[发明专利]低噪声放大器模块及无线通信设备

说明书

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，更具体的说，本发明涉及一种低噪声放 大器模块及无线通信设备。

背景技术

低噪声放大器(LNA，Low Noise Amplifier)是构成无线通信系统的重要 电路，其作用是将天线接收到的信号进行放大。来自天线的接收信号一般都 很微弱，其信号电平与噪声底限非常接近。对这样微弱的信号进行放大，最 重要的是保证信号质量，这就要求放大电路不能引入太多的噪声，否则将使 信号进一步恶化，导致无法进行解调。在电路设计中，用噪声系数来衡量放 大器对信号质量的恶化程度，相关的定义为：

噪声系数(NF)＝输出信噪比/输入信噪比

其中信噪比定义为

信噪比＝信号功率/噪声功率

因此有

输入信噪比＝输入信号功率/输入噪声功率

输出信噪比＝输出信号功率/输出噪声功率

对于放大器而言

输出信号功率＝增益(Gain)*输入信号功率

因此对于放大器而言

噪声系数＝输出噪声功率/(输入噪声功率*增益)

上面公式中，(输入噪声功率*增益)可以看成是理想放大器的输出噪声功 率。理想放大器不产生额外的噪声，输出噪声完全由输入噪声引起。因此， 放大器的噪声系数又可以看成是实际的输出噪声功率相对于理想输出噪声功 率的比值，反映的物理特性是放大器产生噪声的大小。

噪声系数是低噪声放大器最重要的技术指标。与放大器的材料、偏置电 流电压以及阻抗匹配状态有关。在电路设计中，为了使放大器获得更高的NF 指标，要求电路按照放大管的最佳噪声阻抗进行阻抗匹配设计。

另外为了更好地与系统其它电路互连，一般还要求低噪声放大器的输入 输出端口阻抗满足一定的要求。对端口阻抗的要求是用回波损耗(RL)来描 述，即放大器另外一个重要的指标要求是回波损耗(RL)。

在实际的电路设计过程中，NF与RL两个要求之间往往存在着矛盾，两者 不可能同时做到最佳状态。从NF角度出发进行设计，需要放大管的输入阻抗 满足最佳噪声匹配的要求；从RL的角度出发进行设计，需要放大管输入阻抗 与传输线阻抗相等(通常为50欧姆或75欧姆等标准阻抗)。在一般类型放大 器的设计中，只能在NF与RL两方面需求之间进行折中设计。

参考图1，所示现有技术低噪声放大器输入阻抗园图为分析电路阻抗匹配 问题的常用工具，图中标记出的1点为最佳RL匹配点，2点为最佳NF匹配点， 由于这两点一般不在同一位置上，因此无法同时兼顾，在设计中只能根据系 统需求进行折中设计，比如3点这样的实际匹配点。

平衡放大电路是为了解决RL与NF两方面指标难以同时兼顾的矛盾的一 种电路结构，其原理如图2所示：

平衡放大电路由两路完全相同的放大电路和耦合器构成。耦合器的作用 是对信号进行分路和合路，并将反射信号导入到隔离端口，其中将反射信号 导入到隔离端口的功能是通过控制耦合器两个输出端口的相位差实现的。一 般将耦合器两个输出端口的相位差控制为90度，这样两路放大器的反射信号 在输入端口将产生180度的相位差，从而完全抵消掉；而在耦合器的隔离端 口相位差为0，将全部被负载电阻吸收掉。

理论上讲，平衡放大电路的RL可以做到非常好。然而在实际的电路设计 中，两个分路的放大电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，相位差也不是绝对的90度，因此输入端口仍然有一定的反射信号存 在。

通过采用平衡放大电路，可以将单路放大器的匹配按照最佳NF的要求进 行设计，只要保证两路电路相同以及耦合器的指标，就可以达到足够好的RL。

参考图3，一种现有的平衡放大电路实现方式是常用微带线耦合器。常用 的微带线耦合器有威尔金森耦合器和分支线耦合器两种形式。微带线耦合器 便于电路制作和设计，是应用最早的一种平衡放大电路结构形式。但由于集 成度不高，采用微带线设计耦合器需要占用很大的印刷电路板(PCB，Printed Circuit Board)布局面积，其占用面积是带状线耦合器的5倍以上。另外这种 结构的放大电路对PCB板材有很高要求，为保证NF和一致性指标，一般需要 选用高频板材进行设计，价格昂贵。

发明内容