ผลกระทบของตัวกรองลดสัญญาณรบกวนภาพต่อสัญญาณรบกวนขาออกของวงจรรับสัญญาณ RF

ส่วนหน้าของวงจรรับสัญญาณ RF ประกอบด้วย LNA, ฟิลเตอร์, มิกเซอร์ และส่วนประกอบอื่นๆ จากมุมมองของการลดค่าตัวประกอบสัญญาณรบกวน คาดหวังว่าส่วนแรกของวงจรรับสัญญาณจะเป็นแอมพลิฟายเออร์ที่มีอัตราขยายสูงและค่าตัวประกอบสัญญาณรบกวนต่ำ เพื่อให้ได้ค่าตัวประกอบสัญญาณรบกวนของระบบที่ต่ำลงและปรับปรุงความไวในการรับสัญญาณนอกจาก LNA แล้ว วงจรรับสัญญาณยังมีส่วนประกอบสำคัญอีกอย่างหนึ่งคือ ตัวกรองลดสัญญาณรบกวนภาพ ซึ่งติดตั้งอยู่ก่อน Mixer และใช้สำหรับกรองสัญญาณรบกวนภาพและสัญญาณภาพอื่นๆ เพื่อปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) และความสามารถในการป้องกันสัญญาณรบกวนภาพของวงจรรับสัญญาณทั้งหมด

ต่อไปนี้จะอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับผลกระทบของการนำตัวกรองลดสัญญาณรบกวนภาพมาใช้ต่อระดับสัญญาณรบกวนของระบบ โดยผ่านการพิสูจน์สูตร

1. มีตัวกรองระงับภาพ

รูปที่ 1 แสดงวงจรรับสัญญาณ RF ด้านหน้าแบบง่าย ซึ่งประกอบด้วย LNA, ฟิลเตอร์ และมิกเซอร์ สมมติว่าฟิลเตอร์ลดสัญญาณรบกวนภาพเป็นแบบในอุดมคติ กล่าวคือ การสูญเสียการแทรกเป็น 0 dB และการลดสัญญาณรบกวนนอกย่านความถี่เป็นอนันต์ สัญญาณรบกวนภาพจึงสามารถถูกลดทอนได้อย่างสมบูรณ์ สมมติว่าอุณหภูมิห้องคือ T0=290K, ลิงก์รับสัญญาณต่อกับโหลด 50 โอห์ม, GAและ FAG คืออัตราขยายและปัจจัยรบกวนของ LNA ตามลำดับMและ FMคือค่าอัตราขยายและค่าตัวประกอบสัญญาณรบกวนของมิกเซอร์ตามลำดับ

รูปที่ 1. วงจรรับสัญญาณ RF แบบง่าย: พร้อมตัวกรองตัดสัญญาณรบกวน

กำลังสัญญาณรบกวนขาเข้าของภาครับสัญญาณคือ Nin=เคบีที0กำลังเสียงรบกวนรวมที่ส่งออกคือ

 (สูตร 1)

 (สูตร 2)

จากมุมมองของการเรียงลำดับระบบ ปัจจัยรบกวนและอัตราขยายรวมของลิงค์รับสัญญาณทั้งหมดจะเป็นดังนี้

(สูตร 3)

เนื่องจากอุณหภูมิห้องปัจจุบันอยู่ที่ 290K ดังนั้นกำลังเสียงรบกวนรวมในขณะนี้คือ

 (式4)

สมการที่ 2 และ 4 สอดคล้องกัน นี่คือกระบวนการคำนวณระดับสัญญาณรบกวนพื้นฐานของลิงค์รับสัญญาณทั้งหมดเมื่อมีตัวกรองลดสัญญาณรบกวนภาพ

2. ไม่มีตัวกรองระงับภาพ

รูปที่ 2 แสดงวงจรรับสัญญาณ RF แบบง่ายโดยไม่มีตัวกรองลดสัญญาณรบกวนภาพ เนื่องจากลักษณะการทำงานของมิกเซอร์ เมื่อวงจรรับสัญญาณทำงานอยู่ ณ เวลานี้ ไม่เพียงแต่สัญญาณรบกวนในย่านความถี่ใช้งานที่คาดหวังจะถูกแปลงเป็นความถี่กลางเท่านั้น แต่สัญญาณรบกวนในย่านความถี่ภาพก็จะถูกแปลงเป็นความถี่กลางด้วยเช่นกัน ซึ่งจะทำให้กำลังเสียงรบกวนที่ระบบปล่อยออกมาเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับกรณีที่มีตัวกรองลดสัญญาณรบกวนภาพ

