Un moltiplicatore di frequenza è un dispositivo che produce un’uscita con una frequenza che è un multiplo pari o dispari della sua frequenza di ingresso. Ad esempio, per un segnale con una frequenza di 100,000 cicli al secondo (cps) o 100 kilohertz (kHz), un moltiplicatore di frequenza può produrre un segnale di 200 o 300 kHz. Il moltiplicatore di frequenza è comunemente usato nei circuiti di comunicazione per produrre la frequenza di segnale desiderata data una frequenza di riferimento.
Il meccanismo principale per un moltiplicatore di frequenza è chiamato trasferimento del segnale non lineare. Quando l’uscita di un generatore di frequenza viene visualizzata su un analizzatore di spettro, c’è una singola linea verticale con un’estremità superiore allineata con l’ampiezza del segnale. Il livello può essere 1 volt (V). L’asse orizzontale indica la frequenza di questo segnale. Ad esempio, la frequenza di un segnale di 500 milioni di hertz (Hz) o 500 megahertz (MHz) sarà indicata sull’asse orizzontale dell’analizzatore di spettro.
Quando la frequenza di riferimento viene immessa in un dispositivo non lineare come un amplificatore di classe C o un rivelatore a diodi, il risultato è uno spettro di frequenza con armoniche, o multipli, della frequenza originale. Utilizzando un filtro passa-banda con la capacità di far passare solo le uscite desiderate, il risultato è l’armonica desiderata. Nell’esempio di 500 MHz sopra, può essere derivata una seconda armonica a 1,000 MHz.
L’approccio del moltiplicatore di frequenza viene utilizzato in casi speciali in cui è richiesta una sola frequenza di uscita, a causa delle varie combinazioni di filtri passa banda necessari per produrre segnali sinusoidali puliti. Ad esempio, potrebbe non essere possibile generare direttamente un segnale da 10 miliardi di cicli al secondo o da 10 gigahertz (GHz). Potrebbe essere possibile utilizzare un oscillatore a 5 GHz, o generatore di frequenza, seguito da un moltiplicatore e un filtro passa-banda sintonizzato a 10 GHz.
Conosciuto anche come mixer, il moltiplicatore di segnale viene utilizzato nei sistemi di modulazione di frequenza (FM) per produrre una portante FM che viene spostata in frequenza nella frequenza di trasmissione desiderata. Il mixer, a differenza del moltiplicatore di frequenza, richiede due ingressi. Sebbene designato come moltiplicatore analogico, l’uscita del mixer genera effettivamente la somma e le differenze dei segnali di ingresso.
Il varactor a barriera eterostrutturale (HBV) è una speciale disposizione di diodi back-to-back che ha una capacità che varia con la tensione ai capi del diodo. Un varactor a diodo singolo utilizza un singolo diodo con una capacità che cambia con il livello di polarizzazione inversa sul diodo. La capacità ha un picco quando la tensione è zero, mentre la capacità diminuisce nell’oscillazione positiva o negativa della tensione ai capi dell’HBV. Questa caratteristica rende l’HBV utile per la moltiplicazione di frequenza.