为您的应用选择合适的射频放大器的指南

Anton Patyuchenko

本文将回顾最常用的RF放大器。本文将介绍增益、噪声、带宽、效率和各种功能特性如何影响不同应用的放大器选择。

RF放大器有多种类型和形式，旨在满足不同的应用场景。然而，目前RF放大器设计的广泛多样性并不总是能够更轻松地为目标应用选择合适的器件。虽然几乎所有RF放大器的关键特性都是其增益，但这并不是做出正确选择时唯一甚至通常不是最重要的参数。

增益显示RF放大器可以为信号提供多少升压，该信号由输出功率与输入功率之比（以dB为单位）表示。它通常指定用于放大器的线性模式，其中输出功率的变化相对于输入功率的相应变化呈线性（见图1）。如果我们继续提高通过RF放大器的输入信号的功率电平，器件将开始转换到非线性模式并产生杂散频率分量。这些不需要的元件包括谐波和互调产物（参见图2中的H3、H2、IMD3和IMD2），代表了RF放大器输出端的互调失真（IMD）。RF放大器在不引入明显失真的情况下处理不同输入功率电平的能力描述了其线性度性能，可以用不同的参数来表示（见图1），包括：

输出1 dB压缩点（OP1dB），定义系统增益降低1 dB时的输出功率电平。

饱和输出功率（P坐），这是当输入功率的变化不改变输出功率水平时达到的功率水平。

二阶交调截点 （IP2） 和三阶交调截点 （IP3），它们是输入 （IIP2， IIP3） 和输出 （OIP2， OIP3） 信号功率电平的假设点，在该点下，相应杂散分量的功率将达到与基波分量相同的电平。

图1.RF放大器的输出功率特性及其非线性参数。

图2.谐波和互调产物。

虽然增益描述了RF放大器的关键功能用途，但线性度特性和其他特性在决定RF放大器选择方面起着关键作用。事实上，所选的RF放大器类型总是涉及不同设计参数之间的权衡。以下部分提供了为目标用例选择正确类型的RF放大器的简短指南。

低噪声放大器

低噪声放大器（LNA）通常用于接收器应用中，以放大连接天线的信号链前端的微弱信号。这种类型的RF放大器经过优化，通过向信号引入最小噪声来实现此功能。在信号链的前级，噪声最小化尤为重要，因为这些级对整个系统的整体噪声系数贡献最大。

低相位噪声放大器

低相位噪声放大器提供最小的附加相位噪声，这使其成为需要高信号完整性的RF信号链的理想选择。相位噪声是载波的近噪声，表现为抖动，其特征是信号相位在时域中的微小波动。因此，低相位噪声放大器非常适合与高速时钟和LO网络中的高性能PLL频率合成器结合使用。

功率放大器

功率放大器 （PA） 针对功率处理性能进行了优化，用于发射器系统等旨在提供高功率水平的应用。这些放大器通常具有高OP1dB或P坐并提供高效率，从而保持低散热。

高线性度放大器

高线性度放大器设计用于在宽输入功率范围内提供具有最小杂散水平的高三阶交调截点。这种类型的器件是使用复杂调制信号的通信应用的常见选择，这些应用需要RF放大器能够以最小的信号失真处理高波峰因数，以保持低误码率。

可变增益放大器

可变增益放大器（VGA）用于需要通过灵活的增益调节来适应信号电平变化的应用。VGA通过提供可调增益来提供此功能，该增益可以通过使用数字控制的VGA以数字方式逐步改变，也可以通过使用模拟控制的VGA连续改变。这种类型的放大器通常用于自动增益控制（AGC）和由于温度变化或其他元件特性引起的增益漂移补偿。

宽带放大器

多方面的宽带应用将受益于宽带放大器，该放大器旨在在通常跨越几个倍频程的宽频率范围内提供中等增益。这些放大器提供大增益带宽积，但通常以平庸的效率和噪声为代价。

增益模块

其他通用RF应用也可以依赖于代表各种RF放大器的增益模块，这些放大器可以覆盖各种频率、带宽、增益和输出功率水平。这些放大器通常提供平坦的增益响应和良好的回波损耗。它们的设计通常包括匹配和偏置电路，由于需要最少数量的外部元件，因此更容易集成到信号链中。

结论

本文给出了一些RF放大器及其应用的示例。然而，这些设备的广泛多样性以及它们设计的众多用例超出了这篇简短的文章。RF放大器可以使用不同的组装和工艺技术进行设计，以提供各种集成功能，支持特定的操作模式，并提供优化的性能特征，以满足从通信和工业系统一直到测试和测量设备以及航空航天系统的各种应用。

审核编辑：郭婷