基于通訊模組射頻性能提升的研究

錢自進

四川省綿陽市安州區花垓工業園 四川 綿陽 621000

1 低噪聲放大器回路(LNA)分析

我們知道，系統接收靈敏度的計算公式如下:

由上式可見，在各種特定(帶寬、解調S/N已定)的無線通訊系統中，能有效提高靈敏度的關鍵因素就是降低接收機的噪聲系數NF，而決定接收機的噪聲系數的關鍵部件就是處于接收機最前端的低噪聲放大器。低噪聲放大器的主要作用是放大天線從空中接收到的微弱信號，降低噪聲干擾，以供系統解調出所需的信息數據，所以低噪聲放大器的設計對整個接收機來說是至關重要的。

LNA作為通訊模組的信號輸入端，其性能的好壞直接影響整個通訊模組的性能。直接同LNA密切相關的性能指標例如噪聲系數(NF)、放大器增益(G)、輸入輸出的駐波比(VSWR)、放大器的動態范圍(IIP3)等。

1)、噪聲系數(NF):噪聲系數的定義為放大器輸入信噪比與輸出信噪比的比值，即:

對于單擊放大器而言，其噪聲系數的計算為:

其中Fmin為晶體管最小噪聲系數，是由放大器的管子本身決定的，Γopt、Rn和Γs分別為獲得Fmin時的最佳源反射系數、晶體管等效噪聲電阻、以及晶體管輸入端的源反射系數。

對多級放大器而言，其噪聲系數的計算為:

其中NFn為第n級放大器的噪聲系數，Gn為第n級放大器的增益。

而通訊模組來為多級放大器系統，G1為LNA的放大器增益，由上面的公式可知，在G1遠大于1的情況下，通訊模組的噪聲系數NF可以等效為NF1即LNA回路的噪聲系數。

2)、放大器增益(G):放大器的增益定義為放大器輸出功率與輸入功率的比值:

從式(4)中可見，提高低噪聲放大器的增益對降低整機的噪聲系數非常有利，但低噪聲放大器的增益過高會影響整個接收機的動態范圍。所以，一般來說低噪聲放大器的增益確定應與系統的整機噪聲系數、接收機動態范圍等結合起來考慮。

3)、輸入輸出的輸入反射損耗或駐波比(VSWR):

低噪聲放大器的輸入輸出駐波比表征了其輸入輸出回路的匹配情況，我們在設計低噪聲放大器的匹配電路時，輸入匹配網絡一般為獲得最小噪聲而設計為接近最佳噪聲匹配網絡而不是最佳功率匹配網絡，而輸出匹配網絡一般是為獲得最大功率和最低駐波比而設計，所以，低噪聲放大器的輸入端總是存在某種失配。這種失配在某些情況下會使系統不穩定，一般情況下，為了減小放大器輸入端失配所引起的端口反射對系統的影響，可用插損很小的隔離器等其他措施來解決。

4)、反射系數(Г):

由式(3)可知，當Γs=Γopt時，放大器的噪聲系數最小，NF=NFmin，但此時從功率傳輸的角度來看，輸入端是失配的，所以放大器的功率增益會降低，但有些時候為了獲得最小噪聲，適當的犧牲一些增益也低噪聲放大器設計中經常采用的一種辦法。

5)、放大器的動態范圍(IIP3):

在低噪聲放大器的設計中，應充分考慮整個接收機的動態范圍，以免在接收機后級造成嚴重的非線性失真，一般應選擇低噪聲放大器的輸入三階交調點IIP3較高一點，至少比最大輸入信號高30d B，以免大信號輸入時產生非線性失真。

除以上各項外，低噪聲放大器的工作頻率、工作帶寬及通帶內的增益平坦度等指標也很重要，設計時要認真考慮。

2 結論

通訊模組的性能提升關系到整個系統電路設計，涉及到很多射頻方面的知識，我僅從LNA回路方面進行分析研究，結合最近開發通訊模組遇到的問題和解決問題中積累的經驗談談個人的一點看法，可能會存到某些不足和片面，希望這些能對以后我們通訊模組的產品設計有些參考作用。