射频通信电路第2章噪声.ppt

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1、第二章 噪声与非线性失真,本章主要内容:,2.1 起伏噪声,描述起伏噪声的几个重要概念：,频带 内的功率：,和 代表单位电阻上的功率,（3）等效噪声带宽,白噪声:是常数,白噪声通过线性系统,噪声通过线性系统,等效噪声带宽定义,系统总输出噪声,2.2 电路器件的噪声,3.有噪电阻的串并联,（B为系统带宽）,4.额定噪声功率,条件:噪声源与系统匹配,1.基区电阻 热噪声 白噪声,2.散粒噪声功率谱密度,1.沟道电阻热噪声,3.闪烁噪声 噪声,2.2.2 双极型晶体管的噪声,3.噪声等效电路,2.2.3 场效应管的噪声,2.噪声等效电路,2.2.4 电抗元件的噪声,电抗元件的噪声来源于它的损耗电阻热

2、噪声,2.2.5 两端口网络的等效输入噪声源,解：（1）首先求放大器的增益,放大器交流等效电路如图示，,电压增益,（2）求放大器总输出噪声,（4）求等效输入噪声电流源,输入端开路,此时输出端的噪声均由 产生：,则,（3）求等效输入噪声电压源,输入端短路,此时输出噪声均由 产生，则：,和 是相关的,2.3 噪声系数,2.3.1 噪声系数定义,2.3.2 噪声系数与等效输入噪声源的关系,1,对噪声系数的理解,例2.3.1：图示的两端口网络只是一个电阻，求该网络的噪声系数。,解:根据公式,该网络的电压增益为:,求网络总输出噪声电压均方值,等效噪声电路如图,根据噪声系数定义有:,与功率最大传输共轭匹配

3、不同,在带宽B 内输出噪声电压均方值为:,2.3.3 无源有耗网络的噪声系数,根据噪声系数的定义,结论：无源有耗网络的噪声系数在数值上等于它的损耗,信号源内阻 产生的额定噪声功率为,输出电阻 产生的额定噪声功率为,2.4 等效噪声温度,条件：有噪线性网络、产生白噪声、匹配,2.4.1等效噪声温度定义,定义：将网络视为无噪，其内部噪声折合到输入源端，视为由某电阻在温度 时产生的白噪声,有噪网络输出噪声和等效噪声温度的关系,2.4.2 等效噪声温度与噪声系数的关系,设网络为无噪，总输入噪声为,信号源输入噪声为：,总输出噪声为,2.5 多级线性网络级联的噪声系数,第二级输出噪声功率是：,求：总噪声系

4、数、等效噪声温度,两级总的输出噪声功率又可表示为,所以,多级线性网络级联总噪声系数,2.增大第一级的增益可以减少后级对系统噪声系数的影响,2.6 非线性器件的描述方法,1.用解析函数描述,差分放大器,双曲正切函数,2.幂级数描述,代入,3.分段折线描述,适用条件:大信号输入,差分放大器,2.6.2 线性化参数,适用条件:输入为小信号,2.7 器件非线性的影响,研究有源器件的非线性对线性放大器的影响,研究内容出现的现象、名称定义；衡量性能的指标。,2.7.1 输入端仅有一个有用信号,1.谐波（harmonics）,放大器输入,输出电流,2.增益压缩（Gain Compression）,特点：考虑

5、对基波分量的影响（只考虑到三次方）,基波增益：,输出电流：,线性 非线性,仅与放大器工作点 不仅与工作点有关 有关 而且与输入信号幅度有关,跨导,基波电流,常数 与信号幅度有关,增益,线性增益,与器件类型和放大器工作点有关,增益1dB压缩点计算：,2.7.2 输入端有两个以上信号,设输入两个信号：,由于非线性,问题：对基波输出有什么影响？,基波分量：(仅考虑到三次方）,二次方产生的组合频率,三次方项产生的组合频率为,1.堵塞（Blocking）,平均基波跨导,指标强信号堵塞 60dB70dB,2.交叉调制（Cross Modulation）,交叉调制现象:干扰信号幅度转移到有用信号幅度上,结果

6、:当有用信号是调幅波时,解调后,会听到干扰台的串话音,输出有用信号基波,3.互相调制（Intermodulation）,输入状况:两个输入信号的频率、比较接近,输出电流,互调失真衡量指标,1.互调失真比输出互调与输出基波之比,设(即输入信号较小，可忽略增益压缩）,互调失真电压幅度比:,互调失真功率比:,2.三阶互调截点(third-order intercept point),定义:,三阶互调截点为三阶互调功率和基波功率相等的点,dB 与 dBm,dB表示的量是无量纲的，是比值。,电压比的系数是20，功率比是10,注意,1.dB,当输入输出阻抗相同时,2.dBm与dBmV,采用dB的优点,注意

7、,dB与dB可加减，但不能乘除,dBm与dBm不可相加，但可以相减，结果为dB,则互调失真比,用分贝表示,当 时,互调干扰在射频系统中出现的形式,(接收),1dB压缩点与三阶截点的关系,即增益压缩点的输入（或输出）电平要比三阶截点电平低约10dB,2.7.3 多级非线性级级联特性,讨论:系统总的非线性与每一级的非线性关系,两级公式:,2.8 非线性器件在频谱搬移中的应用,什么是频谱搬移？,结论：频谱搬移是产生两信号的和频与（或）差频,理想的频谱搬移电路乘法器,频谱搬移的特点：被搬移的信号频谱结构不发生变化,非线性器件实现频谱搬移,非线性器件的二次方项就可实现两信号的相乘,存在问题：,非线性器件

8、用于频谱搬移的最大问题是组合频率太多,线性时变工作状态,对什么而言是线性？,什么是时变？,工作条件：频谱搬移的两个输入信号 一个是小信号，一个是大信号,在时变工作点展开,现工作点是随 时变的，所以 也是随 时变的,得：,时变静态电流（静态与小信号 无关）,最重要的两个系数,当 与 均是非线性时,可以展开为:,重复频率均是大信号频率,为什么是线性?,线性是对小信号 而言,2.9 灵敏度与动态范围,2.9.1 灵敏度,定义：在给定接收机的解调器前端所要求的最低信噪比条件下，接收机所能检测的最低输入电平（功率）,灵敏度计算,以dB表示,当 时,此时灵敏度：,系统的基底噪声越大 要求输出的信噪比越高（输出信号质量好），为保证此输出质量所要输入的信号最低电平就越高，即灵敏度越低。,结论：灵敏度为,2.9.2 动态范围,定义方法,已知接收机，求无杂散动态范围的公式,求无杂散动态范围定义中的,由于,最小输入电平取灵敏度,以dB表示的公式,求：此子系统的无杂散动态范围,代入公式,