减弱器

剖析低噪声输入保护放大器的闪光点

发布时间:2023/3/18 14:51:39   
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高灵敏度接收机要求低噪声放大器(LNA)对极弱的信号也具备灵敏度,但同时这种灵敏度也会导致接收机前端的低噪声放大器出现脱敏或是其潜在性能减弱或损坏的风险。当低噪声放大器输入端的信号强度超过输入信号的功率阈值时,其潜在性能损坏和减弱的可能性将会变得越来越大。低噪声放大器在暴露处理高输入功率信号时失效的两种常见原因是:高射频功率损耗导致过热;以及低噪声放大器的晶体管输入端的高射频电压导致过应力。

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低噪声放大器通常由小型晶体管构成,并针对低噪声、低相位噪声和高线性度优化金属互连。因此,当高射频信号功率通过这些窄小迹线和小型晶体管时,会产生大量的射频损耗,从而导致过热。

针对可能会被干扰或是要与高功率射频或微波系统进行配合的雷达、传感、成像以及通信电路,必须考虑到高输入功率的产生。以上领域可能涉及到航空航天、卫星、国防以及海军等领域。此外,最新的相控阵和多输入、多输出(MIMO)的雷达技术天生就面临着发射天线和接收天线耦合的高射频输入功率电平的问题。

在这些应用中,低噪声放大器的输入保护功能至关重要。但是,从天线到数字化电子设备的信号链中,添加任何电路都可能会导致线性度降低、噪声增大和相位噪声增大。

考虑到噪声和相位噪声是信号链各组件、设备的加性效应,首先应考虑将信号链中各组件和设备的数量,以及它们各自的噪声和相位噪声响应降至最低。低噪声放大器进行输入保护的方法之一,就是使用低损耗输入PIN二极管限制器以及低噪声放大器增益级,该放大器增益级由高输入功率阈值的晶体管组成。

PIN二极管限制器实质上就是入射功率控制的可变电阻器。PIN限制器二极管的阻抗在低信号功率电平下最强。基于此种设计,PIN限制器二极管的插入损耗在高阻抗的状态下最小。这是令人满意的,因为在信号链中,该部分的任何插入损耗都会导致接收器灵敏度降低。

如果限制器的输入端产生超过二极管阈值的大功率输入信号,那么限制器的阻抗将会迅速降低。这就会导致阻抗失谐,从而将沿信号链将信号功率反射回去。由此在低噪声放大器输入端所产生的信号就弱得多,以免因暂时性的脱敏导致噪声放大器的损坏。



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