随着对无线通信设备和高。速计算设备的需求不断增长,而低成本和高集成度的集成电路,比如低噪声放大器(LNA)则备受青睐,现在为大家介绍低噪声放大器及它的常见术语和应用。
概念
低噪声放大器(LNA)是运算放大器的一种,用于放大可能非常弱的信号。它通常位于非常靠近检测设备的位置,以减少馈线中的损耗。这种有源天线装置经常用在GPS之类的微波系统中,因为同轴电缆馈线在微波频率下的损耗非常大。
常见术语——①噪声系数(Noise Figure / NF)
为了衡量某一线性电路(如放大器)或一系统(如接收机)的噪声特性,通常需要引入一个衡量电路或系统内部噪声大小的量度。有了这种量度就可以比较不同电路噪声性能的好坏,也可以据此进行测量。广泛使用的一个噪声量度称作噪声系数。
公式表示为:噪声系数NF=输入端信噪比/输出端信噪比,单位常用“dB”。
常见术语——②增益(Gain / G)
增益是放大器输出功率与输入功率比值的对数,用以表示功率放大的程度,亦指电压或电流的放大倍数。同样,分贝就是放大器增益的单位。
放大器输出与输入的比值为放大倍数,单位是“倍”,如10倍放大器,100倍放大器。当改用“分贝”做单位时,放大倍数就称之为增益。
常见术语——③增益平坦度(Gain Flatness)
是指在给定带宽范围内的增益“剧烈增加”和“快速下降”的数值,以分贝(dB)衡量。它是用运算放大器的闭环频率响应增益平坦度来衡量。影响相位裕量、增益裕量、和足够的闭环增益等这些最重要的参数规格。
这是放大电路频率特性曲线上的一个指标,理想的放大电路,在通频带范围内,增益应当保持一个恒定值,但实际上不是这样,在整个通频带中的某段频率范围上,放大电路的增益会有起伏变化,有时候变化还很大。
增益平坦度好,就是指在一定范围内起伏不是很大,趋于平缓。
常见术语——④阻抗(Z)
表示元件性能或一段电路电性能的物理量。在具有电阻、电感和电容的电路里,对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示,是一个复数,实部称为电阻,虚部称为电抗。
常见术语——⑤1dB压缩点
是表征 PA的线性度的一个指标,正常的是PA是线性的输出功率随着输入功率的增加而增加,当PA进到快饱和区后 输入的功率再增加 输出的功率不会变化。
(例如: 输入0dbm 输出 10dbm , 输入 1dbm 输出 11dbm ,当 输入2dbm 本应该输出 12dbm 但实际测试 只有11dbm 。 功率掉了1db 那 这个点就是1dB压缩点。 这个指标随着功率增加 越晚出现这个指标越好。 说明PA的线性度越好)
常见术语——⑥回波损耗(Return Loss )
它是反射系数绝对值的倒数,以分贝值表示。回波损耗的值在0dB的到无穷大之间,回波损耗越大表示匹配越好。0表示全反射,无穷大表示完全匹配。
常见术语——⑦驻波比(Voltage Standing Wave Ratio / VSWR / SVWR)
驻波比全称为电压驻波比,指驻波波腹电压与波谷电压幅度之比,又称为驻波系数、驻波比。驻波比等于1时,表示馈线和天线的阻抗完全匹配,此时高频能量全部被天线辐射出去,没有能量的反射损耗;驻波比为无穷大时,表示全反射,能量完全没有辐射出去。
驻波比就是一个数值,用来表示天线和电波发射台是否匹配。如果 SWR 的值等于1, 则表示发射传输给天线的电波没有任何反射,全部发射出去,这是最理想的情况。如果SWR 值大于1, 则表示有一部分电波被反射回来,最终变成热量,使得馈线升温。被反射的电波在发射台输出口也可产生相当高的电压,有可能损坏发射台。
驻波比是行波系数的倒数,其值在1到无穷大之间。驻波比为1,表示完全匹配;驻波比为无穷大表示全反射,完全失配。
应用
使用低噪声放大器,可通过低噪声放大器的增益降低来自接收链后续级的噪声的影响,而低噪声放大器本身的噪声则直接注入接收信号中。
低噪声放大器必须在增加尽可能少的噪声和失真的同时提高所需的信号功率,以便在系统的后面阶段可以恢复该信号。良好的低噪声放大器具有低NF(例如1dB),足够大的增益(例如20dB)。进一步的标准是工作带宽,增益平坦度,稳定性以及输入和输出电压驻波比(VSWR)。
为了降低噪声,放大器的第一级必须具有较高的放大率。因此,经常使用JFET和HEMT。它们在高电流状态下驱动,虽然效率不高,但会降低散粒噪声的相对量。
在卫星通信系统中,地面站接收天线将连接到低噪声放大器。由于接收信号较弱,因此需要低噪声放大器。接收到的信号通常略高于背景噪声。卫星功率有限,因此它们使用低功率发射机。毕竟,发射机距离很遥远并且容易遭受损耗。