射频电路设计技术第六章

• 通过上式变换可以得到：
V1dB
0.145 a1 a3
可见V 1 d B 与器件类型和放大器工作点有关系。
6.4.2 输入端有两个以上 的信号
• 1.交调失真 设输入两个信号：
v i(t) V 1c o s1 t V 2c o s2 t
因此，除了产生谐波m 1 和n 2 的分量之 外，还会产生很多组合频率 m1n2 的
一是电路输入端只有一个有用信号输入 时；
二是输入端除有用信号外，还输入一个 或多个信号的情况。
6.4.1 输入端仅有一个 有用信号
• 1.谐波分量 输入为有用余弦波信号： vi(t)Vcosit
则输出电流为：
io(t) a 1 V c o sit a 2 V 2c o s2 it a 3 V 3c o s3 it L a 2 2 V 2 a 1 V 4 3a 3 V 3 c o sita 2 2 V 2c o s2it4 3a 3 V 3c o s3it L
有用信号的幅度上，如果有用信号也是 幅度调制信号，则通过幅度解调后将会 得到干扰信号，这就是交叉调制失真。
F(SNR)i Si /Ni (SNR)o So/No
• 噪声系数用分贝表示如下：
NF10lgF(dB)
• 可见，噪声系数表示信号通过系统后， 系统内部噪声引起信噪比恶化的程度。 有以下特性：
（1）如果系统是无噪的，不管系统的增益 多大，输入的信号和噪声都同样被放大 相同倍数，而没有添加任何其他噪声， 因此输入、输出的信噪比相等，相应的 噪声系数为1。
• 尽管输入是单一频率 i 的信号，通过非 线性器件，输出电流中不仅含有基波频 率 i 的分量，而且还出现了平均分量和
频率为N （i N为正整数）的各次谐波分
量。
• 射频放大器一般都是频带放大器，这些 谐波由于离基波较远，一般都可以滤除， 因此谐波对放大器的影响不是很大。
• 2.增益压缩 当信号大到器件的高次项不能忽略时， 若只考虑到三次项，则基波信号电流为：
• 噪声温度的测试电路如下图所示：
噪声温度的计算
• 通过以上测试平台可计算出噪声温度：
P 1G kThBG kTeB
P 2G kTlBG kTeB
P1 X Th Te
P2
Tl Te
Te
Th XTl X 1
噪声系数的计算
• 当噪声温度为290K时，噪声因子定义为：
噪声因子 在只 带有 宽 B内 源总 的的 输输 出出 噪噪 声声
6.2.1 噪声温度与 噪声系数的关系
• 等效噪声温度和噪声系数是用两种不同 的方法来描述同一个系统的内部噪声特 性。两者之间关系式如下表示：
Te (F1)T0
• 对于一个无噪系统，由于F=1，即噪声系
数为0 dB，它的等效噪声温度也为零。
6.2.2 噪声温度的测试
• 等效噪声温度特别适用于描述那些噪声 系数接近于1的部件，因为等效噪声温度 对于这些部件的噪声性能提供了比较高 的分辨率。
• 3.交叉调制 如果放大器的输入端有较强的干扰信号 和相对较弱的有用信号，且干扰信号是 振幅调制信号，如：
v 2 V 2 (1 m c o s t)c o s2 t
分析求得输出有用信号的基波电流分量为：
表明干i扰 信a1 V 1 号的3 2a幅3V 1 V 度2 2(调1制m c信os 息t)转2 c 移os 到1t了
分量（m和n为含零的正整数），这就是
交调失真。
• 2.堵塞 如果电路输入的有用信号为弱信号，而 另一个是强干扰信号，则输出的有用信 号的基波电流分量为：
i a1 V 13 2a3V 1 V 2 2(1m cost)2 cos1t
当V1远大于V2时，由于a3小于零，因而
随着干扰信号的增大将导致跨导变小， 从而使输出信号电流变小，甚至趋于零， 这就称为堵塞。
第6章 噪声与 非线性失真
• 评价一个射频系统性能的优劣时，有两 个很重要的指标：
（1）噪声系数 （2）非线性失真
当一个系统处于小信号工作时，其许多 性能指标都与噪声有关；当信号增大时， 二极管和晶体管都存在非线性失真。
6.1 噪 声 系 数
• 噪声系数定义为输入信噪功率比(SNR)i Si/Ni 与输出信噪功率比 (SNR)oSo/No的比值：
• 如果第一级没ห้องสมุดไป่ตู้增益，反而有损耗，对 降低系统的噪声系数不利，比如，在接 收机的天线和第一级低噪声放大器之间 接一无源有耗滤波器。
6.4 交 调 失 真
• 在由各种有源器件构成的线性放大器中， 由于有源器件的特性是非线性的，在放 大过程中总会产生各种各样的失真。
• 讨论有源器件非线性特性对线性放大器 的影响，可分为两种不同的情况：
• 可推导出噪声系数的计算式如下：
FkT0BGPt 1 Pt
kT0BG
kT0BG
P t k(F 1 )T 0 B G k T eB G
6.3 级联器件的噪声系数
• 射频信号经过滤波器、低噪声放大器、 混频器及中频放大器等单元模块的传输，
由于每个单元都有固有噪声，因而经传 输后都将使输入信噪比变差。
io(t) a 1 V3 4V 3 co sit a 13 4a 3 V 2 vi(t)
增益压缩定义及含义 如下图所示：
1 dB压缩点的计算
• 也可以通过计算来确定1 dB压缩点的输 入信号值 V 1 d B 。根据1 dB压缩点的定义， 可以写出下式：
20lga13 4a3V12 dB20lga11dB
（2）有噪系统的噪声系数均大于1，是因 为系统内部噪声增大了输出噪声，使得 输出信噪比减小。
6.2 噪 声 温 度
• 用等效噪声温度来描述系统噪声的实际 内涵是把系统内部噪声看做信号源内阻
在温度To所产生的热噪声功率，同时可
以把由天线引入的外部噪声也看做是由
信号源内阻处于另一温度Ti所产生的热
噪声功率，从而外部和内部噪声功率的 叠加也是等效温度相加。
• 在更多级级联系统中，可以推导出总的 等效噪声温度和噪声系数分别是：
Te
Te1 TGe12
Te3 G2
L
FF1F2G 11FG 3 21L
• 由以上分析，可知前面几级的噪声系数 对系统的影响较大。
• 为了降低级联系统的噪声系数，必须降 低第一、二级的噪声系数，并适当提高 其功率增益，以降低后面各级的噪声对 于系统的影响。