【题目编号】MC1-1230
【题目】业余无线电爱好者常用倍频器获取输入信号整倍频率的输出信号。倍频器的工作原理为：
【答案】A
[A]利用有源器件的非线性使输入信号产生谐波，再用谐振电路选出所需倍频分量
[B]利用线性放大器产生输入信号的系列谐波，再用谐振电路选出所需的某次倍频
[C]将 LC 谐振电路调谐到输入信号的某个谐波频率上，所得输出既为倍频信号
[D]利用标称频率等于倍频的石英晶体谐振器组成振荡器，所得输出就是倍频信号
考点速览
题目问倍频器（frequency multiplier）靠什么工作。答案是：利用有源器件的非线性让输入信号产生谐波，再用谐振电路把需要的那一次倍频分量选出来。四个选项里只有一个把"先造谐波、再挑谐波"这两步都写全了，其余三个各缺一环或者把因果弄反。
倍频在业余无线电里的位置很具体。手头只有一块频率较低的稳定振荡源时，想上更高的频段，倍频是最直接的手段；晶振基频做不高，也可以先振出一个较低的频率再往上倍。倍频器还常常被用来顺带提高信号的频率稳定度——输入信号的绝对频偏被乘以倍频次数，但载波频率也被乘以同样的倍数，两者的比值不变，所以相对稳定度不变；而在某些鉴相锁相方案里，倍频后的相位噪声换算到输入端口反而显得更低。
谐波从哪来：非线性的必然结果
一个器件如果完全线性，输出就是输入的翻版，只改变幅度和相位，不会产生新频率。谐波（harmonic）是新频率，所以它只能来自非线性（nonlinearity）。把器件的传输特性展开成幂级数，一次项对应基波，二次项给出二倍频，三次项给出三倍频，依次类推。项数越往高走，系数越小，谐波幅度通常也越低。
输入信号越强，器件被推到特性曲线的弯曲段越深，高次谐波就越丰富。这也是倍频器往往要在输入侧给出足够推动电平的原因：不是为了放大功率，而是为了把器件逼进非线性区，换取谐波含量。代价是输入信号本身也会被压缩、失真，所以倍频级通常放在整个发射链路的中间偏前位置，后面还要靠滤波和功放把波形修整回来。
倍频效率随次数上升而下降，是非常实际的限制。二倍频效率可以做得比较高，往三倍、四倍走就明显变差。业余设备里常见的是二倍频和三倍频，需要更高的倍数时往往分成两级来做，中间加一级滤波和放大，而不是一口气倍上去。
逐项辨析
选项 A 对。它包含三个要素：有源器件的非线性、输入信号产生的谐波、用谐振电路选出所需的那一次倍频分量。三要素缺一不可。非线性负责"造"，谐振回路负责"挑"，有源器件负责提供能量增益。只造不挑，输出的是一堆谐波混在一起的波形，不能当信号用。
选项 B 错在第一个环节。线性放大器不会产生谐波，它的职责就是把输入如实放大。若它真的输出了成系列的谐波，那说明它已经工作在非线性状态了，那时它就不再是线性放大器。把一个本应线性的器件说成谐波的来源，等于把倍频器设计里最需要控制的东西当成了工具，方向错了。
选项 C 错在少了谐波的来源。把谐振回路调谐到输入信号的某个谐波频率上，这个动作本身只能"选"，不能"生"。没有非线性器件先把谐波造出来，回路调到哪里都是空的。这个选项把倍频器的一半说成了全部，属于典型的以偏概全。
选项 D 错在把"振荡"当成了"倍频"。石英晶体振荡器输出的是它自己的标称频率，与输入信号之间没有整数倍关系，也没有跟随输入变化的能力。题目问的是把输入信号的频率整倍地搬上去，靠另起一个振荡器办不到——那样得到的只是一个独立频率，谈不上倍频。
与混频、分频、锁相环的分工
倍频容易和混频混淆，因为两者都在非线性器件里发生。判据是输出的频率关系：混频（mixing）输出的是两个输入频率的和与差，输入有两个；倍频的输出是单一输入频率的整数倍，输入只有一个。一边说着"两个频率做加减"，一边说着"一个频率乘整数"，方向完全不同。
分频（frequency division）是倍频的逆操作，输出为输入的整数分之一，通常用数字计数器或者触发器实现。锁相环（phase-locked loop，PLL）能把倍频和分频统一起来做：把压控振荡器的输出分频后与参考频率比相，环路锁定后，输出频率等于参考频率乘以分频比。用锁相环做倍频的好处是倍数可以编程设置，输出频谱也更干净；代价是环路带宽和锁定时间要权衡，环路滤波设计不好的话，相位噪声和杂散都会变差。
传统的非线性倍频级简单、便宜、响应快，适合小倍数和窄带场合；需要大倍数、需要灵活切换时，锁相环方案更合适。两种做法在业余设备里常常同时存在。
应试要点
记一句话：非线性造谐波，谐振回路挑谐波。两个动作分开记，选项里少了任何一个，或者把线性器件写成谐波来源，都是错的。
再记两个量级。倍频次数越高，效率越低，实际电路里以二倍频和三倍频为主，更高倍数分级实现。谐波次数越高，幅度越低，这是幂级数展开的系数决定的，也是为什么倍频器必须给足推动电平。
