2025年大學(xué)建筑頻率上轉(zhuǎn)換期末考卷2025年大學(xué)建筑頻率上轉(zhuǎn)換期末考卷

姓名：______班級(jí)：______學(xué)號(hào)：______得分：______

（考試時(shí)間：90分鐘，滿分：100分）

1.**單選題（共5題，每題2分，計(jì)10分）**

題目：1-5

2.**多選題（共3題，每題3分，計(jì)9分）**

題目：6-8

3.**填空題（共4題，每題2分，計(jì)8分）**

題目：9-12

4.**簡(jiǎn)答題（共3題，每題5分，計(jì)15分）**

題目：13-15

5.**計(jì)算題（共3題，每題6分，計(jì)18分）**

題目：16-18

6.**分析題（共2題，每題10分，計(jì)20分）**

題目：19-20

7.**設(shè)計(jì)題（共2題，每題17分，計(jì)34分）**

題目：21-22

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**1.單選題（共5題，每題2分，計(jì)10分）**

1.頻率上轉(zhuǎn)換的基本原理是利用非線性器件實(shí)現(xiàn)（）。

A.頻率下移

B.頻率上移

C.幅度調(diào)制

D.相位鎖定

2.在模擬信號(hào)上轉(zhuǎn)換過(guò)程中，混頻器的角色是（）。

A.放大信號(hào)

B.濾波噪聲

C.變換頻率

D.穩(wěn)定相位

3.上轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生雜散信號(hào)的主要原因是（）。

A.濾波器帶寬不足

B.混頻器不平衡

C.振蕩器頻率漂移

D.電源干擾

4.哈特萊上轉(zhuǎn)換電路中，輸出信號(hào)的主要成分是（）。

A.本振信號(hào)

B.基帶信號(hào)

C.差頻信號(hào)

D.和頻信號(hào)

5.在微波頻率上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，常見(jiàn)的非線性器件是（）。

A.二極管

B.晶體管

C.光電二極管

D.固體激光器

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**2.多選題（共3題，每題3分，計(jì)9分）**

6.上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括（）。

A.轉(zhuǎn)換增益

B.噪聲系數(shù)

C.頻率穩(wěn)定性

D.功耗效率

E.線性度

7.影響頻率上轉(zhuǎn)換效率的因素有（）。

A.混頻器隔離度

B.本振功率

C.基帶信號(hào)幅度

D.耦合損耗

E.天線方向性

8.上轉(zhuǎn)換電路中常見(jiàn)的失真類型包括（）。

A.互調(diào)失真

B.頻率偏移

C.幅度調(diào)制

D.組合頻率失真

E.噪聲放大

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**3.填空題（共4題，每題2分，計(jì)8分）**

9.頻率上轉(zhuǎn)換的基本公式為\(f_{out}=|f_{LO}\pmf_{in}|\)，其中\(zhòng)(f_{LO}\)代表______。

10.在哈特萊上轉(zhuǎn)換電路中，電容\(C\)的作用是______。

11.上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，為了減少雜散響應(yīng)，通常采用______濾波器。

12.光纖上轉(zhuǎn)換技術(shù)中，常用的非線性效應(yīng)是______。

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**4.簡(jiǎn)答題（共3題，每題5分，計(jì)15分）**

13.簡(jiǎn)述頻率上轉(zhuǎn)換的基本原理及其應(yīng)用場(chǎng)景。

14.解釋混頻器在頻率上轉(zhuǎn)換中的作用及其主要技術(shù)指標(biāo)。

15.說(shuō)明上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中如何抑制互調(diào)失真，并列舉兩種常用方法。

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**5.計(jì)算題（共3題，每題6分，計(jì)18分）**

16.已知上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，本振頻率\(f_{LO}=6GHz\)，基帶信號(hào)頻率\(f_{in}=1GHz\)，求和頻與差頻信號(hào)的頻率。

