, вход которого связан с входом устройства, а выход дифференциального усилителя является выходом устройства.

Кроме того, для обеспечения умножения входной частоты на три устройство дополнительно снабжено двумя (третьим и четвертым) аналоговыми перемножителями, широкополосным усилителем с коэффициентом усиления три и вторым дифференциальным усилителем, причем первые входы третьего и четвертого дополнительных аналоговых перемножителей подключены к выходам первого и второго аналоговых перемножителей, соответственно, вторые входы третьего и четвертого аналоговых перемножителей соединены со входом устройства, выход третьего аналогового перемножителя подключен к положительному входу второго дифференциального усилителя, отрицательный вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя с коэффициентом усиления три, вход которого связан с выходом четвертого аналогового перемножителя, а выход второго дифференциального усилителя является вторым выходом устройства, предназначенным для получения утроенной частоты входного сигнала.

Кроме того, для умножения входной частоты на пять к выходам умножителя частоты на три подключен умножитель частоты на два, дополнительно снабженный вторым устройством сдвига фазы, выполненным в виде интегратора, причем первый выход умножителя частоты на три подключен к первому входу первого аналогового перемножителя умножителя частоты на два и к его первому устройству сдвига фазы, выход которого соединен с первым входом второго аналогового перемножителя, второй выход умножителя частоты на три подключен ко второму входу первого аналогового перемножителя умножителя частоты на два и к его второму устройству сдвига фазы, выход которого соединен со вторым входом второго аналогового перемножителя, выходы первого и второго аналоговых перемножителей подключены, соответственно, к положительному и отрицательному входам дифференциального усилителя умножителя частоты на два, выход которого является выходом устройства, предназначенным для получения частоты входного сигнала, умноженной на пять.

Кроме того, для умножения входной частоты на семь к выходу третьего из последовательно включенных умножителей частоты на два подключен четвертый умножитель частоты на два, дополнительно снабженный вторым устройством сдвига фазы, выполненным в виде интегратора, и инвертирующим усилителем с единичным коэффициентом усиления, причем выход третьего умножителя частоты на два подключен к первому входу первого аналогового перемножителя четвертого умножителя частоты на два и к его первому устройству сдвига фазы, выход которого соединен с первым входом второго аналогового перемножителя, второй вход четвертого умножителя частоты на два подключен ко второму входу его первого аналогового перемножителя и к его второму устройству сдвига фазы, выход которого соединен со вторым входом второго аналогового перемножителя, выход которого подключен ко входу инвертирующего усилителя, а выходы первого аналогового перемножителя и инвертирующего усилителя подключены, соответственно, к положительному и отрицательному входам дифференциального усилителя четвертого умножителя частоты на два, выход которого является выходом устройства, предназначенным для получения частоты входного сигнала, умноженной на семь.

Кроме того, для обеспечения умножения входной частоты прямоугольных импульсов типа меандр на два широкополосный линейный умножитель частоты, включающий два аналоговых перемножителя, согласно полезной модели, дополнительно снабжен первым и вторым генераторами пилообразного напряжения, устройством сдвига фазы и дифференциальным усилителем, причем вход первого генератора пилообразного напряжения является входом устройства, а его выход подключен к первому и второму входам первого аналогового перемножителя и к первому входу устройства сдвига фазы, второй вход которого заземлен, а выход соединен с последовательно включенными вторым генератором пилообразного напряжения и вторым аналоговым перемпожителем, выход которого соединен с отрицательным входом дифференциального усилителя, положительный вход которого подключен к выходу первого аналогового перемножителя, а выход дифференциального усилителя является выходом устройства, предназначенным для получения удвоенной частоты входного сигнала, имеющего форму прямоугольных импульсов типа меандр.

При этом в заявленном умножителе частоты в варианте изготовления устройство сдвига фазы выполнено в виде компаратора, а дифференциальный усилитель выполнен в виде выходного компаратора.

Сущность полезной модели заключается в том, что в заявленном широкополосном линейном умножителе частоты использованы только линейные элементы, что позволяет избежать необходимости включения в состав устройства частотных фильтров, сужающих полосу преобразуемых частот.

