低噪声放大器的原理与芯片产品介绍

低噪声放大器(Low Noise Amplifier, LNA)通常用于无线电子系统的接收机前端之中，如我们在之前的推文《1.3万字详解射频微波芯片设计基础知识》中，我们详细讨论了射频发射机、接收机的常见架构，在接收机系统中，低噪声放大器常常为处于天线之后的第一个元器件，其性能优劣直接决定着接收机系统整体的噪声系数、灵敏度指标的好坏。

我们翻开本土射频IC领域的排头兵企业的发展历程，不难发现，低噪声放大器成为了诸多RFIC/MMIC企业成功的奠基石，如某胜微，某为电子在射频领域有着多款可以与国外大厂扳手腕的LNA产品，当然最近科创板许多上市的射频微波公司也有不少低噪放的芯片作为其核心产品。

言归正传，对于我们设计开发人员而言，一款性能优异、工作稳定的低噪声放大器芯片又该怎么去设计呢?当拿到一个设计任务，面对设计流程和设计方法不熟悉的我们，是不是有种剪不断理还乱的感觉：

频前端芯片包括射频开关、射频低噪声放大器、射频功率放大器、双工器、射频滤波器等芯片。射频开关用于实现射频信号接收与发射的切换、不同频段间的切换;射频低噪声放大器用于实现接收通道的射频信号放大;射频功率放大器用于实现发射通道的射频信号放大;射频滤波器用于保留特定频段内的信号，而将特定频段外的信号滤除;双工器用于将发射和接收信号的隔离，保证接收和发射在共用同一天线的情况下能正常

工作。

一、 射频开关市场介绍 ：

1. 射频开关：

射频开关的作用是将多路射频信号中的任一路或几路通过控制逻辑连通，以实现不同信号路径的切换，包括接收与发射的切换、不同频段间的切换等，以达到共用天线、节省终端产品成本的目的。射频开关的主要产品种类有移动通信传导开关、WiFi 开关、天线开关等，广泛应用于智能手机等移动智能终端。

射频开关的的工作原理如下图所示：当射频开关的控制端口加上不同电压时，射频开关各端口将呈现不同的连通性。以单刀双掷射频开关为例，当控制端口加上正电压时，连接端口 1 与端口 3 的电路导通，同时连接端口 2 与端口 3 的电路断开;当控制端口加上零电压时，连接端口 1 与端口 3 的电路断开，同时连接端口 2 与端口 3 的电路导通。

2. 射频开关市场介绍

移动智能终端中需要不断增加射频开关的数量以满足对不同频段信号接收、发射的需求。与此同时，智能手机外壳现多采用手感、外观更好的金属外壳，一定程度上会造成对射频信号的屏蔽，需要天线调谐开关提高天线对不同频段信号的接收能力。

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二. 射频低噪声放大器市场介绍：

1. 射频低噪声放大器介绍：

射频低噪声放大器的功能是把天线接收到的微弱射频信号放大，尽量减少噪声的引入，在移动智能终端上实现信号更好、通话质量和数据传输率更高的效果。射频低噪声放大器产品，根据适用频率的不同，分为全球卫星定位系统射频低噪声放大器、移动通信信号射频低噪声放大器、电视信号射频低噪声放大器、调频信号射频低噪声放大器。上述四类射频低噪声放大器产品均应用于智能手机等移动智能终端。

射频低噪声放大器的工作原理如下图所示：输入的射频信号被输入匹配网络转化为电压，经过放大器对电压进行放大，同时在放大过程中最大程度降低自身噪声的引入，最后经过输出匹配网络转化为放大后功率信号输出。

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2. 市场介绍 ：

随着移动通讯技术的变革，移动智能终端对信号接收质量提出更高要求，需要对天线接收的信号放大以进行后续处理。一般的放大器在放大信号的同时会引入噪声，而射频低噪声放大器能最大限度地抑制噪声，因此得到广泛的应用。2017 年全球射频低噪声放大器收入为 13.41 亿美元，而随着 4G 逐渐普及，智能手机中天线和射频通路的数量增多，对射频低噪声放大器的数量需求迅速增加。低噪声放大器是噪声系数很低的放大器。一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。国创在此分享低噪声放大器的工作原理!

由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数F来表示。理想放大器的噪声系数F=1(0分贝)，其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比。现代的低噪声放大器大多采用晶体管、场效应晶体管;微波低噪声放大器则采用变容二极管参量放大器，常温参放的噪声温度Te可低于几十度(绝对温度)，致冷参量放大器可达20K以下，砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广泛，其噪声系数可低于2分贝。放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。在工作频率和信源内阻均给定的情况下，噪声系数也和晶体管直流工作点有关。为了兼顾低噪声和高增益的要求，常采用共发射极一共基极级联的低噪声放大电路。

低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据，所以低噪声放大器的设计对整个接收机来说是至关重要的。人们对各种无线通讯工具的要求也越来越高，功率辐射小、作用距离远、覆盖范围大已成为各运营商乃至无线通讯设备制造商的普遍追求，这就对系统的接收灵敏度提出了更高的要求。

低噪声微波放大器(LNA)已广泛应用于微波通信、GPS接收机、遥感遥控、雷达、电子对抗、射电天文、大地测绘、电视及各种高精度的微波测量系统中，是必不可少的重要电路。