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(多图) 用于蜂窝基础设施的低失配超高频(UHF)低噪声放大器(LNA)

Chin-Leong Lim?? 安华高科技(Avago Technologies)?? 2013年09月29日 ?? 收藏0
介绍

低噪声放大器(LNA, Low Noise Amplifier)设计中最大的障碍为噪声Γopt和共轭S11*匹配点的不重合,基于这个原因,LNA设计过程无可避免地必须对噪声系数的输入匹配进行取舍,不幸的是,由于天线匹配要求,例如LNA要在-18dB回返损耗的带通滤波器之后达到14dB的天线失配,输入回返损耗(IRL, Input Return Loss)必须优于-23dB,因此这样的取舍并不适合蜂窝基础设施应用。虽然可以使用隔离器解决噪声匹配放大器中的高反射率,但却有成本高且重量重的缺点,因而贝尔实验室于60年代开发出比隔离器更便宜并且更轻的产品,也就是平衡放大器拓朴结构[1-2],它将由一对放大器反射的能量送到正交3dB耦合器,或称为90o或混合耦合器来进行自我消除,由于连接端口的匹配并不会受到组成放大器实际反射率的影响,因此可以达到良好的匹配,使得设计工程师可以自由调整输入电路以取得最低的噪声。另外,平衡组态也具有比单端结构更好的可靠性、线性度和带宽,最令人讶异的是,它本身具有自稳定功能,也就是就算由两个可能不稳定放大器构成,依然可以确保不管是带内或带外的完美稳定性。在缺点方面,平衡式LNA需要比起单端设计多一倍的电流和零组件,而用来做为信号分离和组合的正交耦合器也会增加成本并占用更多的电路板空间,特别是在分布式设计上,它们的插入损耗也会影响射频性能。如果使用商用插入式耦合器,那幺射频性能基本上会正比于所采用器件的尺寸和价格,进一步说,受限的移动通信塔顶空间,例如塔顶放大器(TMA, Tower Mounted Amplifier)会因平衡式LNA大约是单端设计的两倍重量和尺寸而倾向不采用,对于相关文件的研究带来了解决平衡式LNA尺寸问题的两个方法,分别为缩小耦合器[4-5]以及更高的电路集成度[6-7, 13-14],在此同时,塔顶放大器对于最先进灵敏度和线性度的需求也对微型化带来阻碍。

为了改善先前900MHz平衡式LNA设计的尺寸和使用零组件数量,我们以微型化多层耦合器以及集成双放大器、偏压和关断功能的MMIC为基础进行设计,就我们所知,这是业内第一个内置关断功能的双放大器MMIC产品。为了强化设计的可用性,我们在追平甚至超越先前技术所达到最佳噪声和线性性能的基础上,期望可以大幅度地缩小尺寸,本篇文章描述了我们的设计如何达成相互冲突的尺寸和性能目标,并总结了最重要的结果。

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第1页:介绍

第2页:材料和方法(1)

第3页:材料和方法(2)

第4页:结果与讨论(1)

第5页:结果与讨论(2)

第6页:总结


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