Wpływ filtra tłumiącego obraz na szum wyjściowy przedniego odbiornika RF

Przedni moduł odbiorczy RF zawiera LNA, filtr, mikser i inne komponenty. Z perspektywy kaskady współczynnika szumu, zakłada się, że pierwszym stopniem łącza odbiorczego będzie wzmacniacz o wysokim wzmocnieniu i niskim współczynniku szumów, aby uzyskać niższy współczynnik szumów systemu i poprawić czułość odbioru.Oprócz LNA, łącze odbiorcze ma również kluczowy komponent - filtr tłumienia obrazu, który znajduje się przed mikserem i służy do filtrowania szumów obrazu i sygnałów obrazu, co poprawia współczynnik SNR i zdolność przeciwdziałania zakłóceniom obrazu całego łącza odbiorczego.

Poniżej opisano szczegółowo wpływ wprowadzenia filtru tłumiącego obraz na poziom szumów systemu poprzez wyprowadzenie wzoru.

1. Jest filtr tłumiący obraz

Rysunek 1 przedstawia uproszczony tor odbiorczy sygnału RF, obejmujący LNA, filtr i mikser. Zakładając, że filtr tłumienia obrazu jest idealny, tj. tłumienie wtrąceniowe wynosi 0 dB, a tłumienie poza pasmem jest nieskończone, szum obrazu można całkowicie stłumić. Załóżmy, że temperatura pokojowa wynosi T0=290K, łącze odbiorcze zakończone obciążeniem 50 omów, GAi FAto odpowiednio wzmocnienie i współczynnik szumu LNA, GMi FMsą odpowiednio wzmocnieniem i współczynnikiem szumu miksera.

Rysunek 1. Uproszczony front-end odbioru sygnału RF: z filtrem odrzucającym obraz

Moc szumu wejściowego przedniego odbiornika wynosi Nin=kBT0całkowita moc szumu wyjściowego wynosi

 (Wzór 1)

 (Wzór 2)

Z perspektywy kaskadowania systemu współczynnik szumu i całkowity zysk całego łącza odbiorczego są odpowiednio

(Wzór 3)

Ponieważ aktualna temperatura w pomieszczeniu wynosi 290K, całkowita moc szumów wyjściowych w tym momencie wynosi

 (4. dzień)

Równania 2 i 4 są spójne. Jest to proces obliczania poziomu szumów całego łącza odbiorczego przy zastosowaniu filtra tłumiącego obraz.

2. Brak filtra tłumiącego obraz

Rysunek 2 przedstawia uproszczony front-end odbiorczy RF bez filtra tłumiącego obraz. Ze względu na charakterystykę pracy miksera, gdy łącze odbiorcze działa w tym czasie, nie tylko szum w oczekiwanym paśmie częstotliwości roboczej zostanie przekonwertowany na częstotliwość pośrednią, ale również szum w paśmie częstotliwości obrazu zostanie przekonwertowany na częstotliwość pośrednią. Spowoduje to podwojenie mocy wyjściowej szumu systemu w porównaniu z sytuacją, gdy zawiera on filtr tłumiący obraz.

Rysunek 2. Uproszczony front-end odbioru sygnału RF: brak filtra odrzucającego obraz

Załóżmy, że strata konwersji częstotliwości miksera w paśmie częstotliwości obrazu wynosi, wzmocnienie i współczynnik szumu LNA w paśmie częstotliwości obrazu są odpowiedniooraz. W tym przypadku rozpatrywany jest tylko najprostszy przypadek, a dalsze wyprowadzenie wzoru i analiza będą oparte na następujących założeniach:

 (5. dzień)

Całkowita moc szumów wyjściowych całego łańcucha odbiorczego wynosi

 (6. dzień)

Wstaw równanie 5 do powyższego równania, aby uzyskać

(Wzór 7)

Można uzyskać dalsze uproszczenie powyższego wzoru

 (8. dzień)

Z perspektywy kaskadowania systemu współczynnik szumu i całkowity zysk całego łącza odbiorczego są odpowiednio

 (9. dzień)

Warto wspomnieć, że z powodu braku filtra tłumiącego obraz, w mikserze moc szumów podawana do LNA poprzedniego stopnia jest dwukrotnie większa niż w przypadku filtra tłumiącego obraz, dlatego powyższe równanie wymaga korekty. Można je porównać z poniższym schematem blokowym z filtrem tłumiącym obraz.

Rysunek 3. Równoważny schemat blokowy struktury z filtrem tłumiącym obraz

Powyższy rysunek przedstawia współczynnik szumów LNA równy 2FA, wzmocnienie pozostaje niezmienne; wzmocnienie LNA może być również równoważne 2GAWspółczynnik szumu pozostaje niezmieniony. Dla uproszczenia nadal zakłada się, że filtr odrzucający obraz jest idealny.

W tym momencie całkowity współczynnik szumu i wzmocnienie całego łącza odbiorczego wynoszą odpowiednio

 (10. dzień)

Następnie moc szumu wyjściowego całego łącza odbiorczego wynosi

 (11. dzień)

Równanie 11 i równanie 8 są spójne. Jeżeli wzmocnienie LNA jest równoważne 2GAwspółczynnik szumu pozostaje niezmieniony, wówczas całkowity współczynnik szumu i wzmocnienie całego łącza odbiorczego są odpowiednio

 (12. dzień)

Następnie moc szumu wyjściowego całego łącza odbiorczego wynosi

(Wzór 13)

Równanie 13 i równanie 8 są spójne. Jest to proces obliczania poziomu szumów dla całego toru odbiorczego, gdy nie ma filtra tłumiącego obraz.

na zakończenie:Porównując poziom szumów w obecności lub braku filtra tłumiącego obraz, z równań 4 i 8 wynika, że ​​przy bardzo wysokim wzmocnieniu LNA, poziom szumów bez filtra tłumiącego obraz jest bliski dwukrotności poziomu szumów w obecności filtra tłumiącego obraz. Porównując równanie 3 i równanie 10, widzimy, że przy bardzo wysokim wzmocnieniu LNA, całkowity współczynnik szumów bez filtra tłumiącego obraz jest bliski dwukrotności całkowitego współczynnika szumów z filtrem tłumiącym obraz.

Niniejszy artykuł jest przedrukowany z „Sieć częstotliwości radiowych mikrofalowych„, wspiera ochronę praw własności intelektualnej. Prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przy przedruku. W przypadku naruszenia prosimy o kontakt w celu usunięcia.