與無源元件一樣，射頻電路中使用的有源元件與通常在低頻模擬系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的有源元件具有許多共同特性。然而，某些元件是射頻設(shè)計(jì)所特有的。此外，通常會采用不同的半導(dǎo)體技術(shù)來確保射頻元件在極高頻率下保持足夠的性能。

放大器

放大器電路，通常以運(yùn)算放大器為核心構(gòu)建，在低頻和高頻模擬設(shè)計(jì)中都極為常見。在射頻系統(tǒng)中，放大器主要有兩種基本類型：功率放大器和低噪聲放大器。前者用于在傳輸前增加射頻信號的功率水平，而后者則用于放大天線接收到的（通常非常小的）信號。

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功率放大器

功率放大器（PA）用于在信號發(fā)送到天線之前增加其功率水平。在音頻電路中也有類似的情況：音頻信號的電壓幅度可能完全足夠，但需要功率放大器為揚(yáng)聲器線圈提供大量電流。在音頻中，更多的電流意味著更多的功率，這反過來又對應(yīng)著更大的音量。在射頻領(lǐng)域，更高的功率意味著更遠(yuǎn)的傳輸距離。

低噪聲放大器

雖然許多非射頻應(yīng)用也需要低噪聲放大，但“低噪聲放大器”這一特定短語僅在射頻的上下文中常見。實(shí)際上，我們通常聽到的是這個術(shù)語的縮寫形式，即LNA。

天線接收到的信號可能非常微弱，并且淹沒在噪聲中。這個信號需要被放大以便進(jìn)一步處理，但同樣重要的是要盡量減少信噪比（SNR）的進(jìn)一步下降。因此，低噪聲放大器（LNA）被設(shè)計(jì)用來在提供高電壓增益的同時(shí)產(chǎn)生最小的噪聲。

LNA的噪聲性能通過“噪聲系數(shù)”（NF）來量化，它對應(yīng)于放大器造成的SNR下降量（以dB為單位）。因此，理想放大器的NF為0 dB，隨著噪聲性能的下降，NF會增加。

混頻器

另一個基本的射頻組件是混頻器。這個名字可能會讓人誤解；射頻混頻器并不像音頻混頻器那樣混合信號。相反，射頻混頻器接收兩個輸入頻率，并通過乘法生成第三個輸出頻率。換句話說，混頻器執(zhí)行頻率轉(zhuǎn)換。

混頻器允許信號以保留信號細(xì)節(jié)的方式被轉(zhuǎn)移到更高或更低的頻率。例如，一個攜帶信息（即調(diào)制）的基帶信號可以被轉(zhuǎn)移到適合無線傳輸?shù)母哳l率，而傳輸?shù)男盘枌⒈Ａ艋鶐盘栔写嬖诘闹匾{(diào)制細(xì)節(jié)。

鎖相環(huán)

周期性信號的實(shí)際生成與無源元件的領(lǐng)域更為密切，但有源元件用于處理這些周期性信號。鎖相環(huán)（PLL）實(shí)際上是一個子系統(tǒng)組件的集合，至少包括相位檢測器、低通濾波器、壓控振蕩器（VCO）和頻率分頻器，這些組件允許從一個輸入頻率生成多種不同的輸出頻率。

將PLL（鎖相環(huán)）與高精度溫度補(bǔ)償振蕩器結(jié)合使用，可以將一個高精度但固定的參考頻率轉(zhuǎn)換為一個能夠產(chǎn)生高精度且可變輸出頻率的系統(tǒng)。振蕩器與PLL結(jié)合使用時(shí)，被稱為合成器，即能夠生成一系列頻率的組件。

在射頻設(shè)計(jì)中，調(diào)整振蕩器頻率的能力非常重要。某個特定系統(tǒng)可能需要在不同的通道上運(yùn)行以避免干擾，因此振蕩電路必須能夠在頻率上進(jìn)行調(diào)整。此外，相鄰?fù)ǖ乐g的頻率間隔可能相對較小，因此調(diào)整必須精確。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

盡管在歷史射頻工程背景下并非標(biāo)準(zhǔn)組件，但認(rèn)識到模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADCs）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DACs）在許多射頻系統(tǒng)中日益重要至關(guān)重要。ADCs和DACs使射頻系統(tǒng)能夠受益于數(shù)字信號處理技術(shù)提供的特殊能力以及基于軟件的解決方案帶來的普遍靈活性和便利性。

“軟件定義無線電”（SDR）一詞指的是依賴軟件來實(shí)現(xiàn)射頻信號鏈重要部分的無線通信系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是關(guān)鍵組件——例如，DAC可用于直接生成基帶波形，而ADC可用于將接收到的基帶波形數(shù)字化（隨后在數(shù)字信號處理器中進(jìn)行進(jìn)一步分析）。

射頻半導(dǎo)體

在半導(dǎo)體制造中，硅仍然是主導(dǎo)材料。然而，其他材料在射頻系統(tǒng)中與高頻信號更為兼容。射頻半導(dǎo)體中使用的三種替代材料是氮化鎵（GaN）、砷化鎵（GaAs）和硅鍺（SiGe）。專門的半導(dǎo)體技術(shù)使得制造能夠在極高頻率（即100 GHz以上）下保持足夠性能的設(shè)備成為可能。

集成電路內(nèi)部

與低頻設(shè)備一樣，射頻集成電路中的基本有源元件是晶體管。然而，到目前為止，我們使用“元件”一詞來指代可能由眾多晶體管組成的設(shè)備。理解這一點(diǎn)至關(guān)重要：設(shè)計(jì)高性能、高頻的射頻元件極具挑戰(zhàn)性，并非所有射頻工程師都具備這種技能。實(shí)際的射頻工程專注于將這些元件組合成功能電路，然后處理由此產(chǎn)生的各種復(fù)雜問題。

總結(jié)

用于射頻系統(tǒng)的有源元件可能提供特定的功能，或者它們可能提供標(biāo)準(zhǔn)功能但具有在高頻下維持性能的更強(qiáng)大能力。

射頻放大器通常分為功率放大器（PA）和低噪聲放大器（LNA）。前者提供功率增益以準(zhǔn)備傳輸，而后者提供高電壓增益和低噪聲系數(shù)。

射頻混頻器通過相乘兩個輸入信號來執(zhí)行頻率轉(zhuǎn)換。

鎖相環(huán)（PLL）可以與振蕩器結(jié)合使用以產(chǎn)生頻率合成器。

ADCs（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）和DACs（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）是某些射頻設(shè)備中的重要組件。它們在現(xiàn)代無線系統(tǒng)中越來越普遍，并且在軟件定義無線電中必不可少。

SiGe（硅鍺）、GaAs（砷化鎵）和GaN（氮化鎵）是特殊的半導(dǎo)體材料，在高性能射頻應(yīng)用中優(yōu)于硅。