基于通讯模组射频性能提升的研究

钱自进

四川省绵阳市安州区花垓工业园 四川 绵阳 621000

1 低噪声放大器回路(LNA)分析

我们知道，系统接收灵敏度的计算公式如下:

由上式可见，在各种特定(带宽、解调S/N已定)的无线通讯系统中，能有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声系数NF，而决定接收机的噪声系数的关键部件就是处于接收机最前端的低噪声放大器。低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据，所以低噪声放大器的设计对整个接收机来说是至关重要的。

LNA作为通讯模组的信号输入端，其性能的好坏直接影响整个通讯模组的性能。直接同LNA密切相关的性能指标例如噪声系数(NF)、放大器增益(G)、输入输出的驻波比(VSWR)、放大器的动态范围(IIP3)等。

1)、噪声系数(NF):噪声系数的定义为放大器输入信噪比与输出信噪比的比值，即:

对于单击放大器而言，其噪声系数的计算为:

其中Fmin为晶体管最小噪声系数，是由放大器的管子本身决定的，Γopt、Rn和Γs分别为获得Fmin时的最佳源反射系数、晶体管等效噪声电阻、以及晶体管输入端的源反射系数。

对多级放大器而言，其噪声系数的计算为:

其中NFn为第n级放大器的噪声系数，Gn为第n级放大器的增益。

而通讯模组来为多级放大器系统，G1为LNA的放大器增益，由上面的公式可知，在G1远大于1的情况下，通讯模组的噪声系数NF可以等效为NF1即LNA回路的噪声系数。

2)、放大器增益(G):放大器的增益定义为放大器输出功率与输入功率的比值:

从式(4)中可见，提高低噪声放大器的增益对降低整机的噪声系数非常有利，但低噪声放大器的增益过高会影响整个接收机的动态范围。所以，一般来说低噪声放大器的增益确定应与系统的整机噪声系数、接收机动态范围等结合起来考虑。

3)、输入输出的输入反射损耗或驻波比(VSWR):

低噪声放大器的输入输出驻波比表征了其输入输出回路的匹配情况，我们在设计低噪声放大器的匹配电路时，输入匹配网络一般为获得最小噪声而设计为接近最佳噪声匹配网络而不是最佳功率匹配网络，而输出匹配网络一般是为获得最大功率和最低驻波比而设计，所以，低噪声放大器的输入端总是存在某种失配。这种失配在某些情况下会使系统不稳定，一般情况下，为了减小放大器输入端失配所引起的端口反射对系统的影响，可用插损很小的隔离器等其他措施来解决。

4)、反射系数(Г):

由式(3)可知，当Γs=Γopt时，放大器的噪声系数最小，NF=NFmin，但此时从功率传输的角度来看，输入端是失配的，所以放大器的功率增益会降低，但有些时候为了获得最小噪声，适当的牺牲一些增益也低噪声放大器设计中经常采用的一种办法。

5)、放大器的动态范围(IIP3):

在低噪声放大器的设计中，应充分考虑整个接收机的动态范围，以免在接收机后级造成严重的非线性失真，一般应选择低噪声放大器的输入三阶交调点IIP3较高一点，至少比最大输入信号高30d B，以免大信号输入时产生非线性失真。

除以上各项外，低噪声放大器的工作频率、工作带宽及通带内的增益平坦度等指标也很重要，设计时要认真考虑。

2 结论

通讯模组的性能提升关系到整个系统电路设计，涉及到很多射频方面的知识，我仅从LNA回路方面进行分析研究，结合最近开发通讯模组遇到的问题和解决问题中积累的经验谈谈个人的一点看法，可能会存到某些不足和片面，希望这些能对以后我们通讯模组的产品设计有些参考作用。