《電子技術(shù)應(yīng)用》
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微波低噪聲放大器和功率放大器
摘要: 對(duì)射頻/微波通信應(yīng)以而言,放大器主要完成兩大任務(wù),一是增強(qiáng)接收機(jī)的低電平信號(hào),一是提升發(fā)射機(jī)的高電平輸出信號(hào)。雖然它們的功能、尺寸和功率要求不盡相同,但這兩種放大器都受益于晶體管技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)。
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</a><放大器" title="放大器">放大器" title="放大器">放大器主要完成兩大任務(wù),一是增強(qiáng)接收機(jī)的低電平信號(hào),一是提升發(fā)射機(jī)的高電平輸出信號(hào)。雖然它們的功能、尺寸和功率要求不盡相同,但這兩種放大器都受益于晶體管技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)。

  根據(jù)輸出要求的不同,放大器種類(lèi)十分廣泛,可以從微型芯片到帶數(shù)字接口的完整子系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō),更高集成度,比如將放大器和其它收發(fā)器件一起嵌入在芯片上,仍然受到小信號(hào)設(shè)計(jì)的歡迎。而大多數(shù)大信號(hào)放大器或功率放大器仍采用分立晶體管和分立匹配器件進(jìn)行設(shè)計(jì)。功率晶體管的體積本身就要比低噪聲或小信號(hào)晶體管大。它們比低噪聲晶體管散發(fā)更多的熱量,需要更大的支撐性(阻抗匹配、供電)無(wú)源器件,這些都使得功率放大器的體積要大過(guò)低噪聲放大器(LNA)。功率放大器的工作電流在安培數(shù)量級(jí),而LNA只需要毫安級(jí)的電流。

  微波低噪聲設(shè)計(jì)和功率放大器設(shè)計(jì)曾經(jīng)都由GaAs場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)主導(dǎo)。但其它晶體管架構(gòu)的不斷推出,如GaAs異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)和高電子遷移率晶體管(HEMT),給高頻LNA放大器設(shè)計(jì)師提供了替代傳統(tǒng)高頻硅雙極晶體管和GaAs FET的可能。對(duì)于較高頻率的功率放大器來(lái)說(shuō),GaAs FET仍是必選的器件。但在較低頻率,硅橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)、碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)晶體管具有很高的功率密度。

  許多供應(yīng)商同時(shí)提供LNA和功率放大器,而一些供應(yīng)商可能只專(zhuān)做其中的一種。大多數(shù)公司可以讓用戶(hù)選擇特定帶寬或?qū)拵У姆糯笃?,這種寬帶放大器可以用于不同的應(yīng)用。例如, Microwave Solutions公司同時(shí)提供特定頻帶內(nèi)的功率放大器和LNA。該公司的MSH-5617902的功率放大器用于從5.9GHz至*GHz的C波段應(yīng)用,其1dB壓縮點(diǎn)輸出功率為+40dBm,三階截取點(diǎn)輸出為+49dBm,在+12V直流電源下可提供40dB增益,消耗電流7A。雖然不是專(zhuān)門(mén)針對(duì)低噪聲設(shè)計(jì),但它能實(shí)現(xiàn)難得的8dB噪聲系數(shù)。

  Microwave Solutions公司的MSD-5611402放大器同樣是一款針對(duì)5.9GHz至*GHz頻段設(shè)計(jì)的LNA。雖然它的1dB壓縮點(diǎn)輸出功率只有+18dBm,但它擁有1.6dB的低噪聲系數(shù),工作在+12V直流電源下的消耗電流僅為120mA。

  CTT公司的LNA采用了GaAs PHEMT技術(shù),工作頻帶為0.5GHz至20.0GHz。CTT公司的AM系列LNA包括了增益為22dB的AMM/020-1022,這個(gè)放大器的噪聲系數(shù)是1dB,工作頻帶為0.5GHz至2.0GHz。

  Hittite Microwave公司推出了芯片型和封裝好的LNA,如HMC617LP3。這個(gè)LNA采用QFN封裝,尺寸只有3x3mm。該LNA采用GaAs PHEMT半導(dǎo)體技術(shù)制造,工作頻帶為550MHz至1200MHz,具有0.5dB的低噪聲系數(shù)和16dB的增益。

