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射频PA在通信领域的作用及重要性 (一)

2020.10.13

电磁波传输距离和发射功率成正比,射频 PA 性能直接决定通讯距离、信号质量和待机时间(或耗电量),根据 Yole 数据显示,2017 年手机射频前端中射频 PA 市场规模约 50 亿美元,在整个射频前端中价值量占比 35%,仅次于滤波器,也是射频前端价值量最高的单类型芯片。

 

一、射频 PA 是射频前端核心器件,决定无线通信质量的关键要素 

 

射频模块是无线通信设备的核心模块

无线通信主要是利用电磁波实现多个设备之间的信息传输。射频是可以辐射到空间的电磁频率,频率范围从 300KHz~300GHz 之间。射频模块是用于发射和 / 或接收两个装置之间的无线电信号的电子设备,是无线通信设备实现信号收发的核心模块。

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图:手机射频架构

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图:基站射频架构 

 

射频前端架构基本类似

射频前端包括接收通道和发射通道两大部分。一般由射频开关(Switch)、射频低噪声放大器(LNA,Low Noise  Amplifier)、射频功率放大器(PA,Power Amplifier)、双工器(Duplexers)、射频滤波器(Filter)、天线调谐器(Antenna tuners) 等组成。

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图:手机射频架构 

 

发射通道和接收通道工作原理

发射通道是使用基带信号(语音、视频、数据或其他信息)去调制中频正弦波信号,然后中频信号再通过混频器往上搬移到所需的射频发射频率,通过功率放大器来增加发射机的输出功率并驱动天线将已调制好的载波信号变换成能够在自由空间传播的电磁波。

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图:发射通道和接收通道架构 

 

接收通道是发射通道的逆过程,天线将在相对宽的频率范围内接收到来自很多辐射源的电磁波,带通滤波器将滤掉不需要的接收信号,随后低噪声放大器放大可能接 收的微弱信号并使进入到接收信号中的噪声影响最小化,混频器将接收到的射频信号 下变频到较低的频率,中频放大器将提升信号的功率电平 以便于解调并得到信息。

 

射频 PA 是决定通信质量的关键器件

功率放大器是能够向天线提供足够信号功率的放大电路主要功能是将调制振荡电路所产生的功率很小的射频信号放大(缓冲级、中间放大级、末级功率放大级)并馈送到天线上辐射出去,是无线通信设备射频前端最核心的组成部分,其性能直接决定了无线终端的通讯距离、信号质量和待机时间(或耗电量),它也是射频前端功耗最大的器件。 

 

射频功率放大器在雷达、无线通信、导航、卫星通信、电子对抗设备等系统中有着广泛的应用,是现代无线通信的关键设备。

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图:手机射频前端架构图


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