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混頻器噪聲系數(shù)那些事

2022/12/01
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從無源混頻器的手冊中,一般找不到混頻器的噪聲系數(shù)這一指標(biāo)。

但是,在設(shè)計時,我們一般假定混頻器的噪聲系數(shù)=混頻器的變頻損耗。只所以這樣近似,是因為任何完美匹配的無源器件的噪聲系數(shù)等于器插入損耗,如果器件所處的溫度等于290K(16.85度)的話。

但是如果考慮到無源器件不匹配的情況下,這個值可能會有所波動,但波動值不會很大。

但上述經(jīng)驗法則得到的噪聲系數(shù)是DSB雙邊帶噪聲系數(shù),而對于SSB單邊帶噪聲系數(shù),則需要再加上3dB。

那到底什么是單邊帶噪聲系數(shù)?什么又是雙邊帶噪聲系數(shù)呢?

單邊帶噪聲系數(shù)(SSB NF)

我們考慮混頻器是一個無噪聲的混頻器,且增益為1,如下圖所示。

則在混頻器的RF端,看到的頻譜包括三個部分:有用信號,有用信號頻率處的噪聲,鏡像頻率處的噪聲。

經(jīng)過混頻器后,以上三部分的頻譜都會被搬移到中頻上。

假設(shè)整個鏈路中,對待有用信號頻率和鏡像頻率都一視同仁,即在這兩個頻率處,增益都一致。那么輸出信噪比為輸入信噪比的一半。此處假設(shè)混頻器本身噪聲系數(shù)是0dB。

因此,雖然我們考慮的混頻器本身是無噪的,但是因為架構(gòu)的原因,其的噪聲系數(shù)為3dB。

當(dāng)有用信號只出現(xiàn)在LO頻率的一邊,此時混頻器的噪聲系數(shù),我們稱之為單邊帶噪聲系數(shù)(SSB)。超外差接收機(jī)一般就是這種情況。

雙邊帶噪聲系數(shù)(DSB NF)

如果RF信號是在LO兩端的話,如下圖所示。在這種情況下,有用信號帶寬內(nèi)的信號和噪聲都會被變頻到中頻,因此如果假設(shè)混頻器是無噪的,那么其輸入SNR和輸出SNR一樣。所以混頻器的噪聲系數(shù)為0dB。

這個噪聲系數(shù),稱為雙邊帶噪聲系數(shù)(DSB)。這種情況,通常發(fā)生在直接變頻接收機(jī)中。

也就是,如果整體鏈路上,當(dāng)其增益對于RF頻率和鏡像頻率而言,是一樣的話,那么混頻器的SSB噪聲系數(shù)要比DSB噪聲系數(shù)高3dB。

所以在進(jìn)行超外差接收機(jī)設(shè)計時,在鏈路上會放置鏡像抑制濾波器。這個濾波器最重要的作用,就是抑制鏡像頻段處的噪聲。如果抑制度足夠的話,在估算接收機(jī)噪聲系數(shù)時,就可以用DSB噪聲系數(shù)。

參考文獻(xiàn):

(1)?https://www.eravant.com/noise-figure-of-a-mixer

(2) Razavi? ?RF Microelectronics

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