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[分享] 射频电路中的匹配与增益

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发表于 2023-11-23 10:51:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
在射频电路中,匹配与增益是两个不可分割的概念。匹配是指通过调整电路参数,使信号在各个部分之间能够顺利传输,而增益则是指电路能够将输入信号放大到所需的输出水平。在射频电路设计中,正确理解和处理匹配与增益之间的关系至关重要。
匹配和增益是射频电路中重要的设计考虑因素。首先我们要理解它们的定义。
匹配与增益的概念和两者之间的关系
匹配(Matching):
在射频电路中,匹配是确保信号的最大功率传输的关键。匹配电路被用来将信号源、负载和中间电路的阻抗与电路中的传输线或元件的特性阻抗匹配。匹配电路通常包括匹配网络、传输线和调谐电路等。通过匹配,可以最大限度地减小信号的反射损耗,提高电路的性能和效率。
增益(Gain):
在射频电路中,增益是指电路将输入信号放大的能力。增益在射频系统中非常重要,因为它决定了信号的强度和范围。射频电路中常见的增益元件包括功放(Power Amplifier)和低噪声放大器(Low Noise Amplifier)。设计师需要平衡增益和其他性能指标,如噪声系数、线性度和带宽,以满足系统需求。
匹配对增益的影响:
良好的匹配可以最大化射频电路的功率传输效率,减少信号的反射损耗,从而有助于增加电路的增益。当输入信号源与电路的阻抗匹配良好时,信号可以最大程度地传输到负载或下一个级联电路中,减少了信号损失,因此可以获得更高的增益。
理论与分析
电路模型
本文以射频放大器模块为原型进行分析
0.jpg
射频放大器模型示意图
共轭匹配概念
射频能量信号从信号源传到负载,其输出特性可以用”水管理论“解释。
1.jpg
共轭匹配:实部电阻相等,虚部电抗抵消。
匹配网络设计
我们在电路模型上标上相关的反射系数、阻抗。其下标s表示源端,L表示负载端,IN表示放大器的输入端以及OUT表示放大器的输出端。
2.jpg
当特性阻抗为50时,瞬态反射系数(考虑器件为单向器件)与电阻的关系为:
3.jpg
阻抗和匹配
图片4.png
举例
最大功率增益匹配条件(用于高增益放大器)
图片5.png
匹配源端反射系数等于放大器输入端反射系数的共轭
输出端反射系数的共轭等于放大器输出端的反射系数
最佳噪声匹配条件(使用于低噪放)
图片6.png
因为是低噪放,所以放大器的输入端反射系数要等于噪声系数最佳时候的反射系数,所以其关系如下:
图片7.png
最大输出功率匹配条件(末级功率放大器)

因为需要最大输出功率,所以我们输出匹配网络的反射系数需要在输出功率最大时的。OPT:最大Pout,而非最大的增益,这与功率晶体管的非线性相关(P1dB)。
总之,射频电路中的匹配和增益紧密相连,二者相互影响。通过合适的匹配技术,我们可以最大化电路的增益,并确保信号传输的质量和稳定性。因此,在射频电路设计中,我们应该充分考虑匹配与增益的关系,以实现高效、可靠的电路性能。

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发表于 2023-11-30 16:05:36 | 显示全部楼层
射频前端芯片设计原厂三伍微电子的产品有WIFI FEM、IOT FEM、PA和开关。
产品优势
FEM优势:(1)谐波好,免去外置滤波器,(2)无需调试匹配电路,直接替换。
开关优势:低插损,低延时,高频率(支持7.2GHz)
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