Tripler

Ein Tripler ist ein Frequenzmultiplizierer, der ein Eingangssignal nimmt und ein Ausgangssignal mit genau der dreifachen Eingangsfrequenz erzeugt. Das Gerät nutzt nichtlineares Verhalten, üblicherweise in einer Diode, einem Transistor oder einer Varaktor-Diode, um die dritte Harmonische der Grundfrequenz zu erzeugen. Im Gegensatz zu einem einfachen Verstärker oder Filter formt ein Tripler aktiv die Signalwellenform um, um neue Frequenzkomponenten zu schaffen, die im Original nicht vorhanden wären.

In der Praxis besteht ein Tripler aus einem nichtlinearen Element, meist eine Schottky-Diode oder eine Sperrschicht-Varaktor in Hochfrequenzanwendungen, das vorgespannt und vom Eingangssignal angesteuert wird, gefolgt von einem abgestimmten Ausgangsnetzwerk, das die dritte Harmonische isoliert und verstärkt, während die Grundfrequenz und andere Harmonische unterdrückt werden. Der abgestimmte Kreis, üblicherweise ein LC-Tank oder eine Transmissionsleitungs-Kavität, hat seine Resonanz bei genau der dreifachen Eingangsfrequenz. HF-Tripler im Mikrowellenbereich verwenden möglicherweise eine Varaktor-Diode, um die Kapazität mit der Eingangsspannung zu verändern; Tripler mit niedrigeren Frequenzen könnten eine Transistorstufe mit weicher Sättigung verwenden. Die Nichtlinearität erzeugt natürlicherweise Harmonische; die abgestimmte Last bestimmt, welche Harmonische die Ausgabe dominiert.

Tripler erscheinen am häufigsten in Frequenzsynthese-Ketten und Testgeräten. Eine 10-GHz-Quelle kann einen 3,33-GHz-Tripler verwenden, um die Zielfrequenz mit niedrigerem Phasenrauschen zu erreichen, als bei einer Multiplikation mit einem höheren Faktor entstehen würde. Militärische und Luft- und Raumfahrt-Radar-, Kommunikations- und Messsysteme setzen regelmäßig kaskadierte Multiplizierer, Verdoppler, Tripler und höherwertige Stufen ein, um stabile, effiziente Quellen über Bänder vom X-Band bis zum Millimeterwellen-Bereich aufzubauen. Sie sind auch üblich in der Analyse von Harmonischengehalt, wo ein Tripler hilft, unerwünschte Harmonische zu unterdrücken, die benachbarte Frequenzkanäle stören würden.

Ein gut ausgelegter Tripler erreicht typischerweise 40 bis 60 Prozent Wirkungsgrad, abhängig von Arbeitspunkt, Ansteuerpegel und Gütefaktor des Ausgabefilters. Das nichtlineare Element verbraucht Energie als Wärme und als Leistung in unerwünschten Harmonischen. Die Verlustleistung steigt stark an, wenn das Gerät zu hart angesteuert oder falsch vorgespannt wird. Viele Tripler erfordern Eingangspegel im Bereich von 1 bis 10 Watt; Hochleistungsausführungen verwenden größere Dioden oder mehrere Geräte parallel, aber die Wirkungsgrad fällt mit dem Maßstab in der Regel ab, es sei denn, Kühlung und Impedanzanpassung sind präzise.

Tripler werden gegenüber höherwertigen Multiplizierer (×5, ×7) bevorzugt, weil sie einfacher aufzubauen und abzustimmen sind, weniger Platz beanspruchen und geringere Störausgaben haben. Der Nachteil ist, dass das Erreichen sehr hoher Frequenzen das Stapeln mehrerer Tripler in Serie erfordert, jeder mit seinen eigenen Verlusten. Ein Tripler erzeugt auch niedrigere Einfügungsdämpfung als ein einzelner ×9-Multiplizierer, der viel schärfere Harmonische-Filterung erfordern würde und von Natur aus weniger stabil ist. Aus diesem Grund könnte eine 27-GHz-Quelle einen 3-GHz-Oszillator verwenden, gefolgt von einem Tripler auf 9 GHz und dann einem weiteren Tripler auf 27 GHz, anstatt eine einzelne ×9-Stufe.