低噪聲放大器有哪些應(yīng)用？

低噪聲放大器， 噪聲系數(shù)很低的放大器。一般用作各類無(wú)線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測(cè)設(shè)備的放大電路。在放大微弱信號(hào)的場(chǎng)合，放大器自身的噪聲對(duì)信號(hào)的干擾可能很嚴(yán)重，因此希望減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比。

噪聲系數(shù)很低的放大器。一般用作各類無(wú)線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測(cè)設(shè)備的放大電路。在放大微弱信號(hào)的場(chǎng)合，放大器自身的噪聲對(duì)信號(hào)的干擾可能很嚴(yán)重，因此希望減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比。由放大器所引起的信噪比惡化程度通常用噪聲系數(shù)F來(lái)表示。理想放大器的噪聲系數(shù) F=1(0分貝)，其物理意義是輸入信噪比等于輸出信噪比?，F(xiàn)代的低噪聲放大器大多采用晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管;微波低噪聲放大器則采用變?nèi)荻O管參量放大器，常溫 參放的噪聲 溫度Te可低于幾十度(絕對(duì)溫度)，致冷參量放大器可達(dá)20K以下，砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管低噪聲微波放大器的應(yīng)用已日益廣泛，其噪聲系數(shù)可低于 2 分貝。放大器的噪聲系數(shù)還與晶體管的工作狀態(tài)以及信源內(nèi)阻有關(guān)。為了兼顧低噪聲和高增益的要求，常采用共發(fā)射極一共基極基聯(lián)的低噪聲放大電路。

低噪聲放大器在放大微弱信號(hào)的場(chǎng)合，放大器自身的噪聲對(duì)信號(hào)的干擾可能很嚴(yán)重，因此希望減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比。由放大器所引起的信噪比惡化程度通常用噪聲系數(shù)F(見(jiàn)放大)來(lái)表示或用取對(duì)數(shù)值的噪聲系數(shù)FN表示FN=10lgF(dB)

低噪聲放大器

低噪聲放大器理想放大器的噪聲系數(shù)F=1(0分貝),其物理意義是輸出信噪比等于輸入信噪比。設(shè)計(jì)良好的低噪聲放大器的FN可達(dá)3分貝以下。在噪聲系數(shù)很低的場(chǎng)合,通常也用噪聲溫度Te作為放大器噪聲性能的量度：Te=T0(F-1)。式中T0為室溫。在這里，它和噪聲溫度Te的單位都是開(kāi)爾文(K)。

低噪聲放大器多級(jí)放大器的噪聲系數(shù)F主要取決于它的前置級(jí)。若F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)n依次為各級(jí)放大器的噪聲系數(shù)，則式中A1,…，An-1依次為各級(jí)放大器的功率增益。前置級(jí)的增益A1越大,則其后各級(jí)放大器對(duì)總噪聲系數(shù)F的影響越小。

低噪聲放大器單級(jí)放大器的噪聲系數(shù)主要取決于所用的有源器件及其工作狀態(tài)?，F(xiàn)代的低噪聲放大器大多采用晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管;微波低噪聲放大器則采用變?nèi)荻O管參量放大器，常溫參放的噪聲溫度Tθ可低于幾十度(絕對(duì)溫度)，致冷參量放大器可達(dá)20K以下。砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管低噪聲微波放大器的應(yīng)用已日益廣泛，其噪聲系數(shù)可低于2分貝。

低噪聲放大器晶體管的自身噪聲由下列四部分組成。①閃爍噪聲，其功率譜密度隨頻率f的降低而增加，因此也叫作1/f噪聲或低頻噪聲。頻率很低時(shí)這種噪聲較大，頻率較高時(shí)(幾百赫以上)這種噪聲可以忽略。②基極電阻rb'b的熱噪聲和。③散粒噪聲，這兩種噪聲的功率譜密度基本上與頻率無(wú)關(guān)。④分配噪聲，其強(qiáng)度與f的平方成正比，當(dāng)f高于晶體管的截止頻率時(shí),這種噪聲急劇增加。圖1是晶體管噪聲系數(shù)F隨頻率變化的曲線。對(duì)于低頻，特別是超低頻低噪聲放大器,應(yīng)選用1/f噪聲小的晶體管;對(duì)于中、高頻放大，則應(yīng)盡量選用高的晶體管，使其工作頻率范圍位于噪聲系數(shù)-頻率曲線的平坦部分。

如今對(duì)無(wú)線通信設(shè)備和高速計(jì)算設(shè)備的市場(chǎng)需求不斷增長(zhǎng)，而低成本和高集成度已成為集成電路，比如低噪聲放大器(LNA)是商業(yè)成功因素之一。

