Влияние фильтра подавления зеркального канала на шум на выходе приемного радиочастотного тракта

В состав приемного тракта ВЧ-сигнала входят малошумящий усилитель (LNA), фильтр, смеситель и другие компоненты. С точки зрения каскадного управления коэффициентом шума, желательно, чтобы первый каскад приемного канала представлял собой усилитель с высоким коэффициентом усиления и низким коэффициентом шума, чтобы получить более низкий коэффициент шума системы и повысить чувствительность приема.Помимо малошумящего усилителя (LNA), в приемном канале также присутствует ключевой компонент — фильтр подавления зеркальных изображений, который расположен перед смесителем и используется для фильтрации зеркальных шумов и сигналов, улучшая отношение сигнал/шум (SNR) и устойчивость к помехам в приемном канале.

Далее будет подробно описано влияние введения фильтра подавления изображения на уровень системного шума посредством вывода формул.

1. Имеется фильтр подавления изображения.

На рисунке 1 показана упрощенная приемная цепь ВЧ-тракта, включающая малошумящий усилитель (LNA), фильтр и смеситель. Предполагая, что фильтр подавления зеркального канала является идеальным, то есть потери на входе равны 0 дБ, а подавление внеполосных помех бесконечно, зеркальный шум может быть полностью подавлен. Предположим, что комнатная температура равна T.0=290K, приемный канал связи нагружен нагрузкой 50 Ом, GAи FAG — это коэффициент усиления и коэффициент шума малошумящего усилителя соответственно.Mи FMи представляют собой коэффициент усиления и шумовой коэффициент микшера соответственно.

Рисунок 1. Упрощенный приемный радиочастотный тракт: с фильтром подавления зеркальных помех.

Мощность входного шума приемного тракта равна N.in=кБТ0, полная мощность выходного шума равна

 (Формула 1)

 (Формула 2)

С точки зрения каскадирования системы, коэффициент шума и суммарный коэффициент усиления всего приемного канала составляют соответственно

(Формула 3)

Поскольку текущая температура в помещении составляет 290 К, суммарная выходная мощность шума в данный момент равна

 (式4)

Уравнения 2 и 4 согласуются. Это процесс расчета уровня шума всего приемного канала при наличии фильтра подавления изображения.

2. Без фильтра подавления изображения.

На рисунке 2 показана упрощенная схема приемного радиочастотного тракта без фильтра подавления зеркального канала. Из-за особенностей работы смесителя, при работе приемной линии связи в этот момент преобразуется не только шум в ожидаемом рабочем диапазоне частот, но и шум в полосе зеркальных частот. Это приведет к удвоению выходной мощности шума системы по сравнению с ситуацией, когда она содержит фильтр подавления зеркального канала.

Рисунок 2. Упрощенный приемный радиочастотный тракт: без фильтра подавления зеркальных помех.

Предположим, что потери частотного преобразования смесителя в полосе частот зеркального изображения составляютКоэффициент усиления и шумовой коэффициент малошумящего усилителя в полосе частот изображения составляют соответственно. и Здесь рассматривается только самый простой случай, а последующий вывод формул и анализ будут основаны на следующих предположениях:

 (式5)

Суммарная мощность выходного шума всей приемной цепи составляет

 (式6)

Подставьте уравнение 5 в приведенное выше уравнение, чтобы получить

(Формула 7)

Дальнейшее упрощение приведенной выше формулы может быть достигнуто.

 (式8)

С точки зрения каскадирования системы, коэффициент шума и суммарный коэффициент усиления всего приемного канала составляют соответственно

 (式9)

Стоит отметить, что поскольку отсутствует фильтр подавления зеркального канала, для смесителя мощность шума, подаваемого на предыдущий каскад малошумящего усилителя, вдвое выше, чем при наличии фильтра подавления зеркального канала, поэтому приведенное выше уравнение необходимо скорректировать. Оно может быть эквивалентно следующей структурной блок-схеме с фильтром подавления зеркального канала.

Рисунок 3. Эквивалентная структурная блок-схема с фильтром подавления изображения.

На приведенном выше рисунке коэффициент шума малошумящего усилителя (LNA) равен 2F.AПри этом коэффициент усиления остается неизменным; коэффициент усиления малошумящего усилителя также может быть эквивалентен 2G.AПри этом коэффициент шума остается неизменным. Для простоты по-прежнему предполагается, что фильтр подавления изображения является идеальным.

В данный момент суммарный коэффициент шума и коэффициент усиления всего приемного канала составляют соответственно

 (式10)

Тогда выходная мощность шума всего приемного канала связи составляет

 (式11)

Уравнения 11 и 8 согласуются. Если коэффициент усиления малошумящего усилителя эквивалентен 2GAЕсли коэффициент шума остается неизменным, то суммарный коэффициент шума и коэффициент усиления всей приемной линии связи соответственно равны

 (式12)

Тогда выходная мощность шума всего приемного канала связи составляет

(Формула 13)

Уравнения 13 и 8 согласуются. Это процесс вычисления уровня шума всей приемной цепи при отсутствии фильтра подавления изображения.

в заключение:Сравнивая уровень шума при наличии и отсутствии фильтра подавления зеркальных сигналов, из уравнений 4 и 8 видно, что если коэффициент усиления малошумящего усилителя очень высок, то уровень шума без фильтра подавления зеркальных сигналов примерно в два раза выше, чем уровень шума при наличии фильтра подавления зеркальных сигналов. Сравнивая уравнения 3 и 10, мы видим, что при очень высоком коэффициенте усиления малошумящего усилителя общий коэффициент шума без фильтра подавления зеркальных сигналов примерно в 2 раза выше, чем общий коэффициент шума с фильтром подавления зеркальных сигналов.

Данная статья воспроизведена из "Сеть микроволновых радиочастот«Поддерживая защиту прав интеллектуальной собственности, пожалуйста, указывайте первоисточник и автора при перепечатке. В случае нарушения авторских прав, пожалуйста, свяжитесь с нами для удаления публикации».