射頻低噪聲放大電路原理剖析 —電路圖天天讀（134）

　　射頻專指具有一定波長(zhǎng)可用于無(wú)線電通信的電磁波。用來(lái)產(chǎn)生射頻的高頻電路成為射頻電路，基本上是由無(wú)源元件、有源器件和無(wú)源網(wǎng)絡(luò)組成的。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，通信設(shè)備所用頻率日益提高，射頻（RF）和微波（MW）電路在通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，射頻電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了工業(yè)界的特別關(guān)注。

　　射頻技術(shù)簡(jiǎn)介

　　RF（Radio Frequency）技術(shù)被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，如：電視、廣播、移動(dòng)電話、雷達(dá)、自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等。專用詞RFID（射頻識(shí)別）即指應(yīng)用射頻識(shí)別信號(hào)對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行識(shí)別。RFID的應(yīng)用包括：ETC（電子收費(fèi)）、 鐵路機(jī)車車輛識(shí)別與跟蹤、集裝箱識(shí)別、 貴重物品的識(shí)別、認(rèn)證及跟蹤、 商業(yè)零售、醫(yī)療保健、后勤服務(wù)等的目標(biāo)物管理、出入門禁管理、動(dòng)物識(shí)別、跟蹤、 車輛自動(dòng)鎖死（防盜）

　　RF（射頻）專指具有一定波長(zhǎng)可用于無(wú)線電通信的電磁波。電磁波可由其頻率表述為：KHz（千赫），MHz（兆赫）及GHz（千兆赫）。其頻率范圍為VLF（極低頻）也即10-30KHz至EHF（極高頻）也即30-300GHz。RFID是一項(xiàng)易于操控，簡(jiǎn)單實(shí)用且特別適合用于自動(dòng)化控制的靈活性應(yīng)用技術(shù)，其所具備的獨(dú)特優(yōu)越性是其它識(shí)別技術(shù)無(wú)法企及的。它既可支持只讀工作模式也可支持讀寫工作模式，且無(wú)需接觸或瞄準(zhǔn)；可自由工作在各種惡劣環(huán)境下；可進(jìn)行高度的數(shù)據(jù)集成。另外，由于該技術(shù)很難被仿冒、侵入，使RFID具備了極高的安全防護(hù)能力。

　　從概念上來(lái)講，RFID 類似于條碼掃描，對(duì)于條碼技術(shù)而言，它是將已編碼的條形碼附著于目標(biāo)物并使用專用的掃描讀寫器利用光信號(hào)將信息由條形磁傳送到掃描讀寫器；而RFID則使用專用的RFID讀寫器及專門的可附著于目標(biāo)物的RFID單元，利用RF信號(hào)將信息由RFID單元傳送至RFID讀寫器。RFID單元中載有關(guān)于目標(biāo)物的各類相關(guān)信息，如：該目標(biāo)物的名稱，目標(biāo)物運(yùn)輸起始終止地點(diǎn)、中轉(zhuǎn)地點(diǎn)及目標(biāo)物經(jīng)過(guò)某一地的具體時(shí)間等，還可以載入諸如溫度等指標(biāo)。RFID單元，如標(biāo)簽、卡等可靈活附著于從車輛到載貨底盤的各類物品RFID技術(shù)所使用的電波頻率為50KHz-5.8GHz，如圖一所示，一個(gè)最基本的RFID系統(tǒng)一般包括以下幾個(gè)部份：

　　一個(gè)載有目標(biāo)物相關(guān)信息的RFID單元（應(yīng)答機(jī)或卡、標(biāo)簽等）； 在讀寫器及RFID單元間傳輸RF信號(hào)的天線； 一個(gè)產(chǎn)生RF信號(hào)的RF收發(fā)器（RF transceiver）；一個(gè)接收從RFID單元上返回的RF信號(hào)并將解碼的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)系統(tǒng)以供處理的讀寫器；天線、讀寫器、收發(fā)器及主機(jī)可局部或全部集成為一個(gè)整體，或集成為少數(shù)的部件。不同制造商有各自不同的集成方法。

