Was ist ein Frequenzvervielfacher?
Ein Frequenzvervielfacher ist ein Gerät, das einen Ausgang mit einer Frequenz erzeugt, die ein ungerades oder ein gerades Vielfaches seiner Eingangsfrequenz ist. Beispielsweise kann ein Frequenzvervielfacher für ein Signal mit einer Frequenz von 100.000 Zyklen pro Sekunde (cps) oder 100 Kilohertz (kHz) ein 200- oder 300-kHz-Signal erzeugen. Der Frequenzvervielfacher wird üblicherweise in Kommunikationsschaltungen zur Erzeugung der gewünschten Signalfrequenz bei gegebener Referenzfrequenz verwendet.
Der Hauptmechanismus für einen Frequenzvervielfacher wird als nichtlineare Signalübertragung bezeichnet. Wenn ein Frequenzgeneratorausgang auf einem Spektrumanalysator betrachtet wird, gibt es eine einzelne vertikale Linie, deren oberes Ende an der Amplitude des Signals ausgerichtet ist. Der Pegel kann 1 Volt (V) betragen. Die horizontale Achse gibt die Frequenz dieses Signals an. Beispielsweise wird die Frequenz eines 500-Millionen-Hertz- (Hz) oder 500-Megahertz- (MHz) Signals auf der horizontalen Achse des Spektrumanalysators angezeigt.
Wenn die Referenzfrequenz in ein nichtlineares Gerät wie einen Klasse-C-Verstärker oder einen Diodendetektor eingespeist wird, entsteht ein Frequenzspektrum mit Harmonischen oder Vielfachen der ursprünglichen Frequenz. Unter Verwendung eines Bandpassfilters mit der Fähigkeit, nur die gewünschten Ausgänge durchzulassen, ist das Ergebnis die gewünschte Harmonische. In dem obigen 500-MHz-Beispiel kann eine zweite Harmonische bei 1000 MHz abgeleitet werden.
Der Frequenzvervielfacher-Ansatz wird in besonderen Fällen verwendet, in denen nur eine Ausgangsfrequenz erforderlich ist, da verschiedene Kombinationen von Bandpassfiltern erforderlich sind, um saubere sinusförmige Signale zu erzeugen. Beispielsweise ist es möglicherweise nicht möglich, ein Signal mit 10 Milliarden Zyklen pro Sekunde oder 10 Gigahertz (GHz) direkt zu erzeugen. Es kann möglich sein, einen 5-GHz-Oszillator oder Frequenzgenerator zu verwenden, gefolgt von einem Multiplikator und einem auf 10 GHz abgestimmten Bandpassfilter.
Der auch als Mischer bezeichnete Signalvervielfacher wird in Frequenzmodulationssystemen (FM) verwendet, um einen FM-Träger zu erzeugen, dessen Frequenz auf die gewünschte Sendefrequenz verschoben wird. Der Mischer benötigt im Gegensatz zum Frequenzvervielfacher zwei Eingänge. Obwohl als analoger Multiplikator bezeichnet, erzeugt der Mischerausgang tatsächlich eine Summe und Differenzen der Eingangssignale.
Der Heterostructure Barrier Varactor (HBV) ist eine spezielle Back-to-Back-Diodenanordnung mit einer Kapazität, die sich mit der Spannung über der Diode ändert. Ein Ein-Dioden-Varaktor verwendet eine einzelne Diode mit einer Kapazität, die sich mit dem Pegel der Sperrvorspannung der Diode ändert. Die Kapazität erreicht einen Spitzenwert, wenn die Spannung Null ist, während die Kapazität im positiven oder negativen Spannungshub über dem HBV abfällt. Diese Eigenschaft macht das HBV für die Frequenzvervielfachung nützlich.