  ADI公司的ADL5521 LNA同樣采用GaAs PHEMT技術(shù)制造,工作頻帶為0.4GHz至4.0GHz,并采用了3x3mm LFCSP封裝。該器件在900MHz時(shí)的噪聲系數(shù)為0.8dB,典型增益為20.8dB。

  Mini-Circuits公司提供了一款表面貼封裝的LNA模塊,型號(hào)為*P-960LN+,尺寸僅為0.59x0.39x0.12英寸。該器件的工作頻帶為824MHz至960MHz,在915MHz頻率下的噪聲系數(shù)僅為0.55dB,增益為18dB,輸出功率+16.5dBm,非常適用于GSM接收機(jī)。

  Centellax公司的UA1L30VM放大器模塊是針對(duì)原始信號(hào)帶寬開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品,在0.01GHz至30.00GHz范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)30dB的典型增益,噪聲系數(shù)為4.5dB。AML Communications公司也提供寬帶放大器,比如AML240L2201。該放大器在2GHz至40GHz范圍內(nèi)最小增益為22dB。

  雖然LNA傾向于采用表面貼封裝和緊湊的同軸封裝,但功率放大器最初采用的是同軸模塊,最大的需要用19英寸機(jī)架來(lái)放置。例如,Milmega公司的RF1000型功率放大器融合了MMIC和SiC器件技術(shù),在200MHz至1,000MHz范圍內(nèi)可輸出特別高的射頻功率。它能產(chǎn)生1,000W的飽和輸出功率,重達(dá)130公斤,在19英寸機(jī)架中占18個(gè)單元位置。

  Microwave Power公司專(zhuān)門(mén)針對(duì)熱管理和集成應(yīng)用開(kāi)發(fā)專(zhuān)有電路。該公司根據(jù)在陶瓷基底上應(yīng)用單片集成電路制造技術(shù)的方法,制造出的放大器可工作于1GHz至40GHz頻帶,飽和輸出功率可達(dá)+57.5dBm,噪聲系數(shù)為12dB。

  在功率和集成度方面,Ophir RF公司最近推出了型號(hào)為7000的放大器系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了4個(gè)獨(dú)立的通道,分別覆蓋1MHz至30MHz、30MHz至500MHz、500MHz至1000MHz、1.0GHz至2.5GHz頻帶。其中三個(gè)較低頻率的通道提供100W的典型飽和輸出功率,另一個(gè)微波通道提供50W的典型飽和功率。這個(gè)靠風(fēng)扇冷卻的系統(tǒng)體積為19x8.75x26英寸,重量是95磅。

  雖然越來(lái)越多的晶體管級(jí)射頻/微波放大器供應(yīng)商正在提供行波管放大器(TWTA)的固態(tài)“替代”品,但TWTA遠(yuǎn)未過(guò)時(shí)。AR Worldwide公司為系統(tǒng)和測(cè)試應(yīng)用提供種類(lèi)廣泛的固態(tài)和TWTA放大器。比如型號(hào)為2000T8G18的放大器,它能在7.5GHz至18.0GHz范圍內(nèi)輸出2,000W的CW功率。這個(gè)大功率放大器重量達(dá)2,600磅(1,182kg)。TMD公司稍微有些復(fù)雜的PTC*2 TWTA可以在7.5GHz至18.0GHz范圍內(nèi)產(chǎn)生最小500W的輸出功率,增益為57dB,但重量只有105.6磅(48kg)。

  Xicom Technology公司最近推出了幾款重量更輕的TWTA。該公司的C波段XTRD-1250CL型號(hào)和Ku波段XTRD-1250KL型號(hào)TWTA分別工作在5.85GHz至*25GHz和13.75GHz至14.50GHz衛(wèi)星通信上行鏈路頻段,占6個(gè)機(jī)架單元,滿(mǎn)載重量只有115磅。它們可以提供1250W的峰值輸出功率。
 

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