宽带高动态范围限幅放大器

最大放大器压缩，以避免过度饱和。换而言之，在最坏条件下，每个MMIC应该同等压缩。

图8.温度范围内的HMC7891仿真频率均衡小信号增益。

在图5所示的当前设计阶段，可在器件输入端添加与Thermopad衰减器串联的均衡器，取代器件输出端的固定衰减器。在限幅放大器输入端添加均衡器会降低第一个增益级的功率。因此，级1的压缩减小。增益级压缩减小相当于限幅动态范围减小。另外，由于均衡器的衰减斜率，限幅动态范围在频率范围内分散。频率越低，动态范围缩小越多。为了补偿缩小的限幅动态范围，RF输入功率必须升高。但是，由于均衡器的斜率，输入功率不均匀地升高又会增加放大器增益级过驱的风险。可以在器件输入端添加均衡器，但这不是理想的位置。

其次，添加与Thermopad串联的均衡器，将减小后续放大器的压缩。这会导致放大器压缩在增益级之间分布不均匀，缩小整体限幅动态范围。不建议将均衡器与Thermopad衰减器串联。

第三，使用一个或多个均衡器替代固定衰减器，只会改变输出级放大器的压缩水平。为了最大程度地减小这种变化，并且避免RF过驱，均衡器损耗应与从系统中删除的固定衰减值大致相等。此外，正如上文所述，在增益级之前添加均衡器，将会导致限幅动态范围与频率的分散。为了最大程度地减少这种效应，请替换尽可能少的均衡器。

最后，均衡器可以添加到器件输出端。输出均衡会减小输出功率，但不会产生限幅动态范围分散。输出均衡会产生略正输出功率斜率，但这种斜率被高频封装和连接器损耗抵消。完成的四级限幅放大器布局如图9所示。

图9.频率均衡框图。

图10显示了ADI HMC7891的输出功率与温度仿真结果。最终设计实现了40 dB的限幅动态范围，在所有工作条件下，仿真的最坏情况输出功率变化为3 dB。

图10.温度范围内，HMC7891的仿真PSAT与频率的关系。

4.0 ADI限幅放大器测试结果

HMC7891的测试结果如图11至图18所示。这些结果证明，该设计能够实现47 dB的增益，饱和输出功率为13 dBm。放大器的输入功率范围为-30 dBm至+10 dBm，限幅动态范围为40 dB。该装置在–40°C至+85°C的工作温度范围中进行了测试。下面的图19显示了HMC7891的照片。虽然HMC7891最初是作为限幅放大器设计的，但凭借小巧尺寸和出色的RF性能，它在各种不同应用中都能发挥作用，包括用作三倍频器和LO放大器。本文所述的设计技术可用于未来的限幅放大器设计，对规格要求进行了修改，例如频率、输出功率、增益、噪声系数或限幅动态范围。

图11.温度范围内，HMC7891的测量PSAT与频率的关系。

图12.HMC7891的测量增益和回波损耗。

图13.温度范围内，频率为2 GHz时，HMC7891的测量POUT与PIN的关系。

图14.温度范围内，频率为10 GHz时，HMC7891的测量POUT与PIN的关系。

图15.温度范围内，频率为18 GHz时，HMC7891的测量POUT与PIN的关系。

图16.温度范围内，HMC7891的测量噪声系数与频率的关系。

图17.温度范围内，HMC7891在PSAT 下的测量二次谐波与频率的关系。

图18.HMC7891在PSAT下的测量三次谐波与频率的关系。

图19.HMC7891图片。

作者简介

Adam Winter拥有约翰·霍普金斯大学电子工程学士学位，以及科罗拉多大学波尔得分校电子工程硕士学位。他在ADI公司担任高级微波设计工程师。加入ADI公司之前，Winter先生就职于Lockheed MarTIn Space Systems。他在军事/航空RF元器件、模块、定制组件的设计、开发和生产领域拥有近10年的经验，谙熟高功率GaN放大器、毫米波频率转换器、发射机/接收机模块、SSPA和LNA。

Gerald Cornwell拥有新泽西理工学院电子工程学士学位。他在本行业拥有40多年的经验，熟悉从设计到开发，再到生产的所有方面。加入ADI公司之前，他曾在Raytheon公司开发电子战系统；在M/A-COM公司担任微波子系统部门工程设计副总裁，服务于电子战、雷达和导弹市场，以及航空航天和国防部门首席技术官；还曾在Cobham Sensor Systems公司担任业务开发部门技术主管。之后Cornwell先生加入ADI公司，担任模块和子系统部门高级业务开发经理。