Устройство поясняется чертежами, на которых показаны: на фиг.1 - схема умножения входной частоты на два; на фиг.2 - схема умножения входной частоты на три; на фиг.3 - схема сложения входных частот; на фиг.4 - схема вычитания входных частот; на фиг.5 - схема умножения входной частоты на два для прямоугольного сигнала типа меандр; на фиг.6 - схема умножения входной частоты на три для прямоугольного сигнала типа меандр; на фиг.7 - временные диаграммы колебаний синусоидальных сигналов; на фиг.8 - временные диаграммы колебаний прямоугольных сигналов.

В заявленном устройстве реализуется известная из математики формула Муавра, применяемая для синусоидальных сигналов, а именно,

где F - частота входного сигнала;

n - любое целое положительное число больше единицы (n=2, 3, 4) (см. А.Анго, «Математика для электро- и радиоинжеперов», М.: Изд-во «Наука», Гл. ред. Физико-математической литературы, 1967 г., стр.28).

При этом принимается, что фаза (угол) и частота синусоидального сигнала взаимосвязаны.

В частном случае для удвоения частоты входного сигнала указанная выше формула примет вид

Устройство для умножения входной частоты F_вх на два (см. Фиг.1) содержит два аналоговых перемножителя (АП) 1 и 2, устройство 3 сдвига фазы, выполненное, например, в виде интегратора, и дифференциальный усилитель 4, на выходе которого можно получить сигнал с частотой 2F_вх. Форма сигналов представлена на Фиг.7 (А1, А2, Б1, Б2, В1).

Рассмотрим вариант выполнения устройства для средних частот, когда в качестве устройства 3 сдвига фазы используется интегратор на операционных усилителях в режиме интегрирования.

В принципе, сдвиг фазы в данном устройстве может быть осуществлен с помощью и других устройств. В частности, для низкочастотных (НЧ) сигналов - с помощью электромеханического фазовращателя; для высокочастотных (ВЧ) сигналов можно использовать широкополосные линии задержки; для сверхвысоких частот (СВЧ) - согласованные отрезки коаксиальных линий, но все остальные варианты использования, кроме СЧ, требуют дополнительных исследований.

Данная схема требует, чтобы входной сигнал и сигнал с устройства 3 сдвига фазы были одного размаха (амплитуды) и сдвинуты по фазе один относительно другого на 90°, а коэффициенты усиления АП 1 и АП 2 должны быть одинаковыми. При этом применяются элементы схемы с линейной вольтамперной характеристикой или используются линейные участки их характеристик.

Входной синусоидальный сигнал частотой F_вх (Фиг.7, А1) подается на устройство 3 сдвига фазы и на два входа АП 1, где осуществляется получение сигнала с частотой, возведенной в квадрат (Фиг.7, Б1). С выхода устройства 3 сигнал, сдвинутый на 90° (Фиг.7, А2), подается на два входа АП 2, где также производится возведение сигнала в квадрат (Фиг.7, Б2). С выхода АП 1 сигнал поступает на первый (положительный) вход дифференциального усилителя 4, на второй (отрицательный) вход которого поступает сигнал с выхода АП 2. В дифференциальном усилителе 4 производится сравнение (вычитание) сигнала с АП 1 и сигнала с АП 2 с подавлением комбинационных частот. (Фиг.7, В1). Выходной сигнал дифференциального усилителя 4 является выходом устройства (его выходной шиной), с которого снимается сигнал удвоенной частоты входного сигнала 2F_вх , причем синусоидальной формы, также, как на входе устройства.

Схема не содержит частотных фильтров, поэтому имеет широкую полосу частот, которая зависит только от применяемых компонентов и обеспечивает большое быстродействие, точность и когерентность частот.

