噪声系数概念——功率增益、损耗重量跟级接洽

作者: [db:作者]   点击次数:    发布时间: 2025-01-03 08:34

懂得射频噪声系数（NF）、功率增益、消耗分量跟级接洽统。本文援用地点：噪声因子的观点相称直不雅，它用于表征旌旗灯号经由过程组件时信噪比（SNR）的劣化。但是，噪声系数界说中暗藏着一些奥妙之处，偶然不失掉充足的夸大。必需充足懂得的一个庞杂之处是，在290 K的尺度温度下，噪声系数值是为已知的源电阻（平日为50Ω）指定的。在本文中，咱们将探讨另一个主要的奥妙之处，即噪声系数界说中应用的功率增益范例。之后，咱们将研讨有损组件以及级接洽统的噪声系数。从新审阅噪声系数界说跟信噪比噪声因子（F）界说为输入真个信噪比与输出真个信信噪比之比：方程式1说明：Si跟So是电路输入跟输出真个可用旌旗灯号功率Ni跟No是输入跟输出真个可用噪声功率将So=GASi调换为以下方程式：此中GA是电路的可用功率增益。 ]article_adlist-->接上去，让咱们来看看可勤奋率增益的界说。应用阻抗的模块的可勤奋率增益图1阐明了怎样盘算给定源阻抗ZS=RS+jXS的模块的可勤奋率增益。图1表现给定源阻抗下模块功率增益的图假设模块的输入跟输出阻抗为ZIn=RIn+jXIn，Zout=Rout+jXout。如图1（a）所示，咱们能够将模块输出衔接到共轭婚配负载，即ZL=Rout-jXout，并丈量运送到负载的功率PL。因为输出是共轭婚配的，PL是收集PAVN的可勤奋率。所需的另一个量是电源PAVS的可勤奋率。这是源通报给ZS复共轭体的功率，如图1（b）所示。PAVN与PAVS的比率界说为模块GA的可勤奋率增益：可用增益取决于ZS，而不是ZL。这是由于依据界说，负载阻抗是模块输出阻抗的复共轭婚配，因而曾经由模块的输出阻抗设置。请记着，可用增益说明了DUT（被测装备）的源跟输入之间的不婚配。在噪声系数界说（方程式1）中，Si是旌旗灯号源的可勤奋率，So是能够通报到婚配负载的输出功率。因而，So/Si比值合乎可勤奋率增益的界说。请记着，射频任务中有多少种差别的功率增益界说，如换能器功率增益跟拔出功率增益。假如咱们在NF盘算中应用可用增益以外的功率增益，咱们将取得现实NF值的近似值。比方，现实的噪声系数丈量方式平日决议DUT的拔出增益。应用拔出增益而不是可用增益可能会在咱们的噪声系数丈量中引入偏差。同样值得一提的是，在处置级联阶段时，可用增益是有效的。级联的总可用增益即是单个可用增益的乘积。为了找到级联的可用增益，应为即是前一级输出阻抗的源阻抗指定每级的可用增益。有损组件的噪声系数在计划射频体系时，咱们偶然会发明有须要在旌旗灯号链的特定点引入消耗。比方，在测试跟丈量利用中，咱们能够经由过程衰减器下降掉配不断定性。衰减旌旗灯号的无源电路必需存在物理电阻，咱们晓得电阻会发生热噪声。因而，无源衰减器会下降信噪比机能。让咱们看看怎样断定这些组件的噪声系数。比方，斟酌为50Ω体系计划的6 dB T型衰减器，如下图所示（图2）。图2为50Ω体系计划的6 dB T型衰减器的示例图咱们能够遵守个别顺序，经由过程履行噪声剖析来断定该电路的噪声系数。这种方式波及一些繁琐的盘算。一种更无效的方式是斟酌电路的戴维南等效。衰减器输出真个可用噪声是衰减器戴维南电阻的可用噪声。个别来说，假如无源（互易）收集的两个端子之间的戴维南电阻即是Rth，则这些端子之间的热噪声PSD由下式给出¯¯¯¯¯¯¯V2n=4kTRthBVn2¯=4kTRthB.在咱们的例子中，衰减器是为50Ω体系计划的。增加输入跟输出端子，咱们失掉如图3所示的以下表示图。图3表现50Ω衰减器以及输入跟输出端子的表示图依据计划，输出阻抗Rth即是体系的参考阻抗，即Rth=50Ω。