主要RF微波放大器性能點(diǎn)評(píng)

高頻放大器的種類豐富，應(yīng)用范圍非常廣泛，幾乎可用于所有的電子設(shè)備中，起到諸如設(shè)置通信接收機(jī)的噪音系數(shù)、為信號(hào)發(fā)射機(jī)天線驅(qū)動(dòng)高功率信號(hào)的作用。高頻放大器的類型包括寬帶和窄帶功率放大器、低噪聲放大器(LNA)、對(duì)數(shù)放大器、運(yùn)算放大器、跨阻放大器(TIA)以及可變電壓放大器。它們以芯片、帶表面貼(SMT)封裝的器件、基于固態(tài)和真空管器件的機(jī)架式系統(tǒng)等多種形式存在。本文介紹一些最近發(fā)布的RF/微波放大器產(chǎn)品。

最小的RF/微波放大器是單片微波集成電路(MMIC)器件。這類器件經(jīng)常被用作增益模塊，來補(bǔ)償系統(tǒng)和電路中無源信號(hào)的損失。提供MMIC放大器芯片和帶封裝的MMIC放大器模塊的公司很多，包括安捷倫、ADI、Filtronic公司、Hittite微波公司、Microwave Technology公司、Mimix Broadband公司、Mini-Circuits公司和RFMD公司等。

Hittite微波公司提供的HMC-ALH444 LNA芯片是頻率范圍為1~12GHz的商用和軍事應(yīng)用的理想選擇。該芯片在10GHz頻率下具有17dB增益，噪聲系數(shù)很低，僅為1.75dB。該公司還推出了65GHz頻率的GaAS高電子遷移率晶體管(HEMT)LNA芯片(圖1)。HMCALH382芯片在57~65GHz頻率范圍上提供21dB增益，噪聲系數(shù)為4dB。該芯片在1dB壓縮點(diǎn)上提供+12dBm的輸出功率，與此同時(shí)僅從單端+2.5V直流電源汲取64mA電流。

Microwave Technology公司的MMA-021015是另一款放大器芯片，它利用AlGaAs/InGaAs偽高電子遷移率晶體管(pHEMT)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)在1~10GHz頻率范圍內(nèi)的4.8dB噪聲系數(shù)。該芯片可在整個(gè)帶寬上提供+17dBm輸出功率和18dB增益，具有+/-2.5dB的增益平坦度，被設(shè)計(jì)工作在+6V的直流系統(tǒng)中。該公司還推出了一系列寬帶中等功率放大器，包括在1dB壓縮點(diǎn)上具有22.5dBm輸出功率、在1~22GHz頻率上提供8dB增益的MMA-022020B放大器。

在帶寬性能方面，幾乎沒有其它的MMIC芯片放大器能與安捷倫科技公司的HMMC-5025相媲美。這個(gè)分布式放大器覆蓋2~50GHz頻率范圍，在40GHz頻率下具有8.5dB小信號(hào)增益和+12dBm輸出功率。該芯片在35GHz頻率上的噪聲系數(shù)只有5dB，在50GHz頻率上的噪聲系數(shù)為7dB。這個(gè)七級(jí)分布式放大器芯片具有30dB的增益控制范圍，每一級(jí)包括兩個(gè)級(jí)聯(lián)的GaAs FET器件。

許多MMIC放大器供應(yīng)商也提供帶封裝的放大器。例如，Mimix Broadband公司的用于1.5~6.0GHz頻率范圍的CMM9000-QT兩級(jí)反饋驅(qū)動(dòng)放大器采用3×3mm表面貼QFN封裝。該放大器具有15dB的小信號(hào)增益，在1dB壓縮上具有+15dBm輸出功率，并集成了片內(nèi)匹配電路、RF扼流電感和DC隔離電容。ADI公司提供ADL5320和ADL5321預(yù)驅(qū)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)放大器，前者在400~2,700 MHz工作頻率下具有13.7dB增益，噪聲系數(shù)為4.2dB，在2,140MHz下具有25.6dBm輸出功率，后者在2,300~4,000MHz工作頻率下具有14dB增益，并提供+25dBm輸出功率，在2,600MHz下的噪聲系數(shù)為4dB。