　　典型的射頻電路

　　射頻電路最主要的應(yīng)用領(lǐng)域就是無(wú)線通信，圖1為一個(gè)典型的無(wú)線通信系統(tǒng)的框圖，下面以這個(gè)系統(tǒng)為例分析射頻電路在整個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)中的作用。

　　這是一個(gè)無(wú)線通信收發(fā)機(jī)的系統(tǒng)模型，它包含了發(fā)射機(jī)電路、接收機(jī)電路以及通信天線。這個(gè)收發(fā)機(jī)可以應(yīng)用于個(gè)人通信和無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)中。在這個(gè)系統(tǒng)中，數(shù)字處理部分主要是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，包括采樣、壓縮、編碼等；然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器變成模擬形式進(jìn)入模擬信號(hào)電路單元。

　　射頻電路的組成和特點(diǎn)

　　下面，將針對(duì)圖方框圖中的低噪聲放大器（LNA）討論一般射頻電路的組成和特點(diǎn)。

　　上圖給出了這個(gè)放大器的電路板圖， 注意到輸入信號(hào)是通過(guò)一個(gè)經(jīng)過(guò)匹配濾波網(wǎng)絡(luò)輸入放大模塊。放大模塊一般采用晶體管的共射極結(jié)構(gòu)，其輸入阻抗必須與位于低噪聲放大器前面的濾波器的輸出阻抗 相匹配，從而保證最佳傳輸功率和最小反射系數(shù)，對(duì)于射頻電路設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，這種匹配是必須的。此外，低噪聲放大器的輸出阻抗必須與其后端的混頻器輸入阻抗相匹 配，同樣能保證放大器輸出的信號(hào)能完全、無(wú)反射的輸入到混頻器中去。這些匹配網(wǎng)絡(luò)是由微帶線組成，在有些時(shí)候也可能由獨(dú)立的無(wú)源器件組成，但是它們?cè)诟哳l 情況下的電特性與在低頻的情況下完全不同。圖上還可以看出微帶線實(shí)際上是一定長(zhǎng)度和寬度的敷銅帶，與微帶線連接的是片狀電阻、電容和電感。

　　射頻電路的功率和增益

　　增益、噪聲和非線性是描述射頻電路最常用的指標(biāo)。在射頻和微波系統(tǒng)中，由于反射的普遍存在和理想的短路、開(kāi)路難以獲得，低頻電路中常用的電壓和電流參數(shù)的測(cè)量變得十分困難，因此，功率的測(cè)量得到了廣泛的應(yīng)用。并且，傳統(tǒng)的射頻和微波電路使用分立元件和傳輸線構(gòu)成，電路的輸入、輸出通常需要匹配到一個(gè)系統(tǒng)阻抗（50？或75？）。由于上面兩個(gè)原因，電路的性能指標(biāo)，如增益、噪聲、非線性等，都可以通過(guò)功率表示出來(lái)

　　為了計(jì)算方便，在射頻和微波工程中常用功率強(qiáng)度對(duì)數(shù)的形式來(lái)表示功率，dBm是信號(hào)功率相對(duì)于1mW的對(duì)數(shù)值。

　　有了功率的定義，現(xiàn)在開(kāi)始討論射頻系統(tǒng)中的一個(gè)重要指標(biāo)：增益。在射頻系統(tǒng)中考慮的功率指的是功率增益，這與電壓增益很容易產(chǎn)生混淆。此外，在射頻系統(tǒng)中，同樣存在多種功率的定義，當(dāng)匹配電路存在時(shí)，可以定義以下功率：

　　PL：負(fù)載獲得的功率

　　Pin：電路的輸入功率

　　Pavs：信號(hào)源能提供的最大功率

　　Pavn：電路能提供的最大功率

　　相應(yīng)的，可以定義三種功率：一般功率增益Gp、轉(zhuǎn)化功率增益GT和資用增益GA，它們由下列公式給出。