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A Guide for Choosing the Right RF Amplifier for Your Application 作者：ADI 現場(chǎng)應用工程師 Anton Patyuchenko 問(wèn)題： 如何選擇合適的射頻放大器，不同射頻放大器之間有何區別？ 答案： 為具體應用選擇合適的射頻放大器時(shí)，應考慮增益、噪聲、帶寬和效率等特性。 
本文將評述最常用的射頻放大器，并說(shuō)明增益、噪聲、帶寬、效率和各種功能特性如何影響不同應用的放大器選擇。 射頻放大器有多種類(lèi)型和形式，旨在滿(mǎn)足不同的應用場(chǎng)景。然而，為目標應用選擇合適的射頻放大器時(shí)，種類(lèi)如此繁多的射頻放大器使得這項工作變得并不輕松。雖然幾乎所有射頻放大器的關(guān)鍵特性都是其增益，但這并不是選擇合適的器件所要考慮的唯一參數，很多時(shí)候甚至也不是最重要的參數。 增益表明放大器可以為信號提供多大的提升，由輸出功率與輸入功率之比（以dB為單位）表示。它一般針對放大器的線(xiàn)性模式(即輸出功率的變化與輸入功率的相應變化呈線(xiàn)性關(guān)系)進(jìn)行規定（參見(jiàn)圖1）。如果繼續提高射頻放大器的輸入信號的功率水平，器件將開(kāi)始進(jìn)入非線(xiàn)性模式，并產(chǎn)生雜散頻率分量。這些干擾分量包括諧波和交調產(chǎn)物（參見(jiàn)圖2中的HD2、HD3、IMD2和IMD3），代表了射頻放大器輸出端出現的交調失真(IMD)。射頻放大器處理不同輸入功率水平而不引入顯著(zhù)失真的能力反映了其線(xiàn)性度性能，這可以用不同參數來(lái)表示（參見(jiàn)圖1），包括： ► 輸出1 dB壓縮點(diǎn)(OP1dB)，其定義了系統增益降低1 dB時(shí)的輸出功率。 ► 飽和輸出功率(PSAT)，即當輸入功率變化不再改變輸出功率時(shí)的輸出功率。 ► 2階交調點(diǎn)(IP2)和3階交調點(diǎn)(IP3)，它們是輸入（IIP2、IIP3）和輸出（OIP2、OIP3）信號功率水平的假設點(diǎn)，在這些點(diǎn)上，相應雜散分量的功率將達到與基波分量相同的水平。
圖1.射頻放大器的輸出功率特性及其非線(xiàn)性參數
圖2.諧波和交調產(chǎn)物 盡管增益描述了射頻放大器的關(guān)鍵功能，但線(xiàn)性度和其他特性在決定射頻放大器選擇方面起著(zhù)重要作用。事實(shí)上，射頻放大器類(lèi)型的選擇總是涉及不同設計參數之間的權衡。下面是為目標用例選擇正確類(lèi)型的射頻放大器的簡(jiǎn)短指南。 低噪聲放大器 低噪聲放大器(LNA)常常用于接收器應用中，用于放大與天線(xiàn)接口的信號鏈前端的微弱信號。該類(lèi)型射頻放大器經(jīng)過(guò)優(yōu)化，在執行此功能時(shí)向信號引入的噪聲極小。在信號鏈的前面幾級，噪聲最小化尤為重要，因為這些級對整個(gè)系統的總噪聲系數的影響最大。 低相位噪聲放大器 低相位噪聲放大器的額外相位噪聲極小，因而它們非常適合需要高信號完整性的射頻信號鏈。相位噪聲是近載波噪聲，表現為抖動(dòng)，其特征是信號的相位在時(shí)域中有微小波動(dòng)。因此，低相位噪聲放大器非常適合與高速時(shí)鐘和LO網(wǎng)絡(luò )中的高性能PLL頻率合成器結合使用。 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，適用于旨在提供高功率的應用，如發(fā)射器系統等。這些放大器通常具有高OP1dB或PSAT特性，并提供高效率，從而可以保持低散熱。 高線(xiàn)性度放大器 高線(xiàn)性度放大器用于在很寬的輸入功率范圍內以極低的雜散水平提供高3階交調點(diǎn)。這種類(lèi)型的器件是使用復數調制信號的通信應用的常見(jiàn)選擇，此類(lèi)應用要求射頻放大器能夠以極小的信號失真處理高波峰因數，從而保持低誤碼率。 可變增益放大器 可變增益放大器(VGA)用于需要通過(guò)靈活的增益調節來(lái)適應信號電平變化的應用。VGA通過(guò)提供可調增益來(lái)實(shí)現此功能，增益既可利用數字控制的VGA以數字方式逐步改變，也可利用模擬控制的VGA連續改變。此類(lèi)放大器常常用于自動(dòng)增益控制(AGC)，以及用于補償其他元器件的溫度或特性變化所導致的增益漂移。 寬帶放大器 寬帶放大器能在很寬的頻率范圍（通常涵蓋數個(gè)倍頻程）內提供中等增益，多重寬帶應用得益于此。這些放大器提供大增益帶寬積，其代價(jià)通常是效率和噪聲性能平庸。 增益模塊 其他通用射頻應用也可以依靠增益模塊，后者代表了廣泛的射頻放大器類(lèi)別，可以涵蓋各種頻率、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和良好的回波損耗。其設計常常包含匹配和偏置電路，因而只需極少的外部元件便可集成到信號鏈中，工作得以簡(jiǎn)化。 結論 本文給出了射頻放大器及其應用的幾個(gè)例子。然而，這些器件種類(lèi)眾多，所針對的應用數不勝數，這篇小文難免有所遺漏。射頻放大器可以采用不同的組裝和工藝技術(shù)進(jìn)行設計，以提供不同的集成特性，支持特定的工作模式，并實(shí)現優(yōu)化的性能來(lái)滿(mǎn)足各種應用的需要——從通信和工業(yè)系統到測試測量設備及航空航天系統。 |
