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現(xiàn)代無(wú)線電接收機(jī)的系統(tǒng)噪聲系數(shù)分析一:級(jí)聯(lián)接收機(jī)的計(jì)算

2013-07-02 來源:微波射頻網(wǎng) 作者:Maxim/Charles Razzell 字號(hào):
雙邊帶噪聲系數(shù)

有些情況下,兩路響應(yīng)同樣有用,不適合使用術(shù)語(yǔ)“系統(tǒng)的主頻率變換”。例子有輻射計(jì)和直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)。直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)中,LO頻率位于有用信號(hào)的RF通帶的中心,混頻器的兩路響應(yīng)形成全部有用信號(hào)頻譜的連續(xù)兩半。這種情況如圖5所示。

圖5. DSB噪聲系數(shù)。

所以,這種情況下就需要考慮雙邊帶噪聲因子:

如果我們假設(shè)Gs=Gi,那么:

在相同約束條件下:

由此可得出結(jié)論:當(dāng)轉(zhuǎn)換增益相等時(shí),混頻器的SSB噪聲系數(shù)比對(duì)應(yīng)的DSB噪聲系數(shù)高3dB。此外,如果混頻器不增加任何附加噪聲(NA=0),那么FDSB=1或NFDSB=0dB .

噪聲系數(shù)在級(jí)聯(lián)系統(tǒng)噪聲系數(shù)計(jì)算中的應(yīng)用

基線案例:線性電路模塊的級(jí)聯(lián)

考慮以下三個(gè)放大器模塊簡(jiǎn)單級(jí)聯(lián)的情況(圖6)。

圖6. 三個(gè)增益模塊級(jí)聯(lián)。

輸出的總噪聲可計(jì)算如下:

NOUT=kT0G1G2G3+NA1G2G3+NA2G3+NA3

由于級(jí)聯(lián)輸入處的熱噪聲引起的輸出噪聲為:

NOT=kT0G1G2G3

這意味著總噪聲因子為:


設(shè):

得到:

這可作為三個(gè)模塊的標(biāo)準(zhǔn)弗林斯級(jí)聯(lián)噪聲公式。從該式很容易外推至任意數(shù)量模塊的情況。

外差式轉(zhuǎn)換級(jí)

考慮接收機(jī)信號(hào)通路中的以下頻率轉(zhuǎn)換級(jí)(圖7)?;祛l器的雙邊帶噪聲系數(shù)為3dB,其轉(zhuǎn)換增益為10dB。預(yù)期載頻為2000MHz,選擇LO為1998MHz,所以預(yù)期和鏡像頻率均在濾波器的通帶范圍之內(nèi)。

圖7. 無(wú)鏡像抑制的外差級(jí)。

這種配置的級(jí)聯(lián)性能匯總于表1,其中CF為通道頻率;CNP為通道噪聲功率;GAIN為級(jí)增益;CGAIN為至本級(jí)的級(jí)聯(lián)增益,包括當(dāng)前級(jí);CNF為級(jí)聯(lián)噪聲系數(shù)。

表1.仿真的級(jí)聯(lián)性能*

器件 CF (MHz) CNP (dBm) GAIN (dB) CGAIN (dB) CNF (dB)
CWSource_1 2000 -113.975 0 0 0
BPF_Butter_1 2000 -113.975 -7.12E-04 -7.12E-04 6.95E-04
BasicMixer_1 2 -97.965 10 9.999 6.011

* 濾波器無(wú)鏡像抑制。

這兩個(gè)模塊的總級(jí)聯(lián)增益為9.999dB,SSB噪聲系數(shù)為6.011dB。這一噪聲系數(shù)是可通過之前的分析正確預(yù)測(cè)到的,因?yàn)槲覀冾A(yù)期混頻器的SSB噪聲系數(shù)比DSB噪聲系數(shù)高3.01dB。由于濾波器存在有限的插入損耗,所以噪聲系數(shù)稍微變差。總體而言,這一結(jié)果滿足我們的預(yù)期。

現(xiàn)在考慮相同的情景,但LO頻率為1750MHz(圖8)。LO頻率為該值時(shí),鏡像處于1500MHz,正好處于混頻器之前的濾波器帶通范圍之外。

圖8. 帶鏡像抑制的外差級(jí)。

這種配置的級(jí)聯(lián)性能匯總于表2。預(yù)期信號(hào)的增益與之前相同,但是級(jí)聯(lián)噪聲系數(shù)(CNF)已經(jīng)變?yōu)?.758dB。

表2. 仿真的級(jí)聯(lián)性能*  

器件 CF (MHz) CNP (dBm) GAIN (dB) CGAIN (dB) CNF (dB)
CWSource_1 2000 -113.975 0 0 0
BPF_Butter_1 2000 -113.975 -7.12E-04 -7.12E-04 6.95E-04
BasicMixer_1 250 -99.218 10 9.999 4.758

* 濾波器具有顯著的鏡像抑制。

為解釋這一結(jié)果,我們需要考慮本例中的噪聲情景與圖4中所述的情況類似,尤其是源阻抗鏡像噪聲得到了抑制。可利用之前推導(dǎo)的DSB噪聲因子公式計(jì)算出混頻器級(jí)增加的噪聲:

所以:

現(xiàn)在,混頻器輸出的總噪聲可由式NOUT=NA+kT0Gs+αkT0Gi,計(jì)算得到,本應(yīng)用中α=0。因此:

NOUT=2kT0Gs(10(3/10)-1)+kT0Gs

得到的噪聲系數(shù)可記為:

以dB表示,即得到:

NF=10log10 (2(10(3/10)-1)+1)=4.757dB

結(jié)果應(yīng)該與仿真值4.758dB相當(dāng),其中包括濾波器插入損耗引起的微小附加噪聲。

一般情況下,混頻器級(jí)的有效單邊帶噪聲系數(shù)可由下式給出:

FSSBe=2(FDSB-1)+1+α,

式中,當(dāng)鏡像頻率下的端點(diǎn)噪聲得到較好抑制時(shí),α=0;當(dāng)根本未抑制噪聲時(shí),α=1。注意,如果α=1,有效SSB噪聲系數(shù)降低至FSSBe=2FDSB,,即本部分開始時(shí)所述的情況。在有些情況下,α的值會(huì)是小數(shù),例如鏡像抑制濾波器未直接耦合到混頻器輸入端,或者鏡像和預(yù)期響應(yīng)之間的頻率間隔不太大。

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