這是一篇從應用的角度對微波放大器進行的無復雜數學公式的放大器應用普及介紹，旨在幫助射頻系統總體工程師在系統設計選型時選擇合適的放大器。

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微波放大器的類型：**

微波放大器有很多種分類方法，但我們將根據它們在通用超外差接收機中的作用將其分為四類（如上所示）。 線性放大器、功率放大器、低噪聲放大器、驅動放大器 。上述系統可以代表蜂窩、回程、衛星或其他無線電通信鏈路；也可以代表雷達或其他成像系統。發射器可以單獨代表干擾機或激勵器，接收器可以單獨代表電子戰掃描儀或測試儀器。對于驅動放大器的選擇要求，在大多數應用中往往都是一樣的。

在這篇文章中，我們將討論不同類型的放大器以及它們的作用。

1、低噪聲放大器

關鍵詞：增益、噪聲系數、噪聲因素、噪聲溫度

低噪聲放大器是最容易理解的微波放大器，因為較低的輸入功率導致放大器中的非線性效應相對較小。它被設計成用于接收極低電平的信號，比如你在有損傳輸介質末端看到的信號，并以最小的附加噪聲對其進行放大。需要注意的是，除了附加噪聲外，噪聲還與信號相同的增益放大。這也就意味著低噪聲放大器或任何其他放大器不能提高信噪比（SNR），它只能提高信號和噪聲的功率水平。如果增益為窄帶，放大器可能會過濾一些帶外噪聲或信號，但由于帶內噪聲，也無法提高信噪比。

如果信噪比沒有提高，那為什么還要費心放大呢？原因是接收機中的級聯有損耗，而該損耗也同樣適用于信號和噪聲。如果噪聲水平已經遠高于噪聲下限，則損耗不會顯著降低信號的信噪比。因此，LNA的噪聲系數通常主導整個接收機鏈的噪聲系數。最終，信號鏈末端的信號檢測器（在現代系統中通常是模數轉換器（ADC））具有可檢測的電壓范圍，接收器設計者將在整個接收器鏈中使用放大器級，使接收到的信號功率能夠與ADC的可檢測電壓范圍相匹配，從而檢測到相關信號。

低噪聲放大器通常是窄帶的，或者至少是對帶寬有限制的設備。通常為了優化放大器中晶體管的噪聲系數，就要創建一個窄帶匹配網絡。現代低噪聲放大器可以在低噪聲系數下獲得極高的增益，例如在低頻噪聲系數小于1dB的情況下可獲得高達40dB的增益。

2、功率放大器

關鍵詞：輸出功率（Psat, P1dB）、效率、非線性（IP2、IP3、頻譜再生）

功率放大器與低噪聲放大器相反，接收的是已經處于相對較高水平的信號，并將其增強，以便通過空氣等有損介質進行傳輸。雖然功率放大器的增益通常較低（比如小于10 dB），但功率在絕對值上是顯著的（即，500毫瓦的輸入可以提高到幾瓦）。PA的飽和輸出功率（Psat）在很大程度上決定了無線系統可實現的傳輸/檢測距離的物理范圍。

飽和輸出功率是功率放大器最重要的參數，而效率與之密切相關。效率決定了便攜式應用的電池壽命、機載/衛星應用的傳輸功率以及所有應用的散熱要求。許多收發器中的大部分功率被用于最后的功率放大器。

由于PA輸出的信號和噪聲都會被傳輸介質嚴重衰減，因此噪聲系數并不重要。老式的頻率/相位傳輸格式，如調頻（FM）、頻移鍵控（FSK）、二進制相移鍵控（BPSK）和其他使用恒定振幅的信號，這意味著功率放大器非線性不是信號質量的一個重要因素。這也是必然的，因為當時的管放大器具有很強的非線性。現代通信格式，如正交幅度調制（QAM）、正交頻分復用（OFDM）、碼分多址（CDMA）和大多數其他通信格式都使用幅度和相位調制，因此需要線性放大。而且許多應用還需要同時放大多個不相關的通道。

放大器的這種非線性行為以多種方式描述，并最終表現為信號質量下降和相鄰信道中受限制的信號泄漏，用相鄰信道功率比（ACPR）來描述。要求放大器同時放大功率峰值大且不可預測的信號，往往會加劇這些影響。這種信號特性由信號峰均功率比（PAPR）來描述，現代信號的峰均功率比遠高于以前的信號。

3、線性放大器

關鍵詞：非線性（IP2、IP3、頻譜再生）、噪聲系數、適用性

線性放大器是一種通用放大器，有時被稱為“增益塊”，在系統中提供信號增益。由于它們不是系統的輸入或輸出，因此它們通常不是系統動態范圍內的決定因素。功率水平高于LNA，但低于PA。因此這是權衡了線性度、噪聲系數成本、尺寸和功耗的放大器選擇。雖然對線性放大器的要求并不嚴格，但它們不得以任何顯著方式降低信號。這些放大器從來都不是系統中的重要組成部分，但同時也影響著整個系統。

4、驅動放大器

關鍵詞：飽和功率、相位噪聲、效率、諧波

驅動放大器專門用于單頻（連續波CW）操作，如在合成器中或作為驅動混頻器的本地振蕩器（LO）的放大器。在消費類應用中，驅動放大器的作用通常作為CMOS電路集成到收發器芯片中。然而，在高端電子戰、儀器、測試和測量應用中，這些放大器并不能提供最大的系統性能。

由于這些放大器專門用于放大CW信號，因此沒有多音輸入的情況下，放大器在多音互調方面的非線性是不存在的。相反地，非線性的重要表現是諧波的產生。在某些應用中，在使用放大器驅動混頻器之前，諧波的減少或過濾是關鍵，因為它們會降低混頻器的雜散性能。而在其他情況下，諧波實際上是改善了雜散性能。一般來說，如果諧波被過濾，帶寬小于一倍頻程的驅動放大器都可以在Psat附近運行，因為所有失真都將在2f或更高頻率產生。

與多音互調一樣，只要信號源的噪聲不太高，并且后續電路（如混頻器的LO-IF或LO-RF隔離）的噪聲抑制足夠高，從而消除振幅噪聲，那么驅動放大器的噪聲系數就不重要。與振幅噪聲相反，放大器中信號中添加的任何相位噪聲（或發生的振幅噪聲到相位噪聲轉換）將直接降低雷達信號或相位控制通信信號的信號完整性。這對于QAM信號來說尤其是一個嚴重的問題。與諧波含量類似，商用放大器的相位噪聲也幾乎從未被要求。

由于這些放大器需要產生比信號本身至少高6-10 dB的LO信號，因此它們需要比系統中的線性信號放大器更高的功率。類似地，在超外差系統中，尤其是在多通道超外差系統中，存在多個這樣的放大器，因此它們可能是接收器中最大的功耗器件。因此，效率對于驅動放大器來說非常重要。