參量放大器

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週期交變電壓時，其電容參量將隨時間作週期變化。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。

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，它的等效輸入噪聲温度在室温下可低至50K以下。工作温度降至20K時，其噪聲温度可低至10K。

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f_P、信號頻率fs、和頻或差頻頻率f_P±f_s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，R_s為其電阻，B_s為信號頻率f_s的帶通濾波器；U_P為泵浦電源，Rp為其內阻，B_p為泵源頻率f_P的帶通濾波器；B_i為和頻或差頻的帶通濾波器，R_i為負載。在這種情況下門雷一羅威公式可簡化為：

其中P_0,1為信號功率Ps；P_1，+1為和頻f_P+f_s的功率； P_1,-1為差頻f_p-f_s的功率。若圖1中，B_i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f_s，輸出頻率為f_S+f_p，輸出負載為和頻濾波支路的R_i。由式(1)可見，信號功率P_s為正值，放大倍數等於和頻f_P+f_s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B_i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P_s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P_si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P_si的反射波P_sr由環行器②端輸入，經③端輸出。實現了同頻放大。B_i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。這種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佔有重要位置。一般所説的參量放大器是指此類而言。

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)在温度很低(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，工作在常温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。

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，其噪聲温度可以低於環境温度。液氦冷卻的參量放大器在4000MHz頻段噪聲温度已達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、衞星通信等方面都有應用。

P.　Penfield,　Jr.　and　 R. Rafuse,　Varactor Applications,MIT Press, Boston,1962