Рассмотрим далее процесс умножения входной частоты F_вх на три. Для этого умножитель частоты на два, описанный выше, дополнительно снабжен двумя (третьим 5 и четвертым 6) аналоговыми перемножителями, широкополосным усилителем 7 с коэффициентом усиления три и вторым дифференциальным усилителем 8 (см. Фиг.2). Такое устройство будет реализовывать вариант формулы Муавра для n=3, которая примет вид

При этом входной синусоидальный сигнал частотой F_вх (Фиг.7, А1) подается на устройство 3 сдвига фазы и на два входа АП 1, где осуществляется получение сигнала с частотой, возведенной в квадрат (Фиг.7, Б1). Этот сигнал далее поступает на первый вход АП 5, на второй вход которого подается входной сигнал частотой F_вх. При этом на выходе АП 5 получаем сигнал с частотой, возведенной в третью степень (Фиг.7, Г). Кроме того, с выхода устройства 3 сигнал, сдвинутый относительно входного на 90°, поступает на два входа АП 2, на выходе которого получаем частоту сигнала, возведенную в квадрат (Фиг.7, Б2). Этот сигнал затем поступает на первый вход АП 6, на второй вход которого поступает входной сигнал, а на выходе АП 6 получаем сигнал, который необходимо усилить в три раза, поэтому он подается без инверсии на широкополосный усилитель 7 с коэффициентом усиления три (Фиг.7, Д). Сигнал с выхода АП 5 поступает на положительный вход второго дифференциального усилителя 8, а на отрицательный его вход приходит сигнал с усилителя 7.

В дифференциальном усилителе 8 производится вычитание сигнала с выхода АП 5 и сигнала с усилителя 7 с подавлением (взаимоуничтожением) комбинационных частот (Фиг.7, Е). На выходе дифференциального усилителя 8 получаем утроенную синусоидальную частоту входного сигнала 3F_вх.

При этом, для обеспечения более широких функциональных возможностей устройства, сигналы с выходов АП 1 и АП 2 подаются также на положительный и отрицательный входы, соответственно, дифференциального усилителя 4, как это описано для схемы на Фиг.1, на выходе которого получаем синусоидальный сигнал частоты, равной удвоенной входной частоте, т.е. 2F_вх (Фиг.7, В1).

Для получения частоты сигнала с коэффициентом умножения 4 можно применить последовательно включенные две схемы умножения частоты на два, показанные на Фиг.1, что позволит реализовать формулу Муавра в виде:

Дальнейшее умножение частоты на 5, 6, 7, 8, 9 в соответствии с формулой Муавра в общем виде, приведенной выше, т.е.

реализовать возможно, но слишком сложно, т.к. число последовательно включенных АП будет равно 2n, и умножение за счет паразитных связей будет неустойчивым, поэтому проще производить умножение входной частоты путем сложения или вычитания промежуточных результатов преобразования частот. Кроме того, при необходимости получения коэффициентов умножения более трех усиление сигналов в процессе преобразования частот потребует более высокого напряжения питания, поскольку при низких напряжениях возникает ограничение амплитуды сигнала с появлением нелинейных искажений.

Тогда для сложения частот в общем виде может быть использована формула:

где F1 и F2 - частоты сигналов, подаваемых на два входа широкополосного линейного умножителя частоты (см. С.Н.Старков, «Справочник по математическим формулам и графикам функций для студентов», Спб.: Изд-во «Питер», 2009 г., стр.32).

Например, т.к. в схеме умножения частоты на три (Фиг.2) имеется два выхода с частотами 2F _вх и 3F_вх, то для получения умножения входной частоты на пять реализуют сложение частоты по формуле (5), для чего на выходе умножителя частоты на три, показанного на Фиг.2, можно поставить устройство, аналогичное умножителю частоты на два.

Другими словами, на вход умножителя частоты на пять (см. Фиг.3) подаются две когерентные частоты F1 и F2 с выхода умножителя частоты на три, причем F1=2F_вх , F2=3F_вх.

