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2020-04-02 來源︰微波(bo)射頻網作者︰Knight 我要評lan)0) 字號︰大(da)

射頻接收前(qian)端包括(kuo)LNA、Filter、Mixer等(deng)部kao) 釉 蜃zi)級du) 慕嵌冉玻 M郵樟lian)路第一級為高增益、低噪聲系(xi)數放大(da)器,以期望得到較xi)偷南xi)統噪聲系(xi)數,提高接收靈敏度。除LNA外,接收鏈(lian)路還有一個關(guan)鍵的部kao)mdash;—鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器,位于Mixer之前(qian),用于濾除鏡頻噪聲和鏡頻信號,以提高整個接收鏈(lian)路的SNR和抗(kang)鏡頻干(gan)擾能力。

下面將通過公(gong)式推導(dao)詳細描述(shu)是否引入(ru)鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器對系(xi)統噪底的影響(xiang)。

1、有鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器

圖1給出(chu)了si)蚧 納淦登qian)端接收鏈(lian)路,包括(kuo)LNA、Filter和Mixer。假(jia)設鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器是理想(xiang)的,即插(cha)損為0dB,帶外抑zhong)zhi)為無(wu)窮(qiong)大(da),可以完(wan)全抑zhong)zhi)掉(diao)鏡頻噪聲。假(jia)設室溫為T0=290K,接收鏈(lian)路端接50 Ohm負載,GA和FA分別為LNA的增益和噪聲因子(zi),GM和FM分別為Mixer的增益和噪聲因子(zi)。

圖1. 簡化的射頻接收前(qian)端︰有鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器

接收前(qian)端輸入(ru)噪聲功(gong)率為Nin=kBT0,輸出(chu)的總噪聲功(gong)率為

(式1)

(式2)

從系(xi)統級du) 慕嵌齲 黿郵樟lian)路的噪聲因子(zi)和總增益分別為

(式3)

因為當(dang)前(qian)室溫為290K,所以此時總輸出(chu)噪聲功(gong)率為

(式4)

式2和式4是一致的,這是存在鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器時,整個接收鏈(lian)路噪底的計算過程。

2、無(wu)鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器

圖2給出(chu)了不含鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器時的簡化射頻接收前(qian)端,由(you)于混頻器的工作特性,此時接收鏈(lian)路工作時,不僅僅是期望工作頻段的噪聲會(hui)變頻至中頻,鏡頻頻段的噪聲也會(hui)變頻至中頻,這將導(dao)致系(xi)統輸出(chu)的噪聲功(gong)率相(xiang)對于含有鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器時翻倍。

圖2. 簡化的射頻接收前(qian)端︰無(wu)鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器

假(jia)設Mixer在鏡頻頻段的變頻損耗為,LNA在鏡頻頻段的增益和噪聲因子(zi)分別為。此處(chu)只(zhi)考(kao)慮最簡單的情況,後面的公(gong)式推導(dao)和分析將依據于如下假(jia)設條件︰

(式5)

整個接收鏈(lian)路的總輸出(chu)噪聲功(gong)率為

(式6)

式5帶入(ru)上式得

(式7)

上式進(jin)一步化簡可得

(式8)

從系(xi)統級du) 慕嵌齲 黿郵樟lian)路的噪聲因子(zi)和總增益分別為

(式9)

值得一提的是,因為沒有鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器,所以對于Mixer而言,前(qian)一級LNA饋入(ru)的噪聲功(gong)率shi)譴嬖誥燈狄種(zhong)zhi)濾波(bo)器時的兩倍,所以上式需要調整。可以等(deng)效為如下帶有鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器時的結構框圖。

圖3. 等(deng)效為帶有鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器時的結構框圖

上圖將LNA的噪聲因子(zi)等(deng)效為2FA,增益不變;也可以將LNA的增益等(deng)效為2GA,噪聲因子(zi)不變。為簡便(bian)起見,仍然假(jia)設鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器是理想(xiang)的。

此時,整個接收鏈(lian)路的總噪聲因子(zi)和增益分別為

(式10)

那麼整個接收鏈(lian)路的輸出(chu)噪聲功(gong)率為

(式11)

式11和式8是一致的。如果將LNA的增益等(deng)效為2GA,噪聲因子(zi)不變,則(ze)整個接收鏈(lian)路的總噪聲因子(zi)和增益分別為

(式12)

那麼整個接收鏈(lian)路的輸出(chu)噪聲功(gong)率為

(式13)

式13和式8是一致的。這是不存在鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器時,整個接收鏈(lian)路噪底的計算過程。

結論︰對比(bi)是否存在鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器兩種(zhong)情況下的噪底,由(you)式4和式8可以看出(chu),如果LNA的增益非(fei)常高,則(ze)無(wu)鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器時的底噪接近于存在鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器時底噪的2倍。對比(bi)式3和式10可以看出(chu),當(dang)LNA的增益非(fei)常高時,無(wu)鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器時的總噪聲因子(zi)接近于存在鏡頻抑zhong)zhi)濾波(bo)器時總噪聲因子(zi)的2倍。

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