接收机参数.docx

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接收机参数

ReceiverParameters

接收机参数

云南监测站业务室

2011年3月

Content

*ReceiverParameters

*接收机参数

1、NoiseFigure

噪声系数

2、MDS

最小可探测信号

3、Sensitivity

灵敏度

4、IP2/IP3

二阶截获点/三阶截获点

5、1dBcompression

1dB压缩点

6、Oscillatorphasenoise

振荡器相位噪声

7、2nd/3rdIFfilter

第2/第3中频滤波器

8、Dynamicrange/Spuriousfreedynamicrange

动态范围/无杂散动态范围

*ReceiverOperatingModes

*接收机工作模式

1、Lownoisemode

低噪声模式

2、Normalmode

常规模式

3、Lowdistortionmode

低失真模式

Noise

噪声

Thephysicalcausesforthiseffectultimatelylieinirregularelectronmovements.

有电流的地方就有噪声。

这种现象的产生归结为电子的不规则运动。

Thefollowingprincipleapplies:

Thehigherthecurrent,themorenoiseisgeneratedinourreceiver.

我们的接收机遵循下面的原则：

电流越大，接收机产生的噪声就越大。

Wemustthereforetryalow-currentreceiverdesign,althoughthisveryquicklyconflictswithitslinearity.

因此，我们将尽量采用低电流的接收机设计，尽管这与接收机的线性度形成了冲突。

（接收机电流越小，接收机的线性度就越低。

这就形成了一对矛盾）

Therequirementsfor"lownoise"（NF）and"highlinearity"（IP3）areoppositeinnature.

对于低噪声（NF噪声系数）和高线性度（IP3三阶截获点）的要求在本质上是相反的，是一对矛盾关系。

Noiseisunderstoodastheinherentnoiseofareceiver,whichreducestheoriginalsignal-to-noiseratioofaninputsignal.

噪声被理解为接收机的固有噪声（内部噪声），它降低了输入信号的信噪比。

Inherentnoiseisthereforeameasureofthesensitivityofthereceiver.Itallowsconclusionsastotheminimumlevelthesignalsmusthavetobedetectablesave.

所以固有噪声（内部噪声）是衡量接收机灵敏度的尺度之一。

由此得出结论：

内部噪声是可靠检测小信号的关键。

Theinherentnoiseisusuallyexpressedasabandwidth-independentvalue:

NoiseFigure（NF）.

固有噪声通常表示为一个与带宽无关的值：

噪声系数（NF）。

MDS-MinimumDetectableSignal=DNL

最小可探测信号

MDS=-174dBm+NF+10▪log（RBW/1Hz）+3dB

（RBW/1Hz）→BestMDS-valueforRBW=1Hz

当RBW=1Hz时可以得到最好的MDS.

3dB→importanttocalculateSFDR2andSFDR3

对于计算2阶和3阶无杂散动态范围很重要

MDS/dBm=minimumdetectablesignal

最小可探测信号单位：

dBm

-174dBm=basicnoiseflooratroomtemperature（@1HzBW）

室温下的最小基本噪声

NF/dB=noisefigure

噪声系数单位：

dB

RBW/Hz=usedresolutionbandwidth

所用分辨力带宽

3dB=noiselevel+equalsignallevelincreasepowerby3dB（ifsignalisinphasewithrandomnoisephase）

噪声电平+等信号电平增加3dB功率（如果信号相位与噪声相位同相）

Sensitivity

灵敏度

Thesensitivityofareceiveriscalculatedfrom

接收机的灵敏度计算方法如下：

Pin,min（dBm）=-174dBm/Hz+NF+10·lgBW+S/N

BW→e.g.demodBW=6KHzforAM

带宽例如AM的解调带宽为6KHz

e.g.demodBW=15KHzforFM

例如FM的解调带宽为15KHz

S/N→e.g.S/N=12dBforAM

信噪比例如AM信噪比为12dB

e.g.S/N=20dBforFM

例如FM信噪比为20dB

Dependingonthedemodulationmode,aspecificS/Nisapplied:

E.g.S/N=12dBforAM,S/N=20dBforFM

信噪比取决于不同的解调方式，例如AM中S/N取12dB，FM中S/N取20dB

IndBm,VordBuV

灵敏度用不同单位dBm、V、dBuV的转换公式

WithP（W）=（10P（dBm）/10）▪10-3inW

用W为单位时的表达式

andVin,min=

inV

W到V的转换公式

Orwith

indBuV.