В варианте исполнения устройства сигнал входной частоты F1 (Фиг.7, В1) подается на первый вход АП 1 и на вход устройства 3 сдвига фазы, выполненного в виде интегратора (Фиг.7, Ж2), выход которого соединен с первым входом АП 2. Сигнал входной частоты F2 (Фиг.7, Е) подается на второй вход АП 1 и на вход второго устройства 9 сдвига фазы, также выполненного в виде интегратора (Фиг.7, Ж1), выход которого соединен со вторым входом АП 2. Сигналы с выходов АП 1 (Фиг.7, И) и АП 2 (Фиг.7, К) поступают на входы дифференциального усилителя 4, на выходе которого получаем сумму частот F1 и F2 (Фиг.7, Л), которая, при условии подачи на входе сигналов с частотами 2F_вх и 3F_вх, будет равна 5F_вх. Таким образом, получаем коэффициент умножения частоты на 5, при этом полученный сигнал имеет синусоидальную форму.

Аналогично, для получения умножения входной частоты на шесть, т.е. 6F _вх, необходимо сигнал с частотой 2F_вx (с выхода схемы на Фиг.1) подать на схему умножения частоты на три (Фиг.2) и получим на первом его выходе сигнал с частотой 4F_вх , а на втором выходе - 6F_вх.

Для получения умножения входной частоты на семь (7F_вх) необходимо входную частоту F_вх подать на три последовательно включенных схемы умножения частоты на два, и, получив сигнал с частотой 8F_вх, вычесть из него сигнал входной частоты F_вx, как показано на Фиг.4. При этом реализуется формула:

где F1 и F2 - частоты сигналов, подаваемых на два входа широкополосного линейного умножителя частоты.

В варианте исполнения этого устройства сигнал входной частоты F1=8F_вх подается на первый вход АП 1 и на вход устройства 3 сдвига фазы, выполненного в виде интегратора, выход которого соединен с первым входом АП 2. На второй вход АП 1 поступает входной сигнал с частотой F2=F_вх, одновременно этот же входной сигнал поступает на вход второго устройства 9 сдвига фазы, также выполненного в виде интегратора, выход которого соединен со вторым входом АП 2. Сигнал с выхода АП 1 поступает на положительный вход дифференциального усилителя 4, а сигнал с выхода АП 2 необходимо подать на инвертирующий усилитель 10 с единичным коэффициентом усиления, выход которого подключен к отрицательному входу дифференциального усилителя 4, на выходе которого, таким образом, получаем сигнал с частотой 7F_вх , причем боковые гармоники взаимно уничтожаются вследствие когерентности входных сигналов.

Аналогично вышеизложенному, применяя две последовательно включенных схемы умножения частоты на три (Фиг.2), получаем коэффициент умножения частоты на девять. Таким образом, можно получить устройства для умножения входной частоты синусоидального сигнала па любое целое число от 2 до 9 и далее.

Работоспособность описанных выше схем умножения доказана расчетами с помощью компьютера и подтверждена макетными испытаниями. Все эти устройства можно реализовать в виде микросхем, например, на базе микросхем типа ИМС К174ПС1 и К544УД2А; испытания проводились при напряжении питания ±6 B, входной частоте 1 КГц и амплитуде 0,5 B. Устройство позволяет производить операции преобразования частоты в широком диапазоне частот от НЧ до СВЧ.

Если на входе устройства имеется сигнал прямоугольной формы типа меандр, то можно было бы с помощью фильтров выделить синусоидальный сигнал и дальше преобразовывать его, как описано выше, однако при этом уменьшается полоса частот. Для данного случая целесообразнее преобразовать сигнал типа меандр в пилообразный сигнал, который содержит только нечетные гармоники, причем размах гармоник убывает по мере возрастания гармоник в квадратичной зависимости.

В варианте исполнения устройства схема широкополосного линейного умножителя частоты на два (Фиг.5), включающая два аналоговых перемножителя (АП) 1 и 2, содержит на входе генератор пилообразного напряжения (ГПН) 11, выход которого соединен со входами первого АП 1, а также с первым входом устройства 3 сдвига фазы, выполненного, например, в виде компаратора, второй вход которого заземлен, а выход подключен ко второму генератору пилообразного напряжения (ГПН) 12, выход которого, в свою очередь, соединен со входами второго АП 2. Выходы обоих аналоговых перемножителей АП 1 и АП 2 подключены, соответственно, к положительному и отрицательному входам дифференциального усилителя, выполненного, например, в виде выходного компаратора 13, на выходе которого получаем сигнал удвоенной частоты входного сигнала 2F_вх, имеющий форму прямоугольных импульсов типа меандр. Форма сигналов представлена на Фиг.8 (А1, А2, Б1, Б2, В1).

