Efecto del filtro de supresión de imagen en el ruido de salida del front-end de recepción de RF

El front-end de recepción de RF incluye un LNA, un filtro, un mezclador y otros componentes. Desde la perspectiva de la cascada de factor de ruido, se espera que la primera etapa del enlace de recepción sea un amplificador de alta ganancia y bajo factor de ruido, con el fin de obtener un factor de ruido del sistema más bajo y mejorar la sensibilidad de recepción.Además del LNA, el enlace receptor también cuenta con un componente clave: el filtro de supresión de imagen, que se encuentra antes del mezclador y se utiliza para filtrar el ruido y las señales de imagen con el fin de mejorar la relación señal/ruido (SNR) y las capacidades antiinterferencias de imagen de todo el enlace receptor.

A continuación se describirá en detalle el impacto de la introducción de un filtro de supresión de imagen en el nivel de ruido del sistema mediante la derivación de fórmulas.

1. Hay un filtro de supresión de imagen.

La Figura 1 muestra una cadena de recepción de RF frontal simplificada, que incluye LNA, filtro y mezclador. Suponiendo que el filtro de supresión de imagen es ideal, es decir, la pérdida de inserción es de 0 dB y la supresión fuera de banda es infinita, el ruido de la imagen se puede suprimir por completo. Suponga que la temperatura ambiente es T0=290K, enlace receptor terminado con carga de 50 ohmios, GAy FAson la ganancia y el factor de ruido del LNA respectivamente, GMy FMson la ganancia y el factor de ruido del mezclador respectivamente.

Figura 1. Interfaz de recepción de RF simplificada: con filtro de rechazo de imagen.

La potencia de ruido de entrada del front-end receptor es Nin=kBT0, la potencia de ruido de salida total es

 (Fórmula 1)

 (Fórmula 2)

Desde la perspectiva de la cascada del sistema, el factor de ruido y la ganancia total de todo el enlace receptor son respectivamente

(Fórmula 3)

Debido a que la temperatura ambiente actual es de 290 K, la potencia de ruido de salida total en este momento es

 (4 año)

Las ecuaciones 2 y 4 son consistentes. Este es el proceso de cálculo del nivel de ruido de todo el enlace de recepción cuando hay un filtro de supresión de imagen.

2. Sin filtro de supresión de imagen

La figura 2 muestra un front-end de recepción de RF simplificado sin filtro de supresión de imagen. Debido a las características de funcionamiento del mezclador, cuando el enlace de recepción está activo, no solo el ruido en la banda de frecuencia operativa esperada se convierte a la frecuencia intermedia, sino que también el ruido en la banda de frecuencia de imagen se convierte a la frecuencia intermedia. Esto provoca que la potencia de ruido de salida del sistema se duplique en comparación con cuando incluye un filtro de supresión de imagen.

Figura 2. Interfaz de recepción de RF simplificada: sin filtro de rechazo de imagen.

Supongamos que la pérdida de conversión de frecuencia del mezclador en la banda de frecuencia de la imagen es, la ganancia y el factor de ruido del LNA en la banda de frecuencia de la imagen son respectivamenteyAquí solo se considera el caso más simple, y la derivación y el análisis de la fórmula subsiguiente se basarán en las siguientes suposiciones:

 (5 año)

La potencia de ruido de salida total de toda la cadena de recepción es

 (6 año)

Sustituye la ecuación 5 en la ecuación anterior para obtener

(Fórmula 7)

Se puede obtener una mayor simplificación de la fórmula anterior.

 (8 año)

Desde la perspectiva de la cascada del sistema, el factor de ruido y la ganancia total de todo el enlace receptor son respectivamente

 (9 año)

Cabe mencionar que, al no existir un filtro de supresión de imagen, la potencia de ruido que llega al LNA de la etapa anterior en el mezclador es el doble que cuando sí existe dicho filtro. Por lo tanto, es necesario ajustar la ecuación anterior. Con un filtro de supresión de imagen, esto equivale al siguiente diagrama de bloques estructural.

Figura 3. Diagrama de bloques estructural equivalente con filtro de supresión de imagen.

La figura anterior equipara el factor de ruido del LNA a 2F.ALa ganancia permanece sin cambios; la ganancia del LNA también puede ser equivalente a 2G.AEl factor de ruido permanece sin cambios. Para simplificar, se sigue asumiendo que el filtro de rechazo de imagen es ideal.

En este momento, el factor de ruido total y la ganancia de todo el enlace de recepción son respectivamente

 (10 año)

Entonces, la potencia de ruido de salida de todo el enlace receptor es

 (11 año)

Las ecuaciones 11 y 8 son consistentes. Si la ganancia del LNA es equivalente a 2GASi el factor de ruido permanece sin cambios, entonces el factor de ruido total y la ganancia de todo el enlace de recepción son respectivamente

 (12 año)

Entonces, la potencia de ruido de salida de todo el enlace receptor es

(Fórmula 13)

Las ecuaciones 13 y 8 son consistentes. Este es el proceso de cálculo del nivel de ruido de toda la cadena de recepción cuando no hay filtro de supresión de imagen.

En conclusión:Al comparar el nivel de ruido en presencia y ausencia del filtro de supresión de imagen, se observa en las ecuaciones 4 y 8 que, si la ganancia del LNA es muy alta, el nivel de ruido sin el filtro de supresión de imagen es casi el doble que con dicho filtro. Comparando las ecuaciones 3 y 10, se aprecia que, cuando la ganancia del LNA es muy alta, el factor de ruido total sin el filtro de supresión de imagen es casi el doble que con el filtro.

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