Anton Patyuchenko

本文將回顧最常用的RF放大器。本文將介紹增益、噪聲、帶寬、效率和各種功能特性如何影響不同應(yīng)用的放大器選擇。

RF放大器有多種類型和形式，旨在滿足不同的應(yīng)用場景。然而，目前RF放大器設(shè)計(jì)的廣泛多樣性并不總是能夠更輕松地為目標(biāo)應(yīng)用選擇合適的器件。雖然幾乎所有RF放大器的關(guān)鍵特性都是其增益，但這并不是做出正確選擇時唯一甚至通常不是最重要的參數(shù)。

增益顯示RF放大器可以為信號提供多少升壓，該信號由輸出功率與輸入功率之比（以dB為單位）表示。它通常指定用于放大器的線性模式，其中輸出功率的變化相對于輸入功率的相應(yīng)變化呈線性（見圖1）。如果我們繼續(xù)提高通過RF放大器的輸入信號的功率電平，器件將開始轉(zhuǎn)換到非線性模式并產(chǎn)生雜散頻率分量。這些不需要的元件包括諧波和互調(diào)產(chǎn)物（參見圖2中的H3、H2、IMD3和IMD2），代表了RF放大器輸出端的互調(diào)失真（IMD）。RF放大器在不引入明顯失真的情況下處理不同輸入功率電平的能力描述了其線性度性能，可以用不同的參數(shù)來表示（見圖1），包括：

輸出1 dB壓縮點(diǎn)（OP1dB），定義系統(tǒng)增益降低1 dB時的輸出功率電平。

飽和輸出功率（P坐），這是當(dāng)輸入功率的變化不改變輸出功率水平時達(dá)到的功率水平。

二階交調(diào)截點(diǎn) （IP2） 和三階交調(diào)截點(diǎn) （IP3），它們是輸入 （IIP2， IIP3） 和輸出 （OIP2， OIP3） 信號功率電平的假設(shè)點(diǎn)，在該點(diǎn)下，相應(yīng)雜散分量的功率將達(dá)到與基波分量相同的電平。

圖1.RF放大器的輸出功率特性及其非線性參數(shù)。

圖2.諧波和互調(diào)產(chǎn)物。

雖然增益描述了RF放大器的關(guān)鍵功能用途，但線性度特性和其他特性在決定RF放大器選擇方面起著關(guān)鍵作用。事實(shí)上，所選的RF放大器類型總是涉及不同設(shè)計(jì)參數(shù)之間的權(quán)衡。以下部分提供了為目標(biāo)用例選擇正確類型的RF放大器的簡短指南。

低噪聲放大器

低噪聲放大器（LNA）通常用于接收器應(yīng)用中，以放大連接天線的信號鏈前端的微弱信號。這種類型的RF放大器經(jīng)過優(yōu)化，通過向信號引入最小噪聲來實(shí)現(xiàn)此功能。在信號鏈的前級，噪聲最小化尤為重要，因?yàn)檫@些級對整個系統(tǒng)的整體噪聲系數(shù)貢獻(xiàn)最大。

低相位噪聲放大器

低相位噪聲放大器提供最小的附加相位噪聲，這使其成為需要高信號完整性的RF信號鏈的理想選擇。相位噪聲是載波的近噪聲，表現(xiàn)為抖動，其特征是信號相位在時域中的微小波動。因此，低相位噪聲放大器非常適合與高速時鐘和LO網(wǎng)絡(luò)中的高性能PLL頻率合成器結(jié)合使用。

功率放大器

功率放大器 （PA） 針對功率處理性能進(jìn)行了優(yōu)化，用于發(fā)射器系統(tǒng)等旨在提供高功率水平的應(yīng)用。這些放大器通常具有高OP1dB或P坐并提供高效率，從而保持低散熱。

高線性度放大器

高線性度放大器設(shè)計(jì)用于在寬輸入功率范圍內(nèi)提供具有最小雜散水平的高三階交調(diào)截點(diǎn)。這種類型的器件是使用復(fù)雜調(diào)制信號的通信應(yīng)用的常見選擇，這些應(yīng)用需要RF放大器能夠以最小的信號失真處理高波峰因數(shù)，以保持低誤碼率。

可變增益放大器

可變增益放大器（VGA）用于需要通過靈活的增益調(diào)節(jié)來適應(yīng)信號電平變化的應(yīng)用。VGA通過提供可調(diào)增益來提供此功能，該增益可以通過使用數(shù)字控制的VGA以數(shù)字方式逐步改變，也可以通過使用模擬控制的VGA連續(xù)改變。這種類型的放大器通常用于自動增益控制（AGC）和由于溫度變化或其他元件特性引起的增益漂移補(bǔ)償。

寬帶放大器

多方面的寬帶應(yīng)用將受益于寬帶放大器，該放大器旨在在通?？缭綆讉€倍頻程的寬頻率范圍內(nèi)提供中等增益。這些放大器提供大增益帶寬積，但通常以平庸的效率和噪聲為代價。

增益模塊

其他通用RF應(yīng)用也可以依賴于代表各種RF放大器的增益模塊，這些放大器可以覆蓋各種頻率、帶寬、增益和輸出功率水平。這些放大器通常提供平坦的增益響應(yīng)和良好的回波損耗。它們的設(shè)計(jì)通常包括匹配和偏置電路，由于需要最少數(shù)量的外部元件，因此更容易集成到信號鏈中。

結(jié)論

本文給出了一些RF放大器及其應(yīng)用的示例。然而，這些設(shè)備的廣泛多樣性以及它們設(shè)計(jì)的眾多用例超出了這篇簡短的文章。RF放大器可以使用不同的組裝和工藝技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提供各種集成功能，支持特定的操作模式，并提供優(yōu)化的性能特征，以滿足從通信和工業(yè)系統(tǒng)一直到測試和測量設(shè)備以及航空航天系統(tǒng)的各種應(yīng)用。

審核編輯：郭婷