17.某哈特萊上轉(zhuǎn)換電路中，電容\(C=100pF\)，電感\(zhòng)(L=10nH\)，求諧振頻率\(f_{0}\)。

18.上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，混頻器的轉(zhuǎn)換增益為20dB，輸入信號(hào)功率為10mW，求輸出信號(hào)功率。

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**6.分析題（共2題，每題10分，計(jì)20分）**

19.分析頻率上轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生雜散信號(hào)的原因，并提出三種抑制措施。

20.比較哈特萊上轉(zhuǎn)換電路和平衡混頻器上轉(zhuǎn)換電路的優(yōu)缺點(diǎn)，并說(shuō)明適用場(chǎng)景。

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**7.設(shè)計(jì)題（共2題，每題17分，計(jì)34分）**

21.設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的微波頻率上轉(zhuǎn)換電路，要求：

-本振頻率為5GHz，基帶信號(hào)頻率為500MHz；

-說(shuō)明電路結(jié)構(gòu)，包括混頻器、濾波器等元件；

-分析主要性能指標(biāo)（如增益、噪聲系數(shù)）。

22.設(shè)計(jì)一個(gè)光纖頻率上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，要求：

-輸入信號(hào)波長(zhǎng)為1550nm，輸出信號(hào)波長(zhǎng)為1310nm；

-說(shuō)明核心器件（如激光器、調(diào)制器）；

-分析系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)景。

8.**判斷題（共4題，每題2分，計(jì)8分）**

題目：23-26

9.**名詞解釋（共3題，每題4分，計(jì)12分）**

題目：27-29

10.**簡(jiǎn)答題（共4題，每題6分，計(jì)24分）**

題目：30-33

11.**計(jì)算題（共2題，每題8分，計(jì)16分）**

題目：34-35

12.**分析題（共1題，計(jì)10分）**

題目：36

13.**設(shè)計(jì)題（共1題，計(jì)20分）**

題目：37

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**8.判斷題（共4題，每題2分，計(jì)8分）**

23.頻率上轉(zhuǎn)換過(guò)程中，本振信號(hào)的頻率必須高于基帶信號(hào)頻率。

24.哈特萊上轉(zhuǎn)換電路中，電感\(zhòng)(L\)和電容\(C\)并聯(lián)構(gòu)成諧振回路。

25.互調(diào)失真是上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中不可避免的非線性失真。

26.光纖上轉(zhuǎn)換技術(shù)中，非線性效應(yīng)主要發(fā)生在光纖的纖芯區(qū)域。

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**9.名詞解釋（共3題，每題4分，計(jì)12分）**

27.上轉(zhuǎn)換：

28.混頻器：

29.雜散信號(hào)：

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**10.簡(jiǎn)答題（共4題，每題6分，計(jì)24分）**

30.簡(jiǎn)述頻率上轉(zhuǎn)換與頻率下轉(zhuǎn)換的區(qū)別及其應(yīng)用場(chǎng)景。

31.解釋哈特萊上轉(zhuǎn)換電路的工作原理，并說(shuō)明其優(yōu)缺點(diǎn)。

32.上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，濾波器的作用是什么？常見(jiàn)的濾波器類型有哪些？

33.光纖上轉(zhuǎn)換技術(shù)中，非線性效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制是什么？如何減小其影響？

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**11.計(jì)算題（共2題，每題8分，計(jì)16分）**

34.已知上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，本振功率為20dBm，基帶信號(hào)功率為0dBm，混頻器效率為70%，求輸出信號(hào)功率。

35.某哈特萊上轉(zhuǎn)換電路中，電容\(C=50pF\)，電感\(zhòng)(L=5nH\)，求電路的諧振頻率\(f_{0}\)及帶寬\(BW\)。

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**12.分析題（共1題，計(jì)10分）**

36.分析頻率上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中噪聲的主要來(lái)源，并提出三種降低噪聲的方法。

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**13.設(shè)計(jì)題（共1題，計(jì)20分）**

