《射频电路设计》第2章 射频小信号放大器电路设计.pptxVIP

2.1 射频小信号放大器电路主要技术指标 在无线通信系统中，到达接收机的射频信号电平多在微伏数量级。因此，需要将微弱的射频信号进行放大。射频小信号放大器电路是无线通信接收机的重要组成部分。对于射频小信号放大器电路要求具有低的噪声系数，足够的线性范围，合适的增益，输入/输出阻抗的匹配，输入/输出之间良好的隔离。在移动通信设备中还要求具有低的工作电源电压和低的功率消耗。特别要强调的是，所有这些指标都是互相联系的，甚至是矛盾的，在设计中如何采用折中的原则，兼顾各项指标，是很重要的。 2.1.1 增益 增益是表示放大器对有用信号的放大能力，定义为放大器的输出信号与输入信号的比值。对于选频放大器电路，通常用在中心频率f0（或者?0）上电压增益和功率增益两种方法表示：电压增益 （2.1.1）功率增益 （2.1.2）式中，uo、ui分别为放大器中心频率上输出、输入的电压有效值；Po、Pi分别为放大器中心频率的输出、输入功率，通常用分贝表示。射频小信号放大器电路的增益要适中，过大会使下级混频器的输入太大，产生失真。太小不利于抑制后面各级的噪声对系统的影响。射频小信号放大器电路的增益与器件的技术特性、工作状态和负载有关，需要选择合适的工作频率、电流偏置、输入/输出匹配网络。一般要求电路的增益是可控制的，改变放大器的工作点，改变放大器的负反馈量，改变放大器谐振回路的Q值等参数可以控制电路的增益，通常采用自动增益控制电路实现。2.1.2 通频带为保证频带信号无失真地通过放大器电路，要求其增益频率响应特性必须有与信号带宽相适应的平坦宽度。通频带定义为放大器的增益下降3dB时的上限截止频率与下限截止频率之差，即放大器电路电压增益频率响应特性由最大值下降3dB时，对应的频带宽度，为放大电路的通频带。通常以BW0.7表示，如图2.1.1所示。图2.1.1 选频放大器的幅频特性2.1.3 选择性选择性表示放大器对通频带以外的干扰信号的滤除能力，即指对通频带之外干扰信号的衰减抑制能力。选择性有两种描述方法：一是用矩形系数来说明邻近信道选择性的好坏；二是用抑制比（或称抗拒比）来说明对带外某一特定干扰频率fN信号的抑制能力的大小。矩形系数用K0.1来表示，其定义为 （2.1.3）式中，BW0.1是增益下降到最大值的0.1倍时的频带宽度。BW0.1和BW0.7之间的频率范围称为过渡带。K0.1间接反映了过渡带与通频带的频宽比。K0.1越小，过渡带越窄，选择性越好。理想情况的K0.1等于1，实际的K0.1总是大于1。 在工程中，放大器的带宽范围往往被通信系统预先确定。因此，对于满足带宽要求的选频放大电路来说，可以采用S参数的方法来表示图2.1.1（b）的选择性。S参数定义为：过渡带内的某特定频率条件下的增益A(?1 )与通频带内的最大增益A0的比值，即 （2.1.4）显然，S值越小的电路选择性越好。若选用谐振回路作为选频电路时，过渡带的宽窄与谐振回路Q有直接的关系，Q越大过渡带越小，电路的选择性越好。放大电路的通频带与选择性是相互制约的，即通频带大必然使选择性差。抑制比用?表示，其定义为 （2.1.5）式中，是中心频率上的功率增益；是某一特定干扰频率上的功率增益。抑制比用分贝表示则为 （2.1.6）2.1.4 线性范围线性范围主要由1dB压缩点和三阶互调截点IP3来度量。在射频小信号放大器电路中，器件的跨导随输入信号幅度的增加而减少，此现象称为增益压缩。对应于输入信号幅度值Uin，增益比线性放大增益下降1dB的那一点称为1dB压缩点，如图2.1.2所示。1dB压缩点常用来度量放大器的线性特性。 图2.1.2 放大器的1dB压缩点当两个频率接近的信号输入到射频小信号放大器时，由于器件的非线性会产生许多组合频率分量，这些组合频率分量有可能落在放大器频带内，即在放大器频带内的频率分量除了基波外，还可能有组合频率2?2??1和2?1??2。这些组合频率分量形成对有用信号的干扰。这种干扰并不是由两输入信号的谐波产生，而是由这两个输入信号的相互调制（相乘）引起的，所以称为互调（Intermodulation，IM）失真。由非线性器件的三次方项引起的互调失真称为三阶互调失真，由五次方互调失真引起的互调失真称为五阶互调失真。可以在互调失真比和三阶互调截点两个指标中选一个来衡量放大器的互调失真程度。更常用“三阶截点IP3”（Third-order intercept point）来说明三阶互调失真的程度。三阶互调截点IP3定义为三阶互调功率达到和基波功率相等的点，此点所对应的输入功率表示为IIP3，此点对应的输出功率表示为OIP3（一般在放大器中常用OIP3作为参考，在混频器中常用IIP3作为参考）。 输出有用功率Po与输入功率Pi成正比，而三阶互调输出功率与输入功率Pi