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鏡頻抑制濾波器對(duì)射頻接收前端輸出噪聲的影響

發(fā)布時(shí)間:2021-12-29作者來源:金航標(biāo)瀏覽:1604

射頻接收前端包括LNA、Filter、Mixer等部件,從噪聲因子級(jí)聯(lián)的角度講,希望接收鏈路第一級(jí)為高增益、低噪聲系數(shù)放大器,以期望得到較低的系統(tǒng)噪聲系數(shù),提高接收靈敏度。除LNA外,接收鏈路還有一個(gè)關(guān)鍵的部件——鏡頻抑制濾波器,位于Mixer之前,用于濾除鏡頻噪聲和鏡頻信號(hào),以提高整個(gè)接收鏈路的SNR和抗鏡頻干擾能力。

[敏感詞]將通過公式推導(dǎo)詳細(xì)描述是否引入鏡頻抑制濾波器對(duì)系統(tǒng)噪底的影響。

1、有鏡頻抑制濾波器

圖1給出了簡(jiǎn)化的射頻前端接收鏈路,包括LNA、Filter和Mixer。假設(shè)鏡頻抑制濾波器是理想的,即插損為0dB,帶外抑制為無窮大,可以完全抑制掉鏡頻噪聲。假設(shè)室溫為T0=290K,接收鏈路端接50 Ohm負(fù)載,GA和FA分別為L(zhǎng)NA的增益和噪聲因子,GM和FM分別為Mixer的增益和噪聲因子。

圖1. 簡(jiǎn)化的射頻接收前端:有鏡頻抑制濾波器

接收前端輸入噪聲功率為Nin=kBT0,輸出的總噪聲功率為


 
 (式1)



 (式2)


從系統(tǒng)級(jí)聯(lián)的角度,整個(gè)接收鏈路的噪聲因子和總增益分別為


(式3)


因?yàn)楫?dāng)前室溫為290K,所以此時(shí)總輸出噪聲功率為


 (式4)


式2和式4是一致的,這是存在鏡頻抑制濾波器時(shí),整個(gè)接收鏈路噪底的計(jì)算過程。

2、無鏡頻抑制濾波器

圖2給出了不含鏡頻抑制濾波器時(shí)的簡(jiǎn)化射頻接收前端,由于混頻器的工作特性,此時(shí)接收鏈路工作時(shí),不僅僅是期望工作頻段的噪聲會(huì)變頻至中頻,鏡頻頻段的噪聲也會(huì)變頻至中頻,這將導(dǎo)致系統(tǒng)輸出的噪聲功率相對(duì)于含有鏡頻抑制濾波器時(shí)翻倍。

圖2. 簡(jiǎn)化的射頻接收前端:無鏡頻抑制濾波器

假設(shè)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分別為。此處只考慮最簡(jiǎn)單的情況,后面的公式推導(dǎo)和分析將依據(jù)于如下假設(shè)條件:


 (式5)


整個(gè)接收鏈路的總輸出噪聲功率為


 (式6)


式5帶入上式得


(式7)


上式進(jìn)一步化簡(jiǎn)可得


 (式8)


從系統(tǒng)級(jí)聯(lián)的角度,整個(gè)接收鏈路的噪聲因子和總增益分別為


 (式9)


值得一提的是,因?yàn)闆]有鏡頻抑制濾波器,所以對(duì)于Mixer而言,前一級(jí)LNA饋入的噪聲功率是存在鏡頻抑制濾波器時(shí)的兩倍,所以上式需要調(diào)整。可以等效為如下帶有鏡頻抑制濾波器時(shí)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3. 等效為帶有鏡頻抑制濾波器時(shí)的結(jié)構(gòu)框圖

上圖將LNA的噪聲因子等效為2FA,增益不變;也可以將LNA的增益等效為2GA,噪聲因子不變。為簡(jiǎn)便起見,仍然假設(shè)鏡頻抑制濾波器是理想的。

此時(shí),整個(gè)接收鏈路的總噪聲因子和增益分別為


 (式10)


那么整個(gè)接收鏈路的輸出噪聲功率為


 (式11)


式11和式8是一致的。如果將LNA的增益等效為2GA,噪聲因子不變,則整個(gè)接收鏈路的總噪聲因子和增益分別為


 (式12)


那么整個(gè)接收鏈路的輸出噪聲功率為



(式13)

式13和式8是一致的。這是不存在鏡頻抑制濾波器時(shí),整個(gè)接收鏈路噪底的計(jì)算過程。

結(jié)論:對(duì)比是否存在鏡頻抑制濾波器兩種情況下的噪底,由式4和式8可以看出,如果LNA的增益非常高,則無鏡頻抑制濾波器時(shí)的底噪接近于存在鏡頻抑制濾波器時(shí)底噪的2倍。對(duì)比式3和式10可以看出,當(dāng)LNA的增益非常高時(shí),無鏡頻抑制濾波器時(shí)的總噪聲因子接近于存在鏡頻抑制濾波器時(shí)總噪聲因子的2倍。

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