LNA，PA，混频器。 。 。 。本文帮助您了解RF(射频)系统中使用的有源组件。

与无源组件一样，RF(射频)电路中使用的有源元件与通常在低频模拟系统中发现的有源元件具有许多类似的特性。但是，某些有源器件是RF(射频)系统设计中的特有组件。此外，通常采用不同的半导体技术来确保RF(射频)组件在非常高的频率下能够保持足够高的性能。

放大器(Aplifiers)

通常在低频和高频模拟设计中围绕运算放大器构建的放大器电路是极为常见。而在射频(RF)系统中，有两种基本类型的放大器：功率放大器(Power Amplifiers)和低噪声放大器(Low-noise amplifiers)。前者用于在发射之前增加RF(射频)信号的功率电平，而后者则用于放大天线接收到的(通常很小的)信号。

图、放大器(Aplifiers)的电路符号

功率放大器(Power Amplifiers)

功率放大器(Power Amplifiers)或PA用于在信号发送到天线之前增加其功率电平。在音频电路中也发现了类似的情况：音频信号的振幅就电压而言可能是完全合适的，但是需要功率放大器向扬声器线圈提供大量电流。在音频中，更多的电流对应于更多的功率，而这又对应于更大的音量。在射频中，更高的功率意味着更远的覆盖范围。

低噪声放大器(Low-Noise Amplifiers)

有许多非射频(RF)应用也需要低噪声放大，但是特定短语“低噪声放大器(Low-Noise Amplifiers)”仅在射频(RF)应用中才很常见。实际上，射频工程师通常会听到这个术语的缩写形式，即LNA。

天线传送的接收信号的幅度可能非常低，此外，它还会被掩埋在噪声中。该信号需要放大以进行进一步处理，但是在这个过程中确保最小化信噪比的进一步恶化量也很重要。因此，低噪声放大器(Low-Noise Amplifiers)被设计为在产生最小噪声的同时提供高电压增益。

LNA的噪声性能通过“噪声系数”(NF)进行量化，该噪声系数对应于放大器产生的SNR衰减量(以dB为单位)。因此，理想放大器的NF = 0 dB，但是随着噪声性能的降低，NF也会增加。

混频器(Mixers)

另一个基本的RF(射频)有源组件是混频器(Mixers)。这个名字可能会引起误解： RF(射频)混频器(Mixers)不会像音频混频器那样合并信号。而是，RF混频器采用两个输入频率，并通过乘法生成第三个输出频率。换句话说，射频混频器(Mixers)执行的是频率转换。

图、射频混频器(Mixers)的符号

射频混频器(Mixers)允许以系统以保持信号细节的方式将信号移至更高或更低的频率。 例如，可以将携带信息的(即已调制的)基带信号移至适合于无线传输的较高频率上，并且所发送的信号将保留基带信号中存在的重要调制细节。

锁相环(Phase-Locked Loops)

周期信号的实际生成与无源组件领域更紧密相关，但是有源组件用于控制这些周期信号。 锁相环(PLL)实际上是一个由多个子组件组成的系统---它至少包括一个鉴相器，一个低通滤波器，一个压控振荡器(VCO)和一个分频器-允许 从一个输入频率中生成多种输出频率。

图、锁相环(Phase-Locked Loops)的基本组成框图

将PLL(锁相环)与高精度温度补偿振荡器结合使用，可以将高精度但固定的参考频率转换为可以产生高精度但可变输出频率的系统。结合PLL的振荡器称为频率合成器(synthesizer)，即可以生成一定范围频率的组件。

调节振荡器频率的能力在RF(射频)设计中非常重要。特定系统可能需要在不同的信道上运行以避免相互干扰，因此振荡电路必须相对于频率可调。此外，相邻信道之间的频率间隔可能相对较小，因此调整必须精确控制。

数据转换器(Data Converters)

尽管数据转换器(Data Converters)在RF(射频)工程的历史中不是标准的射频组件，但重要的是要认识到，在许多RF(射频)系统中，模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)越来越重要。 ADC和DAC使RF(射频)系统可以受益于数字信号处理技术所提供的特殊功能，以及与基于软件的解决方案相关的一般灵活性和便利性。

术语“软件定义的无线电”(SDR，software-defined radio)是指依靠软件来实现RF(射频)信号链重要部分的无线通信系统。数据转换器(Data Converters)是此类系统中的关键组件-例如，可以使用DAC直接生成基带波形，或者可以使用ADC将接收到的基带波形数字化(随后在数字信号处理器中进行进一步分析)。

图、SDR接收路径的示例图示

SDR可能会带来额外的设计复杂性，但它们也提供了在某些应用中特别有价值的灵活性优势。

射频半导体

硅仍然是半导体制造中的主要材料。但是，其他材料与RF系统中存在的高频率信号更兼容。 RF半导体中使用的三种替代硅的半导体材料是氮化镓(GaN)，砷化镓(GaAs)和硅锗(SiGe)。专门的半导体技术使得可以制造在极高的频率(即100 GHz以上)下保持足够性能的器件。

RFIC 内部

与低频设备一样，RF集成电路(RFIC)中的基本有源组件是晶体管。但是，到目前为止，我们已经使用“组件(component)”一词来指可能由众多晶体管组成的器件。重要的是要了解其合理性：设计高性能，高频RF组件极具挑战性，并且不在许多RF(射频)工程师的技能范围之内。实际的RF(射频)工程项目和工程师着重于将这些组件组合到功能电路中，然后处理出现的各种复杂问题。

总结

1、用于RF(射频)系统的有源组件可以提供专门的功能，或者可以提供标准功能，但具有在更高的高频频率下保持性能的能力。

2、RF(射频)放大器通常分为功率放大器(PA)或低噪声放大器(LNA)。前者提供功率增益以准备传输和发射，而后者则提供高电压增益和低噪声系数。

3、射频混频器通过将两个输入信号相乘来执行频率转换。

4、锁相环(PLL)可以与振荡器组合以变成频率合成器(frequency synthesizer)。

5、ADC和DAC是某些RF(射频)设备中的重要组件。它们在现代无线系统中越来越普遍，并且在软件定义的无线电中必不可少。

6、SiGe，GaAs和GaN是专用半导体材料，在高性能RF(射频)应用中性能优于硅。