Для данной схемы необходимо, чтобы сигналы с ГПН 11 и 12 были одинаковы по амплитуде и сдвинуты по фазе один относительно другого на 90°, а коэффициенты усиления АП 1 и АП 2 были бы одинаковыми. При этом применяются элементы схемы с линейной вольтамперной характеристикой или используются линейные участки их характеристик.

Входной сигнал прямоугольных импульсов типа меандр (Фиг.8, А1) поступает на ГПН 11, с выхода которого пилообразный сигнал (Фиг.8, А2) подается на два входа АП 1, на выходе которого получаем частоту сигнала, возведенную в квадрат (Фиг.8, В1), и на устройство 3 сдвига фазы, например, компаратор, с выхода которого получают прямоугольные импульсы типа меандр, сдвинутые по фазе относительно входного сигнала на 90° (Фиг.8, Б1). Импульсы с этого компаратора подаются на второй ГПН 12 (Фиг.8, Б2), с выхода которого сигнал поступает на оба входа АП 2, на выходе которого также получаем частоту сигнала, возведенную в квадрат (Фиг.8, В2). Далее с выхода АП 1 сигнал поступает на первый (положительный) вход выходного компаратора 13, а на второй (отрицательный) его вход поступает сигнал с выхода АП 2, где производится вычитание указанных сигналов с подавлением комбинационных частот. Выход компаратора 13 является выходом устройства и связан с его выходной шиной, при этом получаем выходной сигнал частотой 2F_вх, имеющий форму прямоугольных импульсов типа меандр (Фиг.8, Г1).

Такая схема не содержит частотных фильтров, поэтому имеет широкую полосу частот, которая зависит только от применяемых компонентов и обеспечивает большое быстродействие и точность.

Для умножения входной частоты F_вх прямоугольных импульсов типа меандр на три умножитель частоты на два, описанный выше, дополнительно снабжен двумя (третьим и четвертым) аналоговыми перемножителями (АП 5 и АП 6, соответственно), широкополосным усилителем 7 с коэффициентом усиления три и вторым выходным компаратором 14 (см. Фиг.6).

При этом на выходе АП 5 и на выходе широкополосного усилителя 7 получаем сигналы сложной формы, показанные на Фиг.8, Д и Фиг.8, Е, соответственно. При идеальном вычитании получим суммарный сигнал сложной формы, как показано на Фиг.8, Ж2, а т.к. на выходе устройства установлен второй выходной компаратор 14, то сигнал на выходе умножителя также получим в виде прямоугольных импульсов типа меандр утроенной частоты входного сигнала (Фиг.8, Ж1). В то же время на выходе компаратора 13 получаем сигнал удвоенной входной частоты.

По такому же принципу могут быть собраны устройства умножения частоты прямоугольных импульсов типа меандр на пять, на семь и т.д.

Использование заявленного умножителя частоты позволяет расширить функциональные возможности устройства, повысить точность умножения частот за счет устранения (уничтожения) комбинационных частот, упростить схему устройства и ее расчеты, избежать применения избирательных цепей и, как результат, увеличить полосы оперируемых частот, проводить преобразования в широком диапазоне частот от НЧ до СВЧ. Единственным частотно-зависимым элементом устройства являются емкости в интеграторах и ГПН (чем ниже частота, тем больше емкость).

1. Широкополосный линейный умножитель частоты, включающий два аналоговых перемножителя, отличающийся тем, что он снабжен устройством сдвига фазы и дифференциальным усилителем, причем входы первого аналогового перемножителя являются входом устройства, выход первого аналогового перемножителя подключен к положительному входу дифференциального усилителя, отрицательный вход которого подключен к выходу второго аналогового перемножителя, входы которого соединены с выходом устройства сдвига фазы, вход которого связан с входом устройства, а выход дифференциального усилителя является выходом устройства.