一、低噪聲放大器的介紹

低噪聲放大器(LNA)是運(yùn)算放大器的一種，用于放大可能非常弱的信號(hào)。它通常位于非?？拷鼨z測(cè)設(shè)備的位置，以減少饋線中的損耗。這種有源天線裝置經(jīng)常用在GPS之類的微波系統(tǒng)中，因?yàn)橥S電纜饋線在微波頻率下的損耗非常大，例如，幾米電纜損耗10%會(huì)導(dǎo)致信噪比降低10%(SNR)。

二、低噪聲放大器的應(yīng)用

低噪聲放大器是放置在無(wú)線電接收器電路前端的關(guān)鍵組件。使用低噪聲放大器，可通過(guò)低噪聲放大器的增益降低來(lái)自接收鏈后續(xù)級(jí)的噪聲的影響，而低噪聲放大器本身的噪聲則直接注入接收信號(hào)中。

低噪聲放大器必須在增加盡可能少的噪聲和失真的同時(shí)提高所需的信號(hào)功率，以便在系統(tǒng)的后面階段可以恢復(fù)該信號(hào)。良好的低噪聲放大器具有低NF(例如1dB)，足夠大的增益(例如20dB)。進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)是工作帶寬，增益平坦度，穩(wěn)定性以及輸入和輸出電壓駐波比(VSWR)。

為了降低噪聲，放大器的第一級(jí)必須具有較高的放大率。因此，經(jīng)常使用JFET和HEMT。它們?cè)诟唠娏鳡顟B(tài)下驅(qū)動(dòng)，雖然效率不高，但會(huì)降低散粒噪聲的相對(duì)量。

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，地面站接收天線將連接到低噪聲放大器。由于接收信號(hào)較弱，因此需要低噪聲放大器。接收到的信號(hào)通常略高于背景噪聲。衛(wèi)星功率有限，因此它們使用低功率發(fā)射機(jī)。畢竟，發(fā)射機(jī)距離很遙遠(yuǎn)并且容易遭受損耗。

低噪聲放大器可增強(qiáng)天線信號(hào)，以補(bǔ)償從(室外)天線到(室內(nèi))接收器的饋線損耗。在許多衛(wèi)星接收系統(tǒng)中，低噪聲放大器包括頻率塊下變頻器，該變頻器將具有較大饋線損耗的衛(wèi)星下行鏈路頻率(例如11GHz)轉(zhuǎn)換為具有較低饋線損耗的較低頻率(例如1GHz)。具有下變頻器的低噪聲放大器稱為低噪聲模塊下變頻器(LNB)。

在雷達(dá)射頻接收系統(tǒng)中，對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求越來(lái)越高，其中低噪聲放大器是影響著整個(gè)接收系統(tǒng)的噪聲指標(biāo)的重要因素。與普通的放大器相比，低噪聲放大器作用比較突出，一方面可以減少系統(tǒng)的雜波干擾，提高系統(tǒng)的靈敏度;另一方面可以放大系統(tǒng)的射頻信號(hào)，保證系統(tǒng)正常工作。因此，低噪聲放大器的性能制約著整個(gè)接收系統(tǒng)的性能，對(duì)整個(gè)接收系統(tǒng)性能的提高起了決定性的作用。因此，研制寬頻帶、高性能、更低噪聲的放大器，已經(jīng)成為微波技術(shù)中發(fā)展的核心之

低噪聲放大器是指噪聲系數(shù)很低的放大器。一般用作各類無(wú)線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測(cè)設(shè)備的放大電路。在放大微弱信號(hào)的場(chǎng)合，放大器自身的噪聲對(duì)信號(hào)的干擾可能很嚴(yán)重，因此希望減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比。

由放大器所引起的信噪比惡化程度通常用噪聲系數(shù) F來(lái)表示。理想放大器的噪聲系數(shù) F=1(0分貝) ，其物理意義是輸出信噪比等于輸入信噪比?，F(xiàn)代的低噪聲放大器大多采用晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管;微波低噪聲放大器則采用變?nèi)荻O管參量放大器 ，常溫 參放的 噪聲 溫度 Te 可低于幾十度(絕對(duì)溫度)，致冷參量放大器可達(dá) 20K以下，砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管低噪聲微波放大器的應(yīng)用已日益廣泛，其噪聲系數(shù)可低于 2 分貝。

放大器的噪聲系數(shù)還與晶體管的工作狀態(tài)以及信源內(nèi)阻有關(guān)。在工作頻率和信源內(nèi)阻均給定的情況下，噪聲系數(shù)也和晶體管直流工作點(diǎn)有關(guān)。為了兼顧低噪聲和高增益的要求，常采用共發(fā)射極一共基極級(jí)聯(lián)的低噪聲放大電路。