[發(fā)明專利]低噪聲放大器模塊及無線通信設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710030317.X
• 申請日: 2007-09-19
• 公開（公告）號: CN101394191A
• 公開（公告）日: 2009-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅兵;楊開波;胡洪章
• 申請（專利權(quán)）人: 華為技術(shù)有限公司
• 主分類號: H04B1/16
• 分類號: H04B1/16;H03F1/26
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利代理有限公司
• 代理人: 郝傳鑫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，本發(fā)明涉及一種低噪聲放 大器模塊及無線通信設(shè)備。

背景技術(shù)

低噪聲放大器(LNA，Low?Noise?Amplifier)是構(gòu)成無線通信系統(tǒng)的重要 電路，其作用是將天線接收到的信號進行放大。來自天線的接收信號一般都 很微弱，其信號電平與噪聲底限非常接近。對這樣微弱的信號進行放大，最 重要的是保證信號質(zhì)量，這就要求放大電路不能引入太多的噪聲，否則將使 信號進一步惡化，導(dǎo)致無法進行解調(diào)。在電路設(shè)計中，用噪聲系數(shù)來衡量放 大器對信號質(zhì)量的惡化程度，相關(guān)的定義為：

噪聲系數(shù)(NF)＝輸出信噪比/輸入信噪比

其中信噪比定義為

信噪比＝信號功率/噪聲功率

因此有

輸入信噪比＝輸入信號功率/輸入噪聲功率

輸出信噪比＝輸出信號功率/輸出噪聲功率

對于放大器而言

輸出信號功率＝增益(Gain)*輸入信號功率

因此對于放大器而言

噪聲系數(shù)＝輸出噪聲功率/(輸入噪聲功率*增益)

上面公式中，(輸入噪聲功率*增益)可以看成是理想放大器的輸出噪聲功 率。理想放大器不產(chǎn)生額外的噪聲，輸出噪聲完全由輸入噪聲引起。因此， 放大器的噪聲系數(shù)又可以看成是實際的輸出噪聲功率相對于理想輸出噪聲功 率的比值，反映的物理特性是放大器產(chǎn)生噪聲的大小。

噪聲系數(shù)是低噪聲放大器最重要的技術(shù)指標。與放大器的材料、偏置電 流電壓以及阻抗匹配狀態(tài)有關(guān)。在電路設(shè)計中，為了使放大器獲得更高的NF 指標，要求電路按照放大管的最佳噪聲阻抗進行阻抗匹配設(shè)計。

另外為了更好地與系統(tǒng)其它電路互連，一般還要求低噪聲放大器的輸入 輸出端口阻抗?jié)M足一定的要求。對端口阻抗的要求是用回波損耗(RL)來描 述，即放大器另外一個重要的指標要求是回波損耗(RL)。

在實際的電路設(shè)計過程中，NF與RL兩個要求之間往往存在著矛盾，兩者 不可能同時做到最佳狀態(tài)。從NF角度出發(fā)進行設(shè)計，需要放大管的輸入阻抗 滿足最佳噪聲匹配的要求；從RL的角度出發(fā)進行設(shè)計，需要放大管輸入阻抗 與傳輸線阻抗相等(通常為50歐姆或75歐姆等標準阻抗)。在一般類型放大 器的設(shè)計中，只能在NF與RL兩方面需求之間進行折中設(shè)計。

參考圖1，所示現(xiàn)有技術(shù)低噪聲放大器輸入阻抗園圖為分析電路阻抗匹配 問題的常用工具，圖中標記出的1點為最佳RL匹配點，2點為最佳NF匹配點， 由于這兩點一般不在同一位置上，因此無法同時兼顧，在設(shè)計中只能根據(jù)系 統(tǒng)需求進行折中設(shè)計，比如3點這樣的實際匹配點。

平衡放大電路是為了解決RL與NF兩方面指標難以同時兼顧的矛盾的一 種電路結(jié)構(gòu)，其原理如圖2所示：

平衡放大電路由兩路完全相同的放大電路和耦合器構(gòu)成。耦合器的作用 是對信號進行分路和合路，并將反射信號導(dǎo)入到隔離端口，其中將反射信號 導(dǎo)入到隔離端口的功能是通過控制耦合器兩個輸出端口的相位差實現(xiàn)的。一 般將耦合器兩個輸出端口的相位差控制為90度，這樣兩路放大器的反射信號 在輸入端口將產(chǎn)生180度的相位差，從而完全抵消掉；而在耦合器的隔離端 口相位差為0，將全部被負載電阻吸收掉。

理論上講，平衡放大電路的RL可以做到非常好。然而在實際的電路設(shè)計 中，兩個分路的放大電路不可能做到完全相同；耦合器也不可能做到功率完 全等分，相位差也不是絕對的90度，因此輸入端口仍然有一定的反射信號存 在。

通過采用平衡放大電路，可以將單路放大器的匹配按照最佳NF的要求進 行設(shè)計，只要保證兩路電路相同以及耦合器的指標，就可以達到足夠好的RL。

參考圖3，一種現(xiàn)有的平衡放大電路實現(xiàn)方式是常用微帶線耦合器。常用 的微帶線耦合器有威爾金森耦合器和分支線耦合器兩種形式。微帶線耦合器 便于電路制作和設(shè)計，是應(yīng)用最早的一種平衡放大電路結(jié)構(gòu)形式。但由于集 成度不高，采用微帶線設(shè)計耦合器需要占用很大的印刷電路板(PCB，Printed Circuit?Board)布局面積，其占用面積是帶狀線耦合器的5倍以上。另外這種 結(jié)構(gòu)的放大電路對PCB板材有很高要求，為保證NF和一致性指標，一般需要 選用高頻板材進行設(shè)計，價格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容