Mini-Circuits公司提供了幾種帶封裝的MMIC放大器產(chǎn)品系列，其中包括ERA系列。在眾多微型帶SMT封裝的ERA放大器中，ERA-1放大器在從DC至8GHz頻率范圍內(nèi)提供超過10dB的增益，在1dB壓縮點(diǎn)上具有+12dBm典型輸出功率。通用放大器具有4.3dB低噪聲系數(shù)和典型三階截點(diǎn)典型等于+26dBm的高線性度。

由于這些小型MMIC放大器所提供的功率很少超過0.5W(+27dBm)，所以需要更大規(guī)模的電路和封裝來提供大功率。在稍大的尺寸范圍中，很多公司都能提供帶有同軸連接器、裝在鋁外殼中的放大器。這種放大器能提供更高的功率，并且利用封裝和散熱器可耗散更多的熱量。例如，CTT公司提供廣泛用于商用和軍事應(yīng)用領(lǐng)域的窄頻及寬頻功率放大器，覆蓋0.5~2.0GHz、1.0~2.0GHz、2~4GHz、2~6GHz、2~8GHz、2~18GHz，以及2~20GHz的頻率范圍，具有高達(dá)+41dBm的輸出功率。更高頻率的型號(hào)包括在18.0~26.5GHz頻率范圍內(nèi)具有36dB增益和在1dB壓縮點(diǎn)上具有+30dBm輸出功率的APW/265-3036型放大器。

商用寬帶隙半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，如采用碳化硅(SiC)以及氮化鎵(GaN)材料生產(chǎn)的器件，為放大器設(shè)計(jì)工程師提供了功率密度非常大的器件。例如，英國(guó)Milmega公司在其生產(chǎn)的UHF功率放大器中采用了Cree公司的SiC晶體管。在這些頻率上，SiC MESFET比競(jìng)爭(zhēng)的晶體管技術(shù)具有更大的功率密度，能在較小的封裝內(nèi)設(shè)計(jì)更大功率的放大器。

EMPOWER RF Systems公司的1117-BBM3K5KEL型功率放大器采用GaN大功率密度器件。它在500~2,500 MHz范圍內(nèi)的1dB壓縮點(diǎn)上具有20W典型輸出功率，并提供46dB增益和+/-1.5dB增益平坦度。

一些功率放大器依賴真空電子管而不是固態(tài)器件來產(chǎn)生大功率輸出。例如，dB Control公司推出了新的MPM系列，包括在6~18GHz范圍內(nèi)提供1,500kW峰值功率、具有6%的占空比信號(hào)GHzdB-3757型放大器。

AR Worldwide公司的模塊化CMS1070型GaAs FET功率放大器可用于WiMAX系統(tǒng)。它在3,400~3,700MH范圍內(nèi)的1dB壓縮點(diǎn)上提供+43dBm輸出功率，具有20~50dB的可變?cè)鲆婧?54dBm的三階截點(diǎn)。

針對(duì)衛(wèi)星通訊和其它高頻應(yīng)用，Endwave公司提供一系列固態(tài)放大器。該公司最近發(fā)布了一對(duì)用于衛(wèi)星通信的放大器模塊(圖3)，其Ku波段單元提供至少40dB的增益，具有0.5dB增益平坦度，在1dB壓縮點(diǎn)上具有+37dBm典型輸出功率；其Ka波段模塊提供至少27dB的增益，具有1dB增益平坦度，在1dB壓縮點(diǎn)上具有+36dBm輸出功率。該模塊的噪聲系數(shù)很低，Ku波段模塊的噪聲系數(shù)為4.5dB，Ka波段模塊的噪聲系數(shù)為6dB。