因为Rth即是源阻抗Rs，衰减器输出端可用的噪声功率即是源阻抗Rs供给的噪声功率（咱们隐含地假设衰减器跟Rs处于雷同的温度）。这象征着衰减器输入端跟输出真个噪声功率雷同，或许方程1中的Ni=否，这招致：另一方面，咱们晓得衰减器按其指定值衰减输入旌旗灯号功率。比方，对6dB衰减器，Si比So年夜6dB。斟酌到这一点，上述方程标明6dB衰减器的噪声系数为6dB。个别来说，假如无源衰减器的物理温度为T0=290K，则其噪声系数（dB）即是其消耗（dB）。假如咱们剖析图3中的电路，咱们会发明Rs发生的噪声在经由过程衰减器时衰减了6dB。但是，电阻器R1、R2跟R3对电路输出奉献的噪声恰好充足，使得衰减器输入跟输出处的总可用噪声雷同。假如衰减器处于恣意温度怎样办？上述探讨仅实用于衰减器处于T0的情形。假如衰减器处于恣意温度T，咱们能够起首斟酌衰减器跟源电阻都处于T的情形。经由过程剖析这种情形，咱们能够断定衰减器No（增加）增加的噪声，并能够应用此信息找到噪声系数。让咱们以图3中的电路为例停止检讨。假如包含Rs在内的全部电路处于T，则输出No处的可用噪声功率即是Rs的可用噪声能量（咱们晓得它是kTB）：咱们能够经由过程另一个方程找到总输出噪声No：说明：No（源）是源阻抗发生的输出噪声的一局部否（增加）是衰减器增加的噪声GA是块的可用增益联合这些方程，咱们能够找到No（added）=kTB（1-GA）。当初，假如咱们假设Rs处于噪声系数界说指定的尺度温度T0，则T处有损分量的噪声系数为：对衰减器，消耗L即是1/GA，上述方程能够简化为：在T=T0的特别情形下，咱们失掉F=L，这与咱们在上一节中的探讨是分歧的。级接洽统的噪声系数固然咱们平日独自描写电路块，但咱们最常用它们作为级接洽统的构成块。因而，依据各个块的噪声系数规格来断定全部体系的噪声机能十分主要。斟酌一个由N个双端口装备构成的级接洽统，如图4所示。图4由N个双端口装备构成的级接洽统示例在上图中，Fi跟Gi表现第i级的噪声因子跟可勤奋率增益。级接洽统的噪声系数能够经由过程利用以下方程（称为Friis方程）来盘算：留神，在上述方程中，Fi跟Gi项都是线性（不是对数）量。依据Friis公式，每个阶段的噪声系数除以该阶段之前的总增益。因而，前期阶段对团体机能的影响较小。这象征着第一阶段对全部体系的噪声系数有严重影响。在上一篇文章中，咱们探讨了为给定的源阻抗指定噪声因子器量。在处置Friis方程时，应当留神的是，应为前一级的输出阻抗指定每级的噪声系数。比方，参考图4，应为Zout1的源阻抗指定第二级F2的噪声因子，F3对应于Zout2的源阻抗，以此类推。让咱们看一个例子来廓清上述一些观点。示例：查找无线接受器前真个噪声系数找到以下无线接受器前真个噪声系数，如图5所示。图5来自终端体系的示例无线接受器LNA跟混频器的噪声系数跟增益也如图所示。别的，滤波器的消耗为1 dB。咱们晓得，无源衰减器的噪声系数（dB）即是其消耗（dB）（假设物理温度T0=290 K）。因而，对过滤器，咱们有：利用Friis方程，咱们有：固然混频器自身存在F3=15.85的较年夜噪声因子，但增加滤波器跟混频器会使团体噪声因子增添一个绝对较小的值，从2.51增添到2.7。滤波器跟混频器的奉献很小，由于绝对较年夜的增益先于这些组件。分破与集成射频计划Friis的方式最合适团圆射频计划，此中每个块的输入跟输出阻抗与参考阻抗（平日为50Ω）相婚配。在集成射频体系中，差别模块的输入/输出阻抗平日未知且差别；而且平日不实验在级之间供给阻抗婚配。在这些情形下，弗里斯的方程式变得繁琐；经由过程盘算差别噪声源的奉献，能够更轻易地直接找到噪声系数。在本系列的下一篇文章中，咱们将对此停止更具体的探讨。 　　申明：新浪网独家稿件，未经受权制止转载。 -->