噪声双极型三极管大量推出。因此目前通信机中所设置的前置LNA，都用超高频三极管或集成LNA。图3.6所示为MotorolaGC87型GSM移动台接收通道LNA电路。超高频三极管为2SC4784，输入输出用耦合电容直接与900MHz陶瓷带通滤波器连接，两只15nH电感均为高频阻流电感。由图中可知，该LNA为典型的三极管共发高频放大电路，其电路分析可以用《电子电路基础》中介绍的小信号高频放大器分析方法来分析。Ice+2.75V150=0.01422p=315nH147F一混频100p天线。X33p2SC4784XY卫47p33pE15nH工+2.5v.0147k100p002100p5.6k-27pl图3.6900MHz低噪声放大器随着通信设备小型化，特别是移动台一一手机要求小型，通信电路逐趋集成化。目前由于Si双极型高速工艺的发展和先进的SiGe制造工艺的闻世，大量集成LNA已开始推出。不仅是单片I.NA集成电路的出现，而且还把LNA和混频电路以及本振电路集成在一起，从而使通道电路更趋小型化，电路稳定性和可靠性也更高。图3.7所示是一个带宽为1.9GHz的低功YI耗Si双极型集成LNA的内电路。由于前端I.NA的特定要求，集成LNA芯片内的三极管L数较少，最多为3～4只管子。该集成LNA芯片mH集成了三只超高频三极管和偏置电路，其中0节C,PRokDRTTR.和偏置电阻R,R组成一级高增益共射放大器，T,T，以及偏置R、R.、R，组成-级射极跟随器。而T3、R3、R.、R为T，的射极有源负图3.7LNA内电路原理图载。两极放大器采用直接耦合，R，构成第一级的电压并联负反馈，可以提高放大器的稳定性。外接匹配电感MAX2422RFINIFOUTXL.可抑制电阻R，和R，的噪声进人放大器T的基极。该集成LNA的Nz为2.3dB，增益15dB，功耗5.2mW。目前采用PREOU54/64先进的SiGe工艺制造的INA，指标可做得更高。例如15Maxim公司的MAX2640、MAX2641两片I.NA，工作于IFINRFOUTRFAF.900MHz频段和1.9GHz频段，N分别为0.9dB和1.3dB，增益分别为15.1dB和14.4dB，功耗均为3V电源耗电3.5mA。图3.8MAX2422片内功能原理.31
图3.8所示为Maxim公司的集成收发通道电路芯片MAX2422的内部功能框图，该芯片将I.NA、IFA、收发混频电路，以及射频振荡器等高密度地集成在起，使通信电路更小型化。3.2混频电路在第2章2.5节中已经介绍了混频一变频原理，混频是将已调信号进行频谱搬移，而频谱搬移的实现，就是将时域已调信号和本振信号进行线性相乘。本节将重点介绍混频指标参数和混频相乘电路。3.2.1混频器的基本参数1.变频增益Gc工程中将收信射频输人功率电平与混频器中频输出功率电平之比称之变频增益G，即PG.= 10logPR -若数(dB)(3.1)式中射频输人功率Pk和中频输出功率P均以dBm为单位。dBm为高于1mW的分贝数，即P（dBm）-10logP（mW），例如OdB..-1mW，3dB.=2mW.10dB.=10mW，20dBm=100mW等等。实践中对于无源二极管混频器，G<1，此时称变频损耗，用L。表示。而对于有源混频器，例如三极管、FET、集成模相乘器等，G>1。在测量变频增益G。时，本振激励功率应该为某一固定功率电平。对于50输入输出的二极管环形混频器，本振标准功率电平为7dBm。对于集成模拟相乘器MC1596，本振标准电平为20dBu。2.变频压缩点混频器在射频输人电平远小于本振电平时，混频器处于线性运行状态下，即正常工作状态下。此时，中频输出随输入射频电平的增长而线性地增加。但是，当射频输人增加到一定程度后，例如射频输人电平增加到与本振电平相差不到10dB时，中频输出随射频输入增加的速度变慢，混频器开始进人饱和，如图3.9所示。由图中可知，变频压缩点是中频输出功率电平偏离（低于）线性变化功率值1dB处的交点。显然，变频压缩点间接地表示了混频器的非线性失真程度。对于LNA也可以用这个1dB压缩点来表示线性放大范围。3.三阶互调阻断点（截点）三阶互调阻断点又称为三阶截点或三阶交点，它是表征混频器线性性能的指标。前面第2章中已经指出，混频器非线性特性中的立方项会引起互调失真。即式（2.1)中的立方项会产生互调频率（2士wz）和（2w士），如式（2.2）中所列。其中高频（2W十w）和（2w+,）一般高于通频带之外，可以滤除；而（2-2）和（2z一,）有可能处于通频带内，即处在接收信号W附近，并以信号失真形式进人通道，形成输出三阶互调失真干扰。显然，三阶互调的出现是在输入射频电平足够大，混频器进入非线性运行状态。通常互调·32·
