Effetto del filtro di soppressione dell'immagine sul rumore di uscita del front-end di ricezione RF.

Il front-end di ricezione RF comprende LNA, filtro, mixer e altri componenti. Dal punto di vista della cascata del fattore di rumore, si auspica che il primo stadio del collegamento di ricezione sia un amplificatore ad alto guadagno e basso fattore di rumore, al fine di ottenere un fattore di rumore di sistema inferiore e migliorare la sensibilità di ricezione.Oltre all'LNA, il collegamento di ricezione comprende anche un componente chiave: il filtro di soppressione dell'immagine, situato prima del mixer e utilizzato per filtrare il rumore e i segnali immagine al fine di migliorare il rapporto segnale/rumore (SNR) e la capacità di contrastare le interferenze immagine dell'intero collegamento di ricezione.

Di seguito verrà descritto in dettaglio l'impatto dell'introduzione di un filtro di soppressione dell'immagine sul livello di rumore del sistema, attraverso la derivazione di formule.

1. È presente un filtro di soppressione dell'immagine

La Figura 1 mostra una catena di ricezione front-end RF semplificata, che include LNA, filtro e mixer. Supponendo che il filtro di soppressione dell'immagine sia ideale, ovvero che la perdita di inserzione sia 0 dB e la soppressione fuori banda sia infinita, il rumore dell'immagine può essere completamente soppresso. Si supponga che la temperatura ambiente sia T.0=290K, collegamento di ricezione terminato con carico da 50 Ohm, GAe FAsono rispettivamente il guadagno e il fattore di rumore dell'LNA, GMe FMrappresentano rispettivamente il guadagno e il fattore di rumore del mixer.

Figura 1. Front-end di ricezione RF semplificato: con filtro di reiezione dell'immagine

La potenza del rumore in ingresso del front-end ricevente è Nin=kBT0, la potenza totale del rumore in uscita è

 (Formula 1)

 (Formula 2)

Dal punto di vista della cascata del sistema, il fattore di rumore e il guadagno totale dell'intero collegamento ricevente sono rispettivamente

(Formula 3)

Poiché la temperatura ambiente attuale è di 290K, la potenza sonora totale in uscita in questo momento è

 (式4)

Le equazioni 2 e 4 sono coerenti. Questo è il processo di calcolo del livello di rumore dell'intero collegamento di ricezione in presenza di un filtro di soppressione dell'immagine.

2. Nessun filtro di soppressione dell'immagine

La Figura 2 mostra un front-end di ricezione RF semplificato senza filtro di soppressione dell'immagine. A causa delle caratteristiche operative del mixer, quando il collegamento di ricezione è attivo, non solo il rumore nella banda di frequenza operativa prevista viene convertito in frequenza intermedia, ma anche il rumore nella banda di frequenza immagine viene convertito in frequenza intermedia. Ciò comporta un raddoppio della potenza di rumore in uscita dal sistema rispetto al caso in cui sia presente un filtro di soppressione dell'immagine.

Figura 2. Front-end di ricezione RF semplificato: nessun filtro di reiezione dell'immagine

Si supponga che la perdita di conversione di frequenza del mixer nella banda di frequenza dell'immagine sia, il guadagno e il fattore di rumore dell'LNA nella banda di frequenza immagine sono rispettivamenteandQui viene considerato solo il caso più semplice, e la successiva derivazione della formula e l'analisi si baseranno sulle seguenti ipotesi:

 (式5)

La potenza totale del rumore in uscita dell'intera catena di ricezione è

 (式6)

Inserisci l'equazione 5 nell'equazione precedente per ottenere

(Formula 7)

Un'ulteriore semplificazione della formula di cui sopra può essere ottenuta

 (式8)

Dal punto di vista della cascata del sistema, il fattore di rumore e il guadagno totale dell'intero collegamento ricevente sono rispettivamente

 (式9)

È opportuno precisare che, poiché non è presente un filtro di soppressione dell'immagine, per il Mixer la potenza del rumore immessa nello stadio LNA precedente è doppia rispetto a quella presente in presenza di un filtro di soppressione dell'immagine, pertanto l'equazione di cui sopra deve essere modificata. Può essere equivalente al seguente diagramma a blocchi strutturale con un filtro di soppressione dell'immagine.

Figura 3. Diagramma a blocchi strutturale equivalente con filtro di soppressione dell'immagine

La figura sopra riportata equipara il fattore di rumore dell'LNA a 2FA, il guadagno rimane invariato; il guadagno dell'LNA può anche essere equivalente a 2GA, il fattore di rumore rimane invariato. Per semplicità, si continua a supporre che il filtro di reiezione dell'immagine sia ideale.

In questo momento, il fattore di rumore totale e il guadagno dell'intero collegamento di ricezione sono rispettivamente

 (式10)

Quindi la potenza del rumore in uscita dell'intero collegamento ricevente è

 (式11)

L'equazione 11 e l'equazione 8 sono coerenti. Se il guadagno dell'LNA è equivalente a 2GA, il fattore di rumore rimane invariato, quindi il fattore di rumore totale e il guadagno dell'intero collegamento di ricezione sono rispettivamente

 (式12)

Quindi la potenza del rumore in uscita dell'intero collegamento ricevente è

(Formula 13)

Le equazioni 13 e 8 sono coerenti. Questo è il processo di calcolo del livello di rumore dell'intera catena di ricezione in assenza di un filtro di soppressione dell'immagine.

in conclusione:Confrontando il rumore di fondo in presenza o in assenza del filtro di soppressione dell'immagine, dalle equazioni 4 e 8 si può osservare che, se il guadagno dell'LNA è molto elevato, il rumore di fondo senza il filtro di soppressione dell'immagine è circa il doppio del rumore di fondo in presenza del filtro di soppressione dell'immagine. Confrontando l'equazione 3 e l'equazione 10, si può notare che, quando il guadagno dell'LNA è molto elevato, il fattore di rumore totale senza il filtro di soppressione dell'immagine è circa il doppio del fattore di rumore totale con il filtro di soppressione dell'immagine.

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