參量放大器

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參量放大器是全國科學技術名詞審定委員會審定、公布的科技類名詞。

關於漢字的起源，中國古代文獻上有種種說法，如「結繩」、「八卦」、「圖畫」、「書契」等，古書上還普遍記載有黃帝史官倉頡造字的傳說。現代學者認為，成系統的文字工具不可能完全由一個人創造出來，倉頡如果確有其人，應該是文字整理者或頒布者。最早刻劃符號距今8000多年。

目錄

名詞解釋

參量放大器是利用時變電抗參量實現低噪聲放大的放大電路。主要有變容管參量放大器和量子放大器。變容管參量放大器主要用來放大頻率約為1～50吉赫之間的微弱信號 ，噪聲特性略差於量子放大器，但結構簡單，維護方便。

利用時變電抗參量實現低噪聲放大的放大電路。例如，在變容二極管的兩端外加一個周期交變電壓時，其電容參量將隨時間作周期變化。若把這一時變電容接入信號迴路中，且當電容量變化和信號電壓變化滿足適當關係時，就能使信號得到放大。外加的交變電壓源稱為泵浦源。利用鐵芯非線性電感線圈和電子束的非線性等也能構成參量放大器。

發展

參量放大的原理在30年代就已出現，但直到50年代後期，可在微波頻段工作的半導體變容二極管問世以後才得到發展。這是因為變容二極管具有很高的Q值,適於製作噪聲電平極低的微波放大器。變容管參量放大器主要用來放大頻率約為 1～50吉赫之間的微弱信號。在這個頻率範圍內，它的噪聲特性略差於量子放大器，但結構簡單，維護也很方便。實用參放的噪聲很低,例如,在4吉赫頻段，它的等效輸入噪聲溫度在室溫下可低至50K以下。工作溫度降至20K時，其噪聲溫度可低至10K。

原理

在實際的參量放大電路中，如圖1所示，只允許存在泵源頻率fP、信號頻率fs、和頻或差頻頻率fP±fs的功率。對其它各組合頻率一律加以抑制，使其功率皆為零。圖1中VD為變容二極管；Us為信號源，Rs為其電阻，Bs為信號頻率fs的帶通濾波器；UP為泵浦電源，Rp為其內阻，Bp為泵源頻率fP的帶通濾波器；Bi為和頻或差頻的帶通濾波器，Ri為負載。在這種情況下門雷一羅威公式可簡化為：

其中P0,1為信號功率Ps；P1，+1為和頻fP+fs的功率； P1,-1為差頻fp-fs的功率。若圖1中，Bi為和頻濾波器，則式（1)和式(2)中的「±」都取「+」。此時圖所示的為上變頻參量放大器，由於其信號頻譜沒有反轉，故又稱非反轉型參量放大器。其輸入頻率為fs，輸出頻率為fS+fp，輸出負載為和頻濾波支路的Ri。由式(1)可見，信號功率Ps為正值，放大倍數等於和頻fP+fs與信號頻率fs功率之比。此放大器，工作穩定，增益較高，多用於上變頻器。若圖1中Bi為差頻濾波器，則式(1)和式(2)中的「±」都取「一」，此時亦為上變頻參量放大器，但其信號頻譜反轉了，故又稱反轉型上變頻參量放大器。由式（1）可見，信號功率Ps為負值。從阻抗相當於在放大器的信號輸入端出現負阻。負阻的出現使電路工作存在着潛在的不穩定性，故作為變頻器,多不被採用。

利用此負阻可以構成反射型參量放大器，原理圖如圖2所示。信號功率Psi由環行器①端輸入，經②端至放大器輸入端，由於存在負阻，此點的反射係數大於1，於是就有一個功率大於Psi的反射波Psr由環行器②端輸入，經③端輸出。實現了同頻放大。Bi支路內的差頻信號，在輸入端和輸出端都未出現，故稱空閒頻率。它是非線性電抗元件中能量轉換的必要條件之一。這种放大器雖然也存在着由負阻所引起的不穩定性，但由於它的優良低噪聲性，所以在低噪聲放大中仍占有重要位置。一般所說的參量放大器是指此類而言。

噪聲

變容管參量放大器的內部噪聲主要來自變容管寄生電阻的熱噪聲。使變容管(或整個參放)在溫度很低(77K或更低)的環境下工作,可以大大降低噪聲，這種參量放大器也稱為致冷式參量放大器，簡稱冷參。由於變容管質量已大為提高，工作在常溫或用小型半導體致冷器使之冷卻到-40℃的參放,也可以獲得良好的噪聲性能。這種參量放大器簡稱為「常參」，與冷參相比，它具有結構簡單、可靠性高、造價低、維修方便等優點。

應用

參量放大器是一種變電抗放大器，電抗元件在電路中不產生噪聲。它本質上是一種低噪聲裝置，其噪聲溫度可以低於環境溫度。液氦冷卻的參量放大器在4000MHz頻段噪聲溫度已達15K,簡單的電致冷參放也可達40K。它在雷達,導航深空探測、電子偵察、衛星通信等方面都有應用。