37.設(shè)計(jì)一個(gè)基于二極管的平衡混頻器上轉(zhuǎn)換電路，要求：

-本振頻率為4GHz，基帶信號(hào)頻率為200MHz；

-說(shuō)明電路結(jié)構(gòu)，包括二極管、電阻、電容等元件；

-分析電路的主要性能指標(biāo)（如隔離度、轉(zhuǎn)換增益）。

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**答案部分**

**1.單選題（共5題，每題2分，計(jì)10分）**

1.B

2.C

3.B

4.D

5.A

**2.多選題（共3題，每題3分，計(jì)9分）**

6.A,B,D,E

7.A,B,C,D

8.A,B,D,E

**3.填空題（共4題，每題2分，計(jì)8分）**

9.本振頻率

10.提供反饋信號(hào)，形成振蕩

11.帶通

12.受激拉曼散射/受激布里淵散射

**4.簡(jiǎn)答題（共3題，每題5分，計(jì)15分）**

13.頻率上轉(zhuǎn)換利用非線性器件將低頻信號(hào)（基帶信號(hào)）與高頻載波（本振信號(hào)）混合，產(chǎn)生更高頻率的輸出信號(hào)。應(yīng)用場(chǎng)景包括微波通信、雷達(dá)系統(tǒng)、光纖通信等。

14.混頻器在頻率上轉(zhuǎn)換中實(shí)現(xiàn)頻率變換，主要技術(shù)指標(biāo)包括轉(zhuǎn)換增益、隔離度、噪聲系數(shù)和線性度。

15.抑制互調(diào)失真的方法：①提高混頻器線性度；②增加濾波器帶寬；③采用平衡混頻器結(jié)構(gòu)。

**5.計(jì)算題（共3題，每題6分，計(jì)18分）**

16.和頻：7GHz；差頻：5GHz

17.\(f_{0}=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}=159.15MHz\)

18.輸出功率=輸入功率×轉(zhuǎn)換增益=10mW×10^2=1W

**6.分析題（共2題，每題10分，計(jì)20分）**

19.雜散信號(hào)產(chǎn)生原因：本振信號(hào)與輸入信號(hào)的非線性混合。抑制措施：①提高混頻器隔離度；②使用帶通濾波器；③優(yōu)化本振功率。

20.哈特萊電路簡(jiǎn)單、成本低，但線性度差；平衡混頻器線性度好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。哈特萊適用于低功率應(yīng)用，平衡混頻器適用于高功率或高線性度需求。

**7.設(shè)計(jì)題（共2題，每題17分，計(jì)34分）**

21.電路結(jié)構(gòu)：混頻器（二極管）、帶通濾波器、放大器。性能指標(biāo)：增益≥10dB，噪聲系數(shù)≤5dB。

22.核心器件：激光器、調(diào)制器、光纖放大器。優(yōu)點(diǎn)：低損耗、高帶寬；缺點(diǎn)：對(duì)環(huán)境敏感、設(shè)備昂貴。

**8.判斷題（共4題，每題2分，計(jì)8分）**

23.×（本振頻率可高于或低于基帶頻率）

24.√

25.√

26.√

**9.名詞解釋（共3題，每題4分，計(jì)12分）**

27.上轉(zhuǎn)換：將低頻信號(hào)通過(guò)混頻器與本振信號(hào)混合，產(chǎn)生更高頻率的輸出信號(hào)的過(guò)程。

28.混頻器：實(shí)現(xiàn)不同頻率信號(hào)之間變換的器件，通常利用非線性特性。

29.雜散信號(hào)：上轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的非期望頻率信號(hào)，影響系統(tǒng)性能。

**10.簡(jiǎn)答題（共4題，每題6分，計(jì)24分）**

30.上轉(zhuǎn)換將低頻信號(hào)提升至高頻，用于微波/光纖通信；下轉(zhuǎn)換相反，用于解調(diào)。上轉(zhuǎn)換適用于發(fā)射，下轉(zhuǎn)換適用于接收。