2. Умножитель частоты по п.1, отличающийся тем, что в нем устройство сдвига фазы выполнено в виде интегратора.

3. Умножитель частоты по п.2, отличающийся тем, что для обеспечения умножения входной частоты на три устройство дополнительно снабжено двумя аналоговыми перемножителями, широкополосным усилителем с коэффициентом усиления три и вторым дифференциальным усилителем, причем первые входы третьего и четвертого дополнительных аналоговых перемножителей подключены к выходам первого и второго аналоговых перемножителей, соответственно, вторые входы третьего и четвертого аналоговых перемножителей соединены со входом устройства, выход третьего аналогового перемножителя подключен к положительному входу второго дифференциального усилителя, отрицательный вход которого соединен с выходом широкополосного усилителя с коэффициентом усиления три, вход которого связан с выходом четвертого аналогового перемножителя, а выход второго дифференциального усилителя является вторым выходом устройства, предназначенным для получения утроенной частоты входного сигнала.

4. Умножитель частоты по п.3, отличающийся тем, что для умножения входной частоты на пять к выходам умножителя частоты на три подключен умножитель частоты на два, дополнительно снабженный вторым устройством сдвига фазы, выполненным в виде интегратора, причем первый выход умножителя частоты на три подключен к первому входу первого аналогового перемножителя умножителя частоты на два и к его первому устройству сдвига фазы, выход которого соединен с первым входом второго аналогового перемножителя, второй выход умножителя частоты на три подключен ко второму входу первого аналогового перемножителя умножителя частоты на два и к его второму устройству сдвига фазы, выход которого соединен со вторым входом второго аналогового перемножителя, выходы первого и второго аналоговых перемножителей подключены, соответственно, к положительному и отрицательному входам дифференциального усилителя умножителя частоты на два, выход которого является выходом устройства, предназначенным для получения частоты входного сигнала, умноженной на пять.

5. Умножитель частоты по п.2, отличающийся тем, что для умножения входной частоты на семь к выходу третьего из последовательно включенных умножителей частоты на два подключен четвертый умножитель частоты на два, дополнительно снабженный вторым устройством сдвига фазы, выполненным в виде интегратора, и инвертирующим усилителем с единичным коэффициентом усиления, причем выход третьего умножителя частоты на два подключен к первому входу первого аналогового перемножителя четвертого умножителя частоты на два и к его первому устройству сдвига фазы, выход которого соединен с первым входом второго аналогового перемножителя, второй вход четвертого умножителя частоты на два подключен ко второму входу его первого аналогового перемножителя и к его второму устройству сдвига фазы, выход которого соединен со вторым входом второго аналогового перемножителя, выход которого подключен ко входу инвертирующего усилителя, а выходы первого аналогового перемножителя и инвертирующего усилителя подключены, соответственно, к положительному и отрицательному входам дифференциального усилителя четвертого умножителя частоты на два, выход которого является выходом устройства, предназначенным для получения частоты входного сигнала, умноженной на семь.

6. Широкополосный линейный умножитель частоты, включающий два аналоговых перемножителя, отличающийся тем, что для обеспечения умножения входной частоты прямоугольных импульсов типа меандр на два он дополнительно снабжен первым и вторым генераторами пилообразного напряжения, устройством сдвига фазы и дифференциальным усилителем, причем вход первого генератора пилообразного напряжения является входом устройства, а его выход подключен к первому и второму входам первого аналогового перемножителя и к первому входу устройства сдвига фазы, второй вход которого заземлен, а выход соединен с последовательно включенными вторым генератором пилообразного напряжения и вторым аналоговым перемножителем, выход которого соединен с отрицательным входом дифференциального усилителя, положительный вход которого подключен к выходу первого аналогового перемножителя, а выход дифференциального усилителя является выходом устройства, предназначенным для получения удвоенной частоты входного сигнала, имеющего форму прямоугольных импульсов типа меандр.

7. Умножитель частоты по п.6, отличающийся тем, что в нем устройство сдвига фазы выполнено в виде компаратора.

8. Умножитель частоты по п.6, отличающийся тем, что в нем дифференциальный усилитель выполнен в виде выходного компаратора.