2025年大学建筑频率上转换期末考卷

2025年大学建筑频率上转换期末考卷2025年大学建筑频率上转换期末考卷

姓名：______班级：______学号：______得分：______

（考试时间：90分钟，满分：100分）

1.**单选题（共5题，每题2分，计10分）**

题目：1-5

2.**多选题（共3题，每题3分，计9分）**

题目：6-8

3.**填空题（共4题，每题2分，计8分）**

题目：9-12

4.**简答题（共3题，每题5分，计15分）**

题目：13-15

5.**计算题（共3题，每题6分，计18分）**

题目：16-18

6.**分析题（共2题，每题10分，计20分）**

题目：19-20

7.**设计题（共2题，每题17分，计34分）**

题目：21-22

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**1.单选题（共5题，每题2分，计10分）**

1.频率上转换的基本原理是利用非线性器件实现（）。

A.频率下移

B.频率上移

C.幅度调制

D.相位锁定

2.在模拟信号上转换过程中，混频器的角色是（）。

A.放大信号

B.滤波噪声

C.变换频率

D.稳定相位

3.上转换过程中产生杂散信号的主要原因是（）。

A.滤波器带宽不足

B.混频器不平衡

C.振荡器频率漂移

D.电源干扰

4.哈特莱上转换电路中，输出信号的主要成分是（）。

A.本振信号

B.基带信号

C.差频信号

D.和频信号

5.在微波频率上转换系统中，常见的非线性器件是（）。

A.二极管

B.晶体管

C.光电二极管

D.固体激光器

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**2.多选题（共3题，每题3分，计9分）**

6.上转换系统的性能指标包括（）。

A.转换增益

B.噪声系数

C.频率稳定性

D.功耗效率

E.线性度

7.影响频率上转换效率的因素有（）。

A.混频器隔离度

B.本振功率

C.基带信号幅度

D.耦合损耗

E.天线方向性

8.上转换电路中常见的失真类型包括（）。

A.互调失真

B.频率偏移

C.幅度调制

D.组合频率失真

E.噪声放大

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**3.填空题（共4题，每题2分，计8分）**

9.频率上转换的基本公式为\(f_{out}=|f_{LO}\pmf_{in}|\)，其中\(f_{LO}\)代表______。

10.在哈特莱上转换电路中，电容\(C\)的作用是______。

11.上转换系统中，为了减少杂散响应，通常采用______滤波器。

12.光纤上转换技术中，常用的非线性效应是______。

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**4.简答题（共3题，每题5分，计15分）**

13.简述频率上转换的基本原理及其应用场景。

14.解释混频器在频率上转换中的作用及其主要技术指标。

15.说明上转换系统中如何抑制互调失真，并列举两种常用方法。

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**5.计算题（共3题，每题6分，计18分）**

16.已知上转换系统中，本振频率\(f_{LO}=6GHz\)，基带信号频率\(f_{in}=1GHz\)，求和频与差频信号的频率。

17.某哈特莱上转换电路中，电容\(C=100pF\)，电感\(L=10nH\)，求谐振频率\(f_{0}\)。

18.上转换系统中，混频器的转换增益为20dB，输入信号功率为10mW，求输出信号功率。

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**6.分析题（共2题，每题10分，计20分）**

19.分析频率上转换过程中产生杂散信号的原因，并提出三种抑制措施。

20.比较哈特莱上转换电路和平衡混频器上转换电路的优缺点，并说明适用场景。

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**7.设计题（共2题，每题17分，计34分）**

21.设计一个简单的微波频率上转换电路，要求：

-本振频率为5GHz，基带信号频率为500MHz；

-说明电路结构，包括混频器、滤波器等元件；

-分析主要性能指标（如增益、噪声系数）。

22.设计一个光纤频率上转换系统，要求：

-输入信号波长为1550nm，输出信号波长为1310nm；

-说明核心器件（如激光器、调制器）；

-分析系统优缺点及适用场景。

8.**判断题（共4题，每题2分，计8分）**

题目：23-26

9.**名词解释（共3题，每题4分，计12分）**

题目：27-29

10.**简答题（共4题，每题6分，计24分）**

题目：30-33

11.**计算题（共2题，每题8分，计16分）**

题目：34-35

12.**分析题（共1题，计10分）**

题目：36

13.**设计题（共1题，计20分）**

题目：37

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**8.判断题（共4题，每题2分，计8分）**

23.频率上转换过程中，本振信号的频率必须高于基带信号频率。

24.哈特莱上转换电路中，电感\(L\)和电容\(C\)并联构成谐振回路。

25.互调失真是上转换系统中不可避免的非线性失真。

26.光纤上转换技术中，非线性效应主要发生在光纤的纤芯区域。

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**9.名词解释（共3题，每题4分，计12分）**

27.上转换：

28.混频器：

29.杂散信号：

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**10.简答题（共4题，每题6分，计24分）**

30.简述频率上转换与频率下转换的区别及其应用场景。

31.解释哈特莱上转换电路的工作原理，并说明其优缺点。

32.上转换系统中，滤波器的作用是什么？常见的滤波器类型有哪些？

33.光纤上转换技术中，非线性效应的产生机制是什么？如何减小其影响？

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**11.计算题（共2题，每题8分，计16分）**

