LNA、PA、射频滤波器、混频器的主要指标
eeskill 2022-08-16

1. 低噪声放大器(LNA)

LNA 是一种特殊的放大器,主要用于射频接收机前端,将天线接收的信号以小的噪声和大的增益进行放大,对提高接收信号质量,降低噪声干扰,提高接收灵敏度有着极其重要的意义,它的性能好坏关系到整个通信系统的质量。

低噪声放大器的主要指标有:噪声系数(NF)、增益(Gain)、输入输出阻抗匹配程度(S11、S22、输入输出回波损耗或输入输出 VSWR)、线性性能(三阶交调点和 1dB压缩点)、反向隔离(S12)等。由于 LNA位于邻近天线的最前端,它的性能好坏会直接影响接收机接收信号的质量。为了保证经天线接收的信号能在接收机的最后一级得到恢复,LNA 需要在放大信号的同时产生尽可能低的噪声和失真。因此,在生产测试中,我们主要关注LNA的增益和噪声系数这两个参数。

2. 射频功率放大器(PA)

射频功率放大器用于发射机的末级,它将已调制的频带信号放大到所需要的功率值,送到天线中发射,保证在一定区域内的接收机可以收到满意的信号电平,并且不干扰相邻信道的通信。不同的应用场合对发射功率的大小要求不一,如移动通信基站的发射功率可达上百瓦,卫星通信的发射功率可达上千瓦,而便携式无线通信设备却只需几十毫瓦到几百毫瓦。

射频功率放大器的主要指标有工作频段、输出功率、功率增益和增益平坦度、噪声系数、输入输出驻波比、输入输出三阶交调点、邻道功率比、效率等。与低噪声放大器相比,射频功率放大器除了要满足一定的增益、驻波比、带宽,还要有高的输出功率和转换效率及小的非线性失真。

3. 射频滤波器

射频滤波器主要用于滤去不需要的信号保留有用信号,是具有选频特性的二端口器件,它对通带内频率信号呈现匹配传输,对阻带频率信号失配而进行发射衰减,从而实现信号频谱过滤功能。

根据不同的选频特性,滤波器可以分为低通、高通、带通和带阻滤波器,这是最基本的四种滤波器。图1归纳了四种滤波器的衰减系数与归一化角频率的关系。根据不同的实现方法,滤波器可分为使用无源器件(如电感、电容和传输线)实现的无源滤波器和使用有源器件(如晶体管和运算放大器)实现的有源滤波器。

在分析测试滤波器时,应考虑的主要指标有:插入损耗(IL)、纹波系数、驻波比(VSWR)、带宽(BW)、矩形系数(SF)、阻带抑制和品质因数Q等。

4. 混频器

混频器(Mixer)是通信系统的重要组成部件,主要用于信号的频率转换,即将信号的频率由一个值变换成另一个值。混频器可分为有源混频器和无源混频器。无源混频器常用二极管和工作在可变电阻区的场效应管(不加直流偏置)构成,增益小于1,线性范围大,速度快;有源混频器由场效应管(加直流偏置)和双极型晶体管构成,增益大于1,可以降低混频后各级噪声对接收机总噪声的影响。

如图 2所示,混频器是一个三端口电路,有两个输入端口,一个输出端口。通常这三个端口一个是射频(RF),一个是中频(IF),一个是本地振荡(LO)。其中 LO总是输入, RF 和 IF 中任一个作为输入后,则另一个为输出。混频器是通过内部的非线性乘法来获得所需频率分量的,它工作于非线性状态会产生许多不想要的非线性频率分量。混频器有9个 S参数,但在实际应用或测试中,只关注 S11、S13、S21、S22、S23这 5个 S参数。

混频器的主要指标有:增益、变频损耗、NF、IIP3、输入输出阻抗和口间隔离等。

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