31.原理：利用電感電容諧振，本振信號(hào)通過(guò)變壓器耦合至基帶信號(hào)，產(chǎn)生差頻輸出。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：隔離度低。

32.濾波器去除非期望頻率成分，提高信號(hào)質(zhì)量。類型：帶通、低通、高通濾波器。

33.非線性效應(yīng)：光強(qiáng)與頻率相互作用產(chǎn)生新頻率。減小方法：降低光功率、使用色散補(bǔ)償。

**11.計(jì)算題（共2題，每題8分，計(jì)16分）**

34.輸出功率=10mW×10^1×0.7=70mW

35.\(f_{0}=31.83MHz\)，\(BW=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}\times\sqrt{2\ln(2)}=45.5MHz\)

**12.分析題（共1題，計(jì)10分）**

36.噪聲來(lái)源：本振噪聲、輸入信號(hào)噪聲、混頻器熱噪聲。降低方法：使用低噪聲放大器、優(yōu)化濾波器、降低本振功率。

**13.設(shè)計(jì)題（共1題，計(jì)20分）**

37.電路結(jié)構(gòu)：二極管平衡橋、電阻、電容。性能指標(biāo)：隔離度≥30dB，增益≥15dB。

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**知識(shí)點(diǎn)總結(jié)部分**

**一、頻率上轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)理論**

1.**頻率變換原理**

-非線性器件（二極管、晶體管）實(shí)現(xiàn)頻率混合

-數(shù)學(xué)模型：\(f_{out}=|f_{LO}\pmf_{in}|\)

-應(yīng)用：微波通信、雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生

2.**哈特萊上轉(zhuǎn)換電路**

-元件：電感、電容、變壓器

-特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低

-計(jì)算公式：諧振頻率\(f_{0}=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}\)

**二、關(guān)鍵性能指標(biāo)**

1.**轉(zhuǎn)換增益**

-定義：輸出信號(hào)功率與輸入信號(hào)功率之比

-影響因素：混頻器效率、本振功率

2.**噪聲系數(shù)**

-定義：信號(hào)質(zhì)量下降程度

-計(jì)算公式：\(NF=10\log\left(1+\frac{kT_{eq}BW}{P_{in}}\right)\)

3.**線性度指標(biāo)**

-互調(diào)失真：三階交調(diào)點(diǎn)（IP3）

-組合頻率失真：帶外信號(hào)干擾

**三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要素**

1.**混頻器類型**

-哈特萊：適用于低功率

-平衡混頻器：高線性度、高隔離度

2.**濾波器設(shè)計(jì)**

-作用：抑制雜散信號(hào)

-類型：帶通、低通（用于帶外抑制）

3.**光纖上轉(zhuǎn)換技術(shù)**

-非線性效應(yīng)：受激拉曼散射（SRS）、受激布里淵散射（SBS）

-應(yīng)用：光通信、光傳感

**四、各題型知識(shí)點(diǎn)詳解及示例**

**1.單選題**

-示例：混頻器作用（C）→考察對(duì)頻率變換原理的掌握

-示例：雜散信號(hào)來(lái)源（B）→考察非線性器件特性

**2.多選題**

-示例：性能指標(biāo)（A,B,D,E）→考察對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化要素的全面理解

-示例：影響效率因素（A,B,C,D）→考察器件參數(shù)與性能關(guān)聯(lián)

**3.填空題**

-示例：本振頻率→考察基本概念定義

-示例：非線性效應(yīng)→考察光纖技術(shù)專業(yè)詞匯

**4.簡(jiǎn)答題**

-示例：上轉(zhuǎn)換與下轉(zhuǎn)換區(qū)別→考察對(duì)逆過(guò)程的對(duì)比理解

-示例：哈特萊電路優(yōu)缺點(diǎn)→