รูปที่ 2. วงจรรับสัญญาณ RF แบบง่าย: ไม่มีตัวกรองตัดสัญญาณรบกวน

สมมติว่าการสูญเสียการแปลงความถี่ของมิกเซอร์ในย่านความถี่ภาพคืออัตราขยายและปัจจัยรบกวนของ LNA ในย่านความถี่ภาพคือ ตามลำดับและในที่นี้จะพิจารณาเฉพาะกรณีที่ง่ายที่สุดเท่านั้น และการหาที่มาและการวิเคราะห์สูตรในขั้นตอนต่อไปจะอิงตามสมมติฐานดังต่อไปนี้:

 (式5)

กำลังเสียงรบกวนรวมของวงจรรับสัญญาณทั้งหมดคือ

 (式6)

นำสมการที่ 5 ไปแทนในสมการข้างต้นเพื่อให้ได้

(สูตร 7)

สามารถลดรูปสูตรข้างต้นให้ง่ายขึ้นได้อีก

 (式8)

จากมุมมองของการเรียงลำดับระบบ ปัจจัยรบกวนและอัตราขยายรวมของลิงค์รับสัญญาณทั้งหมดจะเป็นดังนี้

 (式9)

ควรกล่าวเพิ่มเติมว่า เนื่องจากไม่มีตัวกรองลดสัญญาณรบกวนภาพ สำหรับมิกเซอร์ กำลังเสียงรบกวนที่ป้อนเข้าสู่ LNA ขั้นก่อนหน้าจึงเป็นสองเท่าของกรณีที่มีตัวกรองลดสัญญาณรบกวนภาพ ดังนั้นสมการข้างต้นจึงต้องได้รับการปรับเปลี่ยน ซึ่งสามารถเทียบเท่ากับแผนภาพบล็อกโครงสร้างต่อไปนี้โดยมีตัวกรองลดสัญญาณรบกวนภาพ

รูปที่ 3 แผนภาพบล็อกโครงสร้างเทียบเท่าพร้อมตัวกรองระงับภาพ

รูปข้างต้นแสดงให้เห็นว่าค่าตัวประกอบสัญญาณรบกวนของ LNA เท่ากับ 2FAอัตราขยายยังคงไม่เปลี่ยนแปลง อัตราขยายของ LNA อาจเทียบเท่ากับ 2G ก็ได้Aโดยที่ปัจจัยรบกวนยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เพื่อความง่าย จึงยังคงถือว่าตัวกรองการปฏิเสธภาพเป็นแบบในอุดมคติ

ณ ขณะนี้ ค่าตัวประกอบสัญญาณรบกวนรวมและอัตราขยายของลิงค์รับสัญญาณทั้งหมดคือ ตามลำดับ

 (式10)

ดังนั้นกำลังเสียงรบกวนขาออกของลิงค์รับสัญญาณทั้งหมดคือ

 (式11)

สมการที่ 11 และสมการที่ 8 สอดคล้องกัน หากอัตราขยายของ LNA เท่ากับ 2GAหากค่าตัวประกอบสัญญาณรบกวนยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ค่าตัวประกอบสัญญาณรบกวนรวมและอัตราขยายของลิงค์รับสัญญาณทั้งหมดจะเป็นดังนี้

 (式12)

ดังนั้นกำลังเสียงรบกวนขาออกของลิงค์รับสัญญาณทั้งหมดคือ

(สูตร 13)

สมการที่ 13 และสมการที่ 8 สอดคล้องกัน นี่คือกระบวนการคำนวณระดับสัญญาณรบกวนพื้นฐานของวงจรรับสัญญาณทั้งหมดเมื่อไม่มีตัวกรองลดสัญญาณรบกวนภาพ

สรุปแล้ว:เมื่อเปรียบเทียบระดับสัญญาณรบกวนในกรณีที่มีและไม่มีตัวกรองลดสัญญาณรบกวนภาพ จะเห็นได้จากสมการที่ 4 และ 8 ว่า ถ้าอัตราขยายของ LNA สูงมาก ระดับสัญญาณรบกวนในกรณีที่ไม่มีตัวกรองลดสัญญาณรบกวนภาพจะใกล้เคียงกับสองเท่าของระดับสัญญาณรบกวนในกรณีที่มีตัวกรองลดสัญญาณรบกวนภาพ เมื่อเปรียบเทียบสมการที่ 3 และสมการที่ 10 จะเห็นได้ว่า เมื่ออัตราขยายของ LNA สูงมาก ค่าตัวประกอบสัญญาณรบกวนรวมในกรณีที่ไม่มีตัวกรองลดสัญญาณรบกวนภาพจะใกล้เคียงกับ 2 เท่าของค่าตัวประกอบสัญญาณรบกวนรวมในกรณีที่มีตัวกรองลดสัญญาณรบกวนภาพ

บทความนี้คัดลอกมาจาก "เครือข่ายคลื่นความถี่วิทยุไมโครเวฟเราสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อนำไปพิมพ์ซ้ำ หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก