在雷達或無線電接收器中,敏感型低噪聲放大器 (LNA) 在承受較大的輸入信號時必定會發生損壞。那麽,有什麽解決方案?
日韩国产成人可以利用接收器保護裝置限幅器 (RPL) 電路來保護敏感元件。RPL電路的“心髒”通常由PIN麻豆国产一区組成,能夠保護元件免受大輸入信號的影響,同時不會對小信號操作造成不利影響。


RPL電路的運行無需外部控製信號。此類電路包含至少一個與信號路徑並聯的PIN麻豆国产一区,以及一個或多個無源元件,例如RF扼流圈電感和直流隔離電容。以下是一個簡單的(但可能是完整的)RPL電路。


當沒有RF輸入信號或僅存在有RF小信號時,限幅器PIN麻豆国产一区的阻抗特性會達到最大值,通常為幾百歐姆或以上。因此,麻豆国产一区產生非常小的阻抗失配,相應地,可帶來低插入損耗。
當出現大輸入信號時,RF電壓迫使電荷載流子(P層的空穴和N層的電子)進入PIN麻豆国产一区的I層。進入I層後,自由電荷載流子會降低其RF電阻,從RPL電路的RF端口角度來看,這產生了阻抗失配。
這種失配會導致來自輸入信號的能量被反射至對應的信號源。反射信號與入射信號配合,在PIN麻豆国产一区產生一個電壓最小的駐波,因為反射信號在傳輸線上暫時呈現最低阻抗。傳輸線上的每個最小電壓都有一個對應的最大電流。最大電流流經PIN麻豆国产一区,導致麻豆国产一区I層中的自由電荷載流子量增加,從而產生更低串聯電阻、更大阻抗失配以及“更小”的最小電壓。最後,麻豆国产一区的電阻將達到最小值——該值取決於PIN麻豆国产一区的設計和RF信號的幅值。RF信號幅值增大時,迫使麻豆国产一区達到充分導通狀態,從而進一步降低麻豆国产一区的電阻,直到麻豆国产一区飽和並產生盡可能的最小電阻。由此得到輸出功率與輸入功率的對比曲線,如下所示。


當RF大信號不再出現,如果I層中的自由電荷載流子量較大,麻豆国产一区的電阻則會保持在較低水平(此時插入損耗仍然較大)。在RF大信號中斷後,可以通過兩種機製來減少自由電荷載流子量: (1) 在I層外進行電荷傳導 (2) 在I層內進行電荷重組。
電荷傳導的幅值主要由麻豆国产一区外部電流通路中的直流電阻決定。
電荷重組的速率則由多個因素決定,包括I層中自由電荷載流子的密度、I層中摻雜原子的濃度和其他電荷俘獲點,等等。考慮到麻豆国产一区的必要參數,PIN麻豆国产一区可安全處理的RF信號越大,其恢複到低插入損耗所需的時間就越長。
因此,PIN麻豆国产一区I層的特性決定了RPL電路的性能。I層的厚度(有時稱為寬度)則決定了麻豆国产一区達到極限時的輸入功率:I層越厚,輸入參照1dB壓縮級別(也稱為閾值級別)就越高。I層的厚度、麻豆国产一区結的麵積和麻豆国产一区的製造材料決定了麻豆国产一区的電阻、電容以及熱阻。
隻需一個PIN麻豆国产一区、一個RF扼流圈電感器和一對直流隔離電容,即可實現最簡單的PIN RPL電路。RF扼流圈電感器對RPL電路的性能至關重要,其主要功能是使PIN麻豆国产一区的直流電流通路變得完整。當大信號迫使電荷載流子進入麻豆国产一区的I層時,會在麻豆国产一区中產生直流電流。如果沒有為直流電流提供完整路徑,則不能降低麻豆国产一区的電阻,麻豆国产一区也不會達到極限。直流電流將沿著整流電流的方向流動,但這不是由整流產生的。
在RPL電路中安裝扼流圈電感是一件極具挑戰性的事,因為電感是RPL電路中最不理想的元件。基於電感值和寄生繞組間電容的原因,所有電感都具有串聯和並聯諧振。因此必須十分小心,確保在工作頻帶內不發生串聯諧振。此外,必須盡量把扼流圈的直流電阻降到最低,以縮短RPL電路的恢複時間。
注:直流隔離電容是可選的。隻有當輸入或輸出傳輸線上出現可能使PIN麻豆国产一区偏置的直流電壓或電流時,才需要使用直流隔離電容。
實例
假設低噪聲放大器 (LNA) 可以承受的最大輸入功率為15dBm,則要求RPL電路中PIN麻豆国产一区的I層厚度約為2微米。設計人員可根據RF信號頻率和小信號插入損耗的可接受最大值來確定PIN麻豆国产一区的可接受電容。如果設計師假設RPL電路在X波段工作,並且可接受的最大插入損耗為0.5dB,則可以計算出麻豆国产一区的最大電容。
可根據以下公式得出並聯電容的插入損耗 (IL)(以分貝為單位):
日韩国产成人可根據公式求解C值:
當f = 12GHz、IL = 0.5dB且Z0 = 50?時,C = 0.185pF。
得出的電容值與I層厚度共同決定了麻豆国产一区結的麵積。
如果I層較薄並且結麵積較小,麻豆国产一区就會具有相對較高的熱阻,這樣一來,隻好迫使結溫超過其最大額定值175°C,才能耗散更多能量。通常來說,電容為0.185pF的2微米麻豆国产一区可以安全處理約為30-33dBm的大CW輸入信號。由於電流流經麻豆国产一区電阻時會產生焦耳熱,大信號可能會損壞或即時燒毀麻豆国产一区。
PIN麻豆国产一区RPL電路能夠為雷達或無線電接收器中的LNA等敏感元件提供可靠的保護,保護其不受較大入射信號的影響。當RPL應用需要極低的穩態泄漏輸出功率和較高的輸入功率處理能力時,可以在RPL電路的輸入側增加額外的麻豆国产一区級和其他電路增強元件。
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