失真功率随输人功率的立方而变化，即输人功率每增1dB，互调失真功率就要增加3dB，如图3.10中所示，随输人按3：1的速度上升。而正常接收射频WR产生的中频输出是按1：1速度上升的。当互调输出功率电平与中频输出功率电平相等时，通信机就无法进行正常收信。因此，该交叉点就称之三阶互调阻断点，或简称三阶截点和三阶交点。三阶截点的对应的射频输入功率，是混频器的非线性互调失真使收信机无法正常收信时的最大射频输入功率，工程中用IP3（dB）表示，如图3.10中所示。可见，IP3越大，表明混频器的线性运行范围越宽。IP3直接表明了混频器的线性特性，因此在工程中应用越来越广泛，目前很多公司生产的集成混频器件都示明了IP3值。PdBmP, dBmIdR三阶互调阻断点PF-饱和值IB压缩点PRdBm-R动态范围IP,PRdBm图3.9变频压缩点（1dB）图3.10三阶互调阻断点值得提醒注意的是IP3还与本振功率电平有关。本振电平增加，混频器件中的二极管或三极管、场效应管的开关工作线性范围加大，混频器线性性能有所改善，三阶互调阻断点上升，IP3值加大。例如，二极管平衡混频器，若本振电平为20dBm，IP3为23dBm，若本振电平为28dBm则IP3为38dBm。工程中混频器件手册上标明的IP3，是规定标准本振功率电平下的三阶截点参数。4.噪声系数NF混频器的噪声系数N定义与第2章2.6.1的噪声系数定义是相同的，即为输人信噪功率比和输出信噪功率比的比值的对数。接收机的噪声系数主要取决于它的前端电路，在没有前置LNA的情况下，噪声系数主要取决于混频电路。目前所有出品的混频器都标明N这一指标。5.隔离度隔离度是表征混频器内部电路平衡度的一个指标，即表示混频器各端口之间泄漏和窜透的大小。理论上混频器各端之间应该是严格隔离的。但实际上，由于混频器器件内部电路的不对称性，即平衡度稍有差别，就会产生各端口间的窜透。其中特别是二极管环形混频器，当本振功率通过本振端口窜入射频输人端口时，它将会通过天线将本振功率发射出去，去干扰邻近电台。月前由于集成混频器（集成模拟相乘器）的发展，已逐步取代了二极管混频器。集成工艺的成熟技术，已使混频器的隔离度做得符合工程要求。因此，现代混频器已不提及这一指标了。·33:
3.2.2相乘混频电路1.二极管环形混频器二极管环形混频器产品早已形成完整的系数，它们都是将四只构成环形并集成在一起的二极管和两只输人输出传输线高频变压器组成的环形混频器封装在一个足够小的屏蔽盒内形成产品。国外产品有SBL系列，可工作在500MHz～1GHz；SCM系列，可工作在1～2.5GHz；以及DBX系列，可工作在1018GHz。国内产品有VJH系列，可工作在500MHz～1GHz。二极管环形混频器具有电路简单、工作频宽，最高工作频率可达18GHz、噪声低（N<6dB）、混频失真小和输人射频动态范围大等优点。其主要缺点是没有混频增益，即G。<1。而且所要求的本振激励功率电平较高（+7dBm～十23dB.），为防止本振辐射就要求接收机的部件附加屏蔽，这就增加了接收机的复杂结构和成本。另外，二极管环形混频器还不便于集成化。因此，近年来正逐渐被便于集成的可控跨导型相乘器所取代。（1）二极管的开关特性和开关等效电路《电子电路基础》中介绍过，如果加在二极管上的交流电压信号幅度足够大，则二极管处于大信号开关工作状态。在忽略VD(on的情况下，其伏安特性可近似用从原点出发的斜直线表示，如图3.11a）所示。如果所加=V.coswt，则in为单向半个余弦脉冲，如图3.11(b）所示，图中虚线脉冲为单向开关函数K，(ot）。可见，in可以用单向开关函数关系表示，即Ya.K,(ut)ip=Rp(3.2)其中K,(wt)为1+322K,(wt)-coswtcos3wt+.(3.3)2元3元'DiDARnKfo2元wr3元(b)in的波形ort(a)伏安特性图3.11二极管开关工作状态根据表示式（3.2），可以画出二极管的大信号开关等效电路，如图3.12（b）中所示。（2）环形混频器匕面已讲过，二极管环形混频器早已有完整的系列产品，但任何系列的环形混频器其电路结构都如图3.13中所示。图中混频二极管D，～D，集成在一起，R端口和L端口变压器均为34·
1：1的传输线变压器，中频输出信号取自L端口变压器的次级中心处，此处即为中频1端口。1010.nRLe(b)(a)图3.13二极管环形混频器图3.12、二极管开关等效电路二极管D,D,在幅度足够大的本振UL信号作用下，处于开关工作状态，通常VLm》VRm。显然，u.正半周时，D、D导通，而D、D,则截止；u.负半周时，D,、D，导通，而D2、D，则截止。图3.14表示了D,～D，在uL的控制下的工作状态，以及在该工作状态下的二极管开关等效电路图。其中图3.14a)表示了U正半周的工作情况，若开关等效电路图中的开关闭合，则可列出上、下回路方程为Ui=i,R+UR+(i2-i)RLU(i-i2)RL-UR+iRp14A2R.K(oL元K,(ou)RDRD'Rt'R1121.RYK(OLI-m)K,(oL)RD(a)正半周(b）负半周图3.14环形混频器工作原理消去并考虑开关函数K，(wr.t)，则可得2uRK,(wrt).iti=i2—i3(3.4)R,+ 2R同理，由图3.14(b）的二极管开关等效电路图，可求得讯.负半周流过R的电流iz为2Ri2--=K,(wrt -元)。(3.5)R,+ 2R.流过R.的总电流为·35