V到dBuV的转换公式。

（已知噪声系数可以计算出接收机灵敏度，同样已知接收机灵敏度也可以计算出噪声系数）

Intermodulation,IP2,IP3

二阶、三阶交调截取点

Nonlinearcharacteristicsoftheactivestages（amplifier/mixer）generateunwantedsignalsintheformofintermodulationproductsiftwoormoresignalsareappliedtotheinputatthesametime.

由于有源器件（放大器或混频器）的非线性特性，当两个或更多信号同时输入有源器件（放大器/混频器）时会产生干扰信号形成互调产物。

Theseunwantedsignalsshouldthereforebekeptaslowaspossible.Thelinearityofactivestagesgrowswithincreasingcurrentorpower,i.e.ThemorecurrentavailableforamplifierstagesandforLOpowerformixers,thehigherthelinearityoftheconcept.

因此这些不需要的（干扰）信号应该尽可能的低。

有源器件的线性度是随着电流或功率的增加而增加的，即这样一个概念：

放大器级的电流越大并且混频器的本振功率越大，那么线性度就越高。

Butremember:

thisdirectlyconflictswiththenoiserequirement.

但是要记住：

这与噪声要求直接冲突。

（电流越大噪声也越大）

Lowpowerconsumption=limitedlinearity

低功耗=有限的线性度（功耗低线性度也低）

IP2andIP3are"synthetic"values-cannotbemeasuredinthe"realworld"

IP2和IP3是一个合成值（人工计算结果），在现实世界中是不能被直接测量的。

3rdorderintermodulation-in-band-out-of-band

三阶带内交调和三阶带外交调

两个频率间隔近的信号产生的交调产物落在中频滤波器内的叫带内交调；

两个频率间隔远的信号产生的交调产物没有在中频滤波器中的叫带外交调。

Anout-of-bandIP3mightbeofinterest,iftheinfluenceofverystrongsignalsnexttothefrequencyrangeofinterestarepresent（e.g.RadarPulses）

如果三阶交调产物对邻近频率范围内的大信号产生的影响存在，那么我们可能会对这个三阶带外交调感兴趣（例如：

雷达脉冲）。

1dBcompressionpoint（1dBCP）

1dB压缩点

The1dBcompressionpointspecifiesindBmtheinputlevelatwhichthereceiverstartstodeviatefromthelinearamplitudebehaviour.

如果用dBm表示输入电平，那么1dB压缩点就是指偏离线性区1dB时的输入电平。

Inthelinearrange,eachlevelincreasebyadBattheinputmeansthesameincreaseintheleveldisplayedonthereceiver.

在线性范围内，输入增加多少dB，接收机上的显示也增加相同的dB数。

Theinputlevelatwhichthedisplaydeviatsby1dBfromthelinearbehaviouristhe1dBcompressionpoint.

显示结果偏离输入电平1dB时的输入电平就是1dB压缩点。

High1dBCPvalue=highlinearity=highIPvalues

1dB压缩点的值大→线性度高→交调截获点的值大

Measurementissimple:

applythesignalwithasignalgeneratortothereceiverinputandincreasetheleveluntilthereceiverdisplayshows1dBlessthanthesignalgeneratorsetting.

测量1dB压缩点的值是很简单的：

在接收机的输入端接入一个带有信号发生器的信号源，增加输入信号的电平值，直到接收机显示的信号小于信号发生器设置值的1dB为止（这时的输入电平就是该接收机的1dB压缩点。

）

Oscillatorphasenoise

振荡器相位噪声

衡量本振频率稳定性的重要指标

Phasenoiseisameasureoftheshort-termstabilityofoscillatorsthatareