在许多现代分立式射频收发器中，满足频率范围内的增益滚降和增益平坦度要求是一个常见问题。理想情况下，RF 收发器的信号路径中的增益应该在感兴趣的频带内随频率变化而平坦。然而，RF 系列中的每个组件都有一个有限的带宽，这会导致整个系统增益响应随频率滚降。这在增益与频率的关系图中被视为负斜率。这种行为使得满足这些收发器的增益平坦度规范非常具有挑战性，尤其是在宽带宽上。
考虑图 1 所示的简化接收器链。RF 系列由一个低噪声放大器 (LNA) 和两个增益模块（RF Amp #1 和 RF Amp #2）组成。三个放大器的有限带宽和负增益斜率将影响级联阵容的整体系统增益和带宽。为简单起见，该图假设所有三个放大器都具有相同的增益和带宽。在每一级，蓝色曲线表示放大器自身的增益响应。红色曲线显示 LNA 和第一个增益块的累积响应，而绿松石曲线显示所有三个放大器的累积响应。由于 RF 路径排列的复合增益滚降，每个 RF 模块都会导致频率范围内的增益误差。
图 1：在接收器链中级联的三个放大器的负增益斜率对整体增益响应的影响。
实际上，设计人员至少有两种技术来补偿增益滚降。一种方法是在信号链中使用固定均衡器，通过增加频率响应斜率与增益斜率大致相反的衰减来使增益响应平坦化。使用 MMIC 固定均衡器平坦化增益斜率中详细讨论了这种方法。另一种方法是使用在所需带宽上具有正增益斜率的放大器。
本文将重点介绍正增益斜率放大器在管理增益随频率变化方面的优势。将讨论与均衡器方法相关的优缺点，并介绍 Mini-Circuits 目录中的示例。最后，将探讨正增益斜率放大器的应用。
均衡器与放大器
固定均衡器可以成为管理信号链中负增益斜率的非常有用的构建模块。由于它们具有多种精确的衰减斜率值，因此设计人员可以灵活地将正确的衰减斜率与其系统增益斜率相匹配，从而产生所需的组合响应。Mini-Circuits MMIC 均衡器的频率范围为 DC 至 6、20 和 45 GHz，采用 2x2mm QFN 或裸片格式，因此它们需要的电路板空间相对较小。
但是均衡器有几个必须考虑的权衡。一种权衡是牺牲整体 RF 信号链增益以换取更宽可用带宽上的增益平坦度。在 RF 信号链中添加均衡器将牺牲 RF 接收器的噪声系数性能，并且当在 PA 附近使用时，将牺牲发射器输出功率。如果这些限制对给定系统的性能至关重要，则最好使用提供增益而不是衰减的增益平坦技术。
正增益斜率放大器允许 RF 接收器在增益、噪声系数和动态范围方面保持 RF 链路预算性能，同时满足频率范围内的增益平坦度规范。在发射端，这种放大器避免了降低 PA 功率输出，同时又可以平衡系统频率响应。图 2 显示了宽带接收器的增益响应、正增益斜率放大器以及两者的组合响应的一般说明。请注意复合响应中的平坦化效果和整体增益的增加。Mini-Circuits 通过一组独特的具有正增益斜率的宽带 MMIC 放大器满足了对这种能力的需求。
图 2：利用正增益斜率放大器校正收发器增益平坦度误差的示例。
Mini-Circuits 的正增益斜率放大器
Mini-Circuits 目录中的正增益斜率放大器的一个示例是PMA-183LPN+。该放大器覆盖 6 至 18 GHz 频率范围，6 至 15 GHz 的斜率约为 +0.21 dB/GHz，15 至 18 GHz 的斜率约为 +0.55 dB/GHz。增益放大器增益响应如图 3 所示。该模型还提供了 1.2 dB 和 33 dB 方向性的出色噪声系数。它采用 3.5 x 2.5mm QFN 封装或裸片格式。
图 3：具有正增益斜率的 Mini-Circuits 的 PMA-183PLN+ 宽带 LNA 的增益响应。
该产品类别中的第二个放大器是AVA-183P+，它涵盖了从 0.5 到 18 GHz 的更宽带宽。该模型的增益斜率在 0.5 至 10 GHz 范围内约为 +0.13 dB/GHz，在 10 至 18 GHz 范围内约为 +0.15 dB/GHz。放大器增益响应如图 4 所示。
图 4：AVA-183P+ 简化原理图和焊盘描述
这两种产品均可用于 RF 信号路径系列，以补偿接收器和发射器随频率的增益滚降，并加宽信号链的整体带宽。
具有正增益斜率的放大器的常见应用
RF 收发器链的示例如图 5 所示。 LNA、混频器、IF 放大器和 PA 的有限带宽都会由于 RF 和 IF 信号路径的复合增益滚降而导致频率范围内的增益误差超频排列。由于市场上用于构建这些收发器的可用商用现货 (COTS) 组件的带宽限制，这尤其成为一个问题。
图 5：使用分立元件的典型 RF 收发器系列。
在具有正斜率的 RF 阵容中使用放大器有助于加宽和平坦化 RF 信号链的增益响应，类似于图 2 中所示的效果。正斜率（蓝线）将与接收器响应（红线）结合并产生复合响应（绿线），其带宽和增益响应比接收器本身更高。
收发器架构以外的其他应用也可以从 Mini-Circuits 的正增益斜率放大器产品中受益。其中一种应用是将长同轴电缆或 3 类或 5 类双绞线驱动到 50W 端接负载的放大器。长同轴电缆的带宽是有限的，并且电缆的频率响应向工作带宽的上部区域滚降。图 6 绘制了几种不同类型的同轴电缆随频率的衰减。Y 轴绘制了几种不同同轴电缆类型每 100 英尺的衰减（以 dB 为单位）与 X 轴上的频率的关系图。图 6 中不同同轴电缆类型的衰减斜率随着频率的增加而增加。
图 6：不同同轴电缆类型的衰减（以 dB 为单位）/100 英尺频率。
正增益斜率放大器可用于补偿驱动长同轴电缆的带宽限制。正斜率放大器和长同轴电缆的组合可以产生宽带、平坦的增益响应。图 7 显示了此应用的示意图。
图 7：使用正增益斜率放大器补偿长同轴电缆运行影响的应用。
结论
负增益斜率是宽带收发器、电缆敷设和其他应用的常见和众所周知的特性。虽然设计人员有多种技术来补偿增益滚降，但具有正增益斜率的放大器具有一些明显的优势。