射频/微波通信中的低噪声放大器和功率放大器作用分析

对射频/微波通信应以而言，放大器主要完成两大任务，一是增强接收机的低电平信号，一是提升发射机的高电平输出信号。虽然它们的功能、尺寸和功率要求不尽相同，但这两种放大器都受益于晶体管技术的持续改进。

根据输出要求的不同，放大器种类十分广泛，可以从微型芯片到带数字接口的完整子系统。一般来说，更高集成度，比如将放大器和其它收发器件一起嵌入在芯片上，仍然受到小信号设计的欢迎。而大多数大信号放大器或功率放大器仍采用分立晶体管和分立匹配器件进行设计。功率晶体管的体积本身就要比低噪声或小信号晶体管大。它们比低噪声晶体管散发更多的热量，需要更大的支撑性（阻抗匹配、供电）无源器件，这些都使得功率放大器的体积要大过低噪声放大器 （LNA）。功率放大器的工作电流在安培数量级，而LNA只需要毫安级的电流。

微波低噪声设计和功率放大器设计曾经都由GaAs场效应晶体管（FET）主导。但其它晶体管架构的不断推出，如GaAs异质结双极晶体管 （HBT）和高电子迁移率晶体管（HEMT），给高频LNA放大器设计师提供了替代传统高频硅双极晶体管和GaAs FET的可能。对于较高频率的功率放大器来说，GaAs FET仍是必选的器件。但在较低频率，硅横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS）、碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）晶体管具有很高的功率密度。

许多供应商同时提供LNA和功率放大器，而一些供应商可能只专做其中的一种。大多数公司可以让用户选择特定带宽或宽带的放大器，这种宽带放大器可以用于不同的应用。例如， Microwave Solutions公司同时提供特定频带内的功率放大器和LNA。该公司的MSH-5617902的功率放大器用于从5.9GHz至*GHz的C波段应用，其1dB压缩点输出功率为+40dBm，三阶截取点输出为+49dBm，在+12V直流电源下可提供40dB增益，消耗电流7A。虽然不是专门针对低噪声设计，但它能实现难得的8dB噪声系数。

Microwave Solutions公司的MSD-5611402放大器同样是一款针对5.9GHz至*GHz频段设计的LNA。虽然它的1dB压缩点输出功率只有+18dBm，但它拥有1.6dB的低噪声系数，工作在+12V直流电源下的消耗电流仅为120mA。

CTT公司的LNA采用了GaAs PHEMT技术，工作频带为0.5GHz至20.0GHz。CTT公司的AM系列LNA包括了增益为22dB的AMM/020-1022，这个放大器的噪声系数是1dB，工作频带为0.5GHz至2.0GHz。

Hittite Microwave公司推出了芯片型和封装好的LNA，如HMC617LP3。这个LNA采用QFN封装，尺寸只有3x3mm。该LNA采用GaAs PHEMT半导体技术制造，工作频带为550MHz至1200MHz，具有0.5dB的低噪声系数和16dB的增益。

ADI公司的ADL5521 LNA同样采用GaAs PHEMT技术制造，工作频带为0.4GHz至4.0GHz，并采用了3x3mm LFCSP封装。该器件在900MHz时的噪声系数为0.8dB，典型增益为20.8dB。

Mini-Circuits公司提供了一款表面贴封装的LNA模块，型号为*P-960LN+，尺寸仅为0.59x0.39x0.12英寸。该器件的工作频带为824MHz至960MHz，在915MHz频率下的噪声系数仅为0.55dB，增益为18dB，输出功率+16.5dBm，非常适用于 GSM接收机。

Centellax公司的UA1L30VM放大器模块是针对原始信号带宽开发的产品，在0.01GHz至30.00GHz范围内可实现30dB 的典型增益，噪声系数为4.5dB。AML Communications公司也提供宽带放大器，比如AML240L2201。该放大器在2GHz至40GHz范围内最小增益为22dB。

虽然LNA倾向于采用表面贴封装和紧凑的同轴封装，但功率放大器最初采用的是同轴模块，最大的需要用19英寸机架来放置。例如，Milmega 公司的RF1000型功率放大器融合了MMIC和SiC器件技术，在200MHz至1，000MHz范围内可输出特别高的射频功率。它能产生1，000W 的饱和输出功率，重达130公斤，在19英寸机架中占18个单元位置。

Microwave Power公司专门针对热管理和集成应用开发专有电路。该公司根据在陶瓷基底上应用单片集成电路制造技术的方法，制造出的放大器可工作于1GHz至40GHz频带，饱和输出功率可达+57.5dBm，噪声系数为12dB。

在功率和集成度方面，Ophir RF公司最近推出了型号为7000的放大器系统。该系统集成了4个独立的通道，分别覆盖1MHz至30MHz、30MHz至500MHz、500MHz至 1000MHz、1.0GHz至2.5GHz频带。其中三个较低频率的通道提供100W的典型饱和输出功率，另一个微波通道提供50W的典型饱和功率。这个靠风扇冷却的系统体积为19x8.75x26英寸，重量是95磅。

虽然越来越多的晶体管级射频/微波放大器供应商正在提供行波管放大器（TWTA）的固态“替代”品，但TWTA远未过时。AR Worldwide公司为系统和测试应用提供种类广泛的固态和TWTA放大器。比如型号为2000T8G18的放大器，它能在7.5GHz至 18.0GHz范围内输出2，000W的CW功率。这个大功率放大器重量达2，600磅（1，182kg）。TMD公司稍微有些复杂的PTC*2 TWTA可以在7.5GHz至18.0GHz范围内产生最小500W的输出功率，增益为57dB，但重量只有105.6磅（48kg）。

Xicom Technology公司最近推出了几款重量更轻的TWTA。该公司的C波段XTRD-1250CL型号和Ku波段XTRD-1250KL型号TWTA分别工作在5.85GHz至*25GHz和13.75GHz至14.50GHz卫星通信上行链路频段，占6个机架单元，满载重量只有115磅。它们可以提供 1250W的峰值输出功率。