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可用于無線電通信的電磁波。用來產(chǎn)生射頻的高頻電路成為射頻電路，基本上是由無源元件、有源器件和無源網(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)計領(lǐng)域得到了工業(yè)界的特別關(guān)注。

　　射頻技術(shù)簡介

　　RF（Radio Frequency）技術(shù)被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，如：電視、廣播、移動電話、雷達(dá)、自動識別系統(tǒng)等。專用詞RFID（射頻識別）即指應(yīng)用射頻識別信號對目標(biāo)物進(jìn)行識別。RFID的應(yīng)用包括：ETC（電子收費）、 鐵路機(jī)車車輛識別與跟蹤、集裝箱識別、 貴重物品的識別、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、動物識別、跟蹤、 車輛自動鎖死（防盜）

　　RF（射頻）專指具有一定波長可用于無線電通信的電磁波。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是一項易于操控，簡單實用且特別適合用于自動化控制的靈活性應(yīng)用技術(shù)，其所具備的獨特優(yōu)越性是其它識別技術(shù)無法企及的。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。

　　從概念上來講，RFID 類似于條碼掃描，對于條碼技術(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、中轉(zhuǎn)地點及目標(biāo)物經(jīng)過某一地的具體時間等，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，一個最基本的RFID系統(tǒng)一般包括以下幾個部份：

　　一個載有目標(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信號的天線； 一個產(chǎn)生RF信號的RF收發(fā)器（RF transceiver）；一個接收從RFID單元上返回的RF信號并將解碼的數(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)域就是無線通信，圖1為一個典型的無線通信系統(tǒng)的框圖，下面以這個系統(tǒng)為例分析射頻電路在整個無線通信系統(tǒng)中的作用。

　　這是一個無線通信收發(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。這個收發(fā)機(jī)可以應(yīng)用于個人通信和無線局域網(wǎng)絡(luò)中。在這個系統(tǒng)中，數(shù)字處理部分主要是對數(shù)字信號進(jìn)行處理，包括采樣、壓縮、編碼等；然后通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器變成模擬形式進(jìn)入模擬信號電路單元。

　　射頻電路的組成和特點

　　下面，將針對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。

　　上圖給出了這個放大器的電路板圖， 注意到輸入信號是通過一個經(jīng)過匹配濾波網(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)，對于射頻電路設(shè)計來說，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能完全、無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，在有些時候也可能由獨立的無源器件組成，但是它們在高頻 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際上是一定長度和寬度的敷銅帶，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、開路難以獲得，低頻電路中常用的電壓和電流參數(shù)的測量變得十分困難，因此，功率的測量得到了廣泛的應(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系統(tǒng)阻抗（50？或75？）。由于上面兩個原因，電路的性能指標(biāo)，如增益、噪聲、非線性等，都可以通過功率表示出來

　　為了計算方便，在射頻和微波工程中常用功率強(qiáng)度對數(shù)的形式來表示功率，dBm是信號功率相對于1mW的對數(shù)值。

　　有了功率的定義，現(xiàn)在開始討論射頻系統(tǒng)中的一個重要指標(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，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。