Effet du filtre de suppression d'image sur le bruit de sortie de l'étage d'entrée de réception RF

L'étage d'entrée de réception RF comprend un amplificateur à faible bruit (LNA), un filtre, un mélangeur et d'autres composants. Dans une optique de réduction du bruit, il est souhaitable que le premier étage de la liaison de réception soit un amplificateur à gain élevé et à faible facteur de bruit, afin d'obtenir un facteur de bruit système plus faible et d'améliorer la sensibilité de réception.En plus du LNA, la liaison de réception comporte également un composant clé : le filtre de suppression d’image, situé avant le mélangeur et utilisé pour filtrer le bruit et les signaux d’image afin d’améliorer le rapport signal/bruit et les capacités anti-interférences d’image de l’ensemble de la liaison de réception.

La section suivante décrira en détail l'impact de l'introduction d'un filtre de suppression d'image sur le bruit de fond du système à travers la dérivation de formules.

1. Il existe un filtre de suppression d'image

La figure 1 présente une chaîne de réception RF simplifiée, comprenant un amplificateur à faible bruit (LNA), un filtre et un mélangeur. En supposant que le filtre de suppression d'image est idéal (perte d'insertion nulle et suppression hors bande infinie), le bruit d'image est totalement éliminé. On suppose que la température ambiante est T.0=290K, liaison de réception terminée par une charge de 50 ohms, GAEt FAG représente le gain et le facteur de bruit du LNA, respectivement.MEt FMsont respectivement le gain et le facteur de bruit du mélangeur.

Figure 1. Partie frontale de réception RF simplifiée : avec filtre de réjection d’image

La puissance du bruit d'entrée de l'étage de réception est Nin=kBT0, la puissance totale du bruit de sortie est

 (Formule 1)

 (Formule 2)

Du point de vue de la mise en cascade du système, le facteur de bruit et le gain total de la liaison de réception complète sont respectivement

(Formule 3)

Étant donné que la température ambiante actuelle est de 290 K, la puissance de bruit de sortie totale à ce moment-là est de

 (式4)

Les équations 2 et 4 sont cohérentes. Il s'agit du processus de calcul du niveau de bruit de fond de la liaison de réception complète en présence d'un filtre de suppression d'image.

2. Aucun filtre de suppression d'image

La figure 2 illustre un étage d'entrée de réception RF simplifié, sans filtre de suppression d'image. Du fait du fonctionnement du mélangeur, lorsque la liaison de réception est active, le bruit présent dans la bande de fréquences de fonctionnement prévue est converti en fréquence intermédiaire, de même que le bruit présent dans la bande de fréquences image. Par conséquent, la puissance du bruit en sortie du système est doublée par rapport à un système équipé d'un filtre de suppression d'image.

Figure 2. Partie frontale de réception RF simplifiée : sans filtre de rejet d’image

Supposons que la perte de conversion de fréquence du mélangeur dans la bande de fréquence image soit, le gain et le facteur de bruit du LNA dans la bande de fréquence image sont respectivementetSeul le cas le plus simple est considéré ici, et la dérivation et l'analyse de la formule qui suivront seront basées sur les hypothèses suivantes :

 (式5)

La puissance de bruit totale en sortie de l'ensemble de la chaîne de réception est

 (式6)

Insérez l'équation 5 dans l'équation ci-dessus pour obtenir

(Formule 7)

Une simplification supplémentaire de la formule ci-dessus peut être obtenue

 (式8)

Du point de vue de la mise en cascade du système, le facteur de bruit et le gain total de la liaison de réception complète sont respectivement

 (式9)

Il convient de noter qu'en l'absence de filtre de suppression d'image, la puissance du bruit injectée dans l'étage LNA précédent est deux fois supérieure à celle obtenue avec un filtre de suppression d'image. L'équation ci-dessus doit donc être ajustée. Avec un filtre de suppression d'image, le résultat est équivalent au schéma fonctionnel suivant.

Figure 3. Schéma fonctionnel équivalent avec filtre de suppression d'image

La figure ci-dessus établit une équivalence entre le facteur de bruit du LNA et 2F.ALe gain reste inchangé ; le gain du LNA peut également être équivalent à 2GALe facteur de bruit reste inchangé. Par souci de simplicité, on suppose toujours que le filtre de rejet d'image est idéal.

À ce moment-là, le facteur de bruit total et le gain de l'ensemble de la liaison de réception sont respectivement

 (式10)

La puissance du bruit de sortie de l'ensemble de la liaison de réception est alors :

 (式11)

Les équations 11 et 8 sont cohérentes. Si le gain du LNA est équivalent à 2GA, le facteur de bruit restant inchangé, alors le facteur de bruit total et le gain de l'ensemble de la liaison de réception sont respectivement

 (式12)

La puissance du bruit de sortie de l'ensemble de la liaison de réception est alors :

(Formule 13)

Les équations 13 et 8 sont cohérentes. Il s'agit du calcul du bruit de fond de l'ensemble de la chaîne de réception en l'absence de filtre de suppression d'image.

en conclusion:En comparant le bruit de fond avec et sans filtre de suppression d'image, on constate, d'après les équations 4 et 8, que si le gain de l'amplificateur à faible bruit (LNA) est très élevé, le bruit de fond sans filtre de suppression d'image est presque le double de celui avec filtre. En comparant les équations 3 et 10, on observe que lorsque le gain du LNA est très élevé, le facteur de bruit total sans filtre de suppression d'image est presque le double de celui avec filtre.

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