34.已知上转换系统中，本振功率为20dBm，基带信号功率为0dBm，混频器效率为70%，求输出信号功率。

35.某哈特莱上转换电路中，电容\(C=50pF\)，电感\(L=5nH\)，求电路的谐振频率\(f_{0}\)及带宽\(BW\)。

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**12.分析题（共1题，计10分）**

36.分析频率上转换系统中噪声的主要来源，并提出三种降低噪声的方法。

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**13.设计题（共1题，计20分）**

37.设计一个基于二极管的平衡混频器上转换电路，要求：

-本振频率为4GHz，基带信号频率为200MHz；

-说明电路结构，包括二极管、电阻、电容等元件；

-分析电路的主要性能指标（如隔离度、转换增益）。

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**答案部分**

**1.单选题（共5题，每题2分，计10分）**

1.B

2.C

3.B

4.D

5.A

**2.多选题（共3题，每题3分，计9分）**

6.A,B,D,E

7.A,B,C,D

8.A,B,D,E

**3.填空题（共4题，每题2分，计8分）**

9.本振频率

10.提供反馈信号，形成振荡

11.带通

12.受激拉曼散射/受激布里渊散射

**4.简答题（共3题，每题5分，计15分）**

13.频率上转换利用非线性器件将低频信号（基带信号）与高频载波（本振信号）混合，产生更高频率的输出信号。应用场景包括微波通信、雷达系统、光纤通信等。

14.混频器在频率上转换中实现频率变换，主要技术指标包括转换增益、隔离度、噪声系数和线性度。

15.抑制互调失真的方法：①提高混频器线性度；②增加滤波器带宽；③采用平衡混频器结构。

**5.计算题（共3题，每题6分，计18分）**

16.和频：7GHz；差频：5GHz

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

18.输出功率=输入功率×转换增益=10mW×10^2=1W

**6.分析题（共2题，每题10分，计20分）**

19.杂散信号产生原因：本振信号与输入信号的非线性混合。抑制措施：①提高混频器隔离度；②使用带通滤波器；③优化本振功率。

20.哈特莱电路简单、成本低，但线性度差；平衡混频器线性度好，但结构复杂。哈特莱适用于低功率应用，平衡混频器适用于高功率或高线性度需求。

**7.设计题（共2题，每题17分，计34分）**

21.电路结构：混频器（二极管）、带通滤波器、放大器。性能指标：增益≥10dB，噪声系数≤5dB。

22.核心器件：激光器、调制器、光纤放大器。优点：低损耗、高带宽；缺点：对环境敏感、设备昂贵。

**8.判断题（共4题，每题2分，计8分）**

23.×（本振频率可高于或低于基带频率）

24.√

25.√

26.√

**9.名词解释（共3题，每题4分，计12分）**

27.上转换：将低频信号通过混频器与本振信号混合，产生更高频率的输出信号的过程。

28.混频器：实现不同频率信号之间变换的器件，通常利用非线性特性。

29.杂散信号：上转换过程中产生的非期望频率信号，影响系统性能。

**10.简答题（共4题，每题6分，计24分）**

30.上转换将低频信号提升至高频，用于微波/光纤通信；下转换相反，用于解调。上转换适用于发射，下转换适用于接收。

31.原理：利用电感电容谐振，本振信号通过变压器耦合至基带信号，产生差频输出。优点：结构简单；缺点：隔离度低。

32.滤波器去除非期望频率成分，提高信号质量。类型：带通、低通、高通滤波器。

33.非线性效应：光强与频率相互作用产生新频率。减小方法：降低光功率、使用色散补偿。

**11.计算题（共2题，每题8分，计16分）**

34.输出功率=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.分析题（共1题，计10分）**

36.噪声来源：本振噪声、输入信号噪声、混频器热噪声。降低方法：使用低噪声放大器、优化滤波器、降低本振功率。

**13.设计题（共1题，计20分）**

37.电路结构：二极管平衡桥、电阻、电容。性能指标：隔离度≥30dB，增益≥15dB。

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**知识点总结部分**

**一、频率上转换基础理论**

1.**频率变换原理**

-非线性器件（二极管、晶体管）实现频率混合

-数学模型：\(f_{out}=|f_{LO}\pmf_{in}|\)

-应用：微波通信、雷达信号产生

2.**哈特莱上转换电路**

-元件：电感、电容、变压器

-特点：结构简单、成本低

-计算公式：谐振频率\(f_{0}=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}\)

**二、关键性能指标**

1.**转换增益**

-定义：输出信号功率与输入信号功率之比

-影响因素：混频器效率、本振功率

2.**噪声系数**

-定义：信号质量下降程度

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

3.**线性度指标**

-互调失真：三阶交调点（IP3）

-组合频率失真：带外信号干扰

**三、系统设计要素**

1.**混频器类型**

-哈特莱：适用于低功率

-平衡混频器：高线性度、高隔离度

2.**滤波器设计**

-作用：抑制杂散信号

-类型：带通、低通（用于带外抑制）

3.**光纤上转换技术**

-非线性效应：受激拉曼散射（SRS）、受激布里渊散射（SBS）

-应用：光通信、光传感

**四、各题型知识点详解及示例**

**1.单选题**

-示例：混频器作用（C）→考察对频率变换原理的掌握

-示例：杂散信号来源（B）→考察非线性器件特性

**2.多选题**

-示例：性能指标（A,B,D,E）→考察对系统优化要素的全面理解

-示例：影响效率因素（A,B,C,D）→考察器件参数与性能关联

**3.填空题**

-示例：本振频率→考察基本概念定义

-示例：非线性效应→考察光纤技术专业词汇

**4.简答题**

-示例：上转换与下转换区别→考察对逆过程的对比理解

-示例：哈特莱电路优缺点→