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輸入保護型低噪聲放大器

輸入保護型低噪聲放大器

低噪聲放大器(LNA)即噪聲係數很低的放大器,是射頻收發機的一個重要組成部分,一般用作各類無線電接收機的高頻或中頻前置放大器,以及高靈敏度電子探測裝置的放大電路。

它能有效提高接收機的接收靈敏度,進而提高收發機的傳輸距離。在放大微弱訊號的場合,放大器自身的噪聲對訊號的干擾可能很嚴重,因此希望減小這種噪聲,以提高輸出的信噪比。因此低噪聲放大器的設計是否良好,關係到整個通訊系統的通訊質量。

(一)低噪聲放大器

低噪聲放大器的功能是把天線接收到的微弱射頻訊號放大,儘量減少噪聲的引入,在移動智慧終端上實現訊號更好、通話質量和資料傳輸率更高的效果。其工作原理就是:輸入的射頻訊號被輸入匹配網路轉化為電壓,經過放大器對電壓進行放大,同時在放大過程中最大程度降低自身噪聲的引入,最後經過輸出匹配網路轉化為放大後功率訊號輸出。

輸入保護型低噪聲放大器

低噪聲放大器通常由小型電晶體構成,並針對低噪聲、低相位噪聲和高線性度最佳化金屬互連。因此,當高射頻訊號功率透過這些窄小跡線和小型電晶體時,會產生大量的射頻損耗,從而導致過熱。

針對可能會被幹擾或是要與高功率射頻或微波系統進行配合的雷達、感測、成像以及通訊電路,必須考慮到高輸入功率的產生。以上領域可能涉及到航空航天、衛星等領域。此外,最新的相控陣和多輸入、多輸出(MIMO)的雷達技術天生就面臨著發射天線和接收天線耦合的高射頻輸入功率電平的問題。

寬頻低噪聲放大器, 1KHz~1000MHz,SMA,1 dB NF

輸入保護型低噪聲放大器

(二)輸入保護型低噪聲放大器

高靈敏度接收機要求低噪聲放大器(LNA)對極弱的訊號也具備靈敏度,但同時這種靈敏度也會導致接收機前端的低噪聲放大器出現脫敏或是其潛在效能減弱或損壞的風險。當低噪聲放大器輸入端的訊號強度超過輸入訊號的功率閾值時,其潛在效能損壞和減弱的可能性將會變得越來越大。

低噪聲放大器在暴露處理高輸入功率訊號時失效的常見原因:

1)高射頻功率損耗導致過熱

2)低噪聲放大器的電晶體輸入端的高射頻電壓導致過應力

因此低噪聲放大器的輸入保護功能至關重要。但是,從天線到數字化電子裝置的訊號鏈中,新增任何電路都可能會導致線性度降低、噪聲增大和相位噪聲增大。

輸入保護型低噪聲放大器,20MHz ~ 3000MHz, SMA,1.7 dB NF

輸入保護型低噪聲放大器

考慮到噪聲和相位噪聲是訊號鏈各元件、裝置的加性效應,首先應考慮將訊號鏈中各元件和裝置的數量,以及它們各自的噪聲和相位噪聲響應降至最低。低噪聲放大器進行輸入保護的方法之一,就是使用低損耗輸入PIN二極體限制器以及低噪聲放大器增益級,該放大器增益級由高輸入功率閾值的電晶體組成。

PIN二極體限制器實質上就是入射功率控制的可變電阻器。PIN限制器二極體的阻抗在低訊號功率電平下最強。基於此種設計,PIN限制器二極體的插入損耗在高阻抗的狀態下最小。這是令人滿意的,因為在訊號鏈中,該部分的任何插入損耗都會導致接收器靈敏度降低。

GaN 輸入保護型低噪聲放大器,1GHz~7GHz,SMA,1.5 dB NF

輸入保護型低噪聲放大器

如果限制器的輸入端產生超過二極體閾值的大功率輸入訊號,那麼限制器的阻抗將會迅速降低。這就會導致阻抗失諧,從而將沿訊號鏈將訊號功率反射回去。由此在低噪聲放大器輸入端所產生的訊號就弱得多,以免因暫時性的脫敏導致噪聲放大器的損壞。