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混频器噪声系数那些事

2022/12/01
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从无源混频器的手册中,一般找不到混频器的噪声系数这一指标。

但是,在设计时,我们一般假定混频器的噪声系数=混频器的变频损耗。只所以这样近似,是因为任何完美匹配的无源器件的噪声系数等于器插入损耗,如果器件所处的温度等于290K(16.85度)的话。

但是如果考虑到无源器件不匹配的情况下,这个值可能会有所波动,但波动值不会很大。

但上述经验法则得到的噪声系数是DSB双边带噪声系数,而对于SSB单边带噪声系数,则需要再加上3dB。

那到底什么是单边带噪声系数?什么又是双边带噪声系数呢?

单边带噪声系数(SSB NF)

我们考虑混频器是一个无噪声的混频器,且增益为1,如下图所示。

则在混频器的RF端,看到的频谱包括三个部分:有用信号,有用信号频率处的噪声,镜像频率处的噪声。

经过混频器后,以上三部分的频谱都会被搬移到中频上。

假设整个链路中,对待有用信号频率和镜像频率都一视同仁,即在这两个频率处,增益都一致。那么输出信噪比为输入信噪比的一半。此处假设混频器本身噪声系数是0dB。

因此,虽然我们考虑的混频器本身是无噪的,但是因为架构的原因,其的噪声系数为3dB。

当有用信号只出现在LO频率的一边,此时混频器的噪声系数,我们称之为单边带噪声系数(SSB)。超外差接收机一般就是这种情况。

双边带噪声系数(DSB NF)

如果RF信号是在LO两端的话,如下图所示。在这种情况下,有用信号带宽内的信号和噪声都会被变频到中频,因此如果假设混频器是无噪的,那么其输入SNR和输出SNR一样。所以混频器的噪声系数为0dB。

这个噪声系数,称为双边带噪声系数(DSB)。这种情况,通常发生在直接变频接收机中。

也就是,如果整体链路上,当其增益对于RF频率和镜像频率而言,是一样的话,那么混频器的SSB噪声系数要比DSB噪声系数高3dB。

所以在进行超外差接收机设计时,在链路上会放置镜像抑制滤波器。这个滤波器最重要的作用,就是抑制镜像频段处的噪声。如果抑制度足够的话,在估算接收机噪声系数时,就可以用DSB噪声系数。

参考文献:

(1) https://www.eravant.com/noise-figure-of-a-mixer

(2) Razavi   RF Microelectronics

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