限幅放大器的“極限”

在許多應用中,放大器的作用在於在不犧牲效率、不失真、不增加噪聲係數的情況下,提高信號強度。然而,對於大多數接收機系統等應用而言,實現最大的信號功率輸出並非其目標。接收機電路通常對輸入功率高度敏感,並且當其持續經受超出說明書所列標稱量的信號能量時,可能會失去其靈敏度或發生損壞,因此勢必需要在某一頻率範圍內對最大信號功率量進行限制。限幅放大器正是針對此類需求而設計。

許多放大器的最大輸出功率受限於輸入信號、增益、設計特徵、偏壓及可用功率,而限幅放大器電路的輸出端本身即具有嚴格的最大功率限制。因此,在給定的頻率範圍內,無論輸入如何,限幅放大器的最大輸出信號能量均為一項固定的預設值。此外,與其他放大器相同的是,限幅放大器的主要參數也包括動態範圍、增益及增益平坦度。


限幅放大器的“極限”


限幅放大器常用於需要高信號保真度的應用,例如敏感雷達接收機、射頻/光轉換器中的光纖收發器等,因此線性度、噪聲及附加相位噪聲性能也是其需要考量的參數。此外,對於光纖、微波回程及5G毫米波信道等,這類使用高吞吐量數據信號的應用而言,在保持信號質量的同時,因接收機電路高度敏感且易受干擾影響,對其輸入功率進行限制這一點也至關重要。限幅放大器的另一些常見應用領域包括敏感雷達接收機、有源相控陣雷達(AESA)收發(TR)模塊,以及電子戰(EW)這類關鍵通信接收機需承受來自附近友方發射機、敵方干擾等高信號能量的情形。

限幅放大器的另一項重要優勢為,其可為接收機電路提供穩定的輸入功率。這一優勢可用於消除輸入信號中的調製分量,因而限幅放大器也可用作比較部件。這些特性使得限幅放大器成為瞬時測頻(IFM)接收機、測向、數字射頻存儲器(DRFM)以及各種信號情報用途的關鍵一環。

限幅放大器可通過多種方式實現。某些最為簡單的輸出限幅放大器採用鉗位網絡。簡單鉗位網絡由雙肖特基二極管電路和限流電阻器組成,而複雜鉗位網絡由多個晶體管、二極管及電阻器組成,以實現更高的精度及更快的恢復速度。其他類型的限幅放大器採用從輸入端逐步“收緊”至輸出端的多個前後增益級。由於很多應用,尤其電子戰應用希望限幅放大器能夠覆蓋多個倍頻程,因此無論對於何種限幅放大器的設計,寬帶功率限制功能均為一項挑戰。其他設計時必須考量的因素包括功率限制穩定性、頻率均衡/穩定性、熱量管理/熱量補償、諧波及動態範圍。此外,由於限幅放大器常用於極端溫度環境及惡劣環境中,因此其通常採用帶耐用連接器且工作溫度範圍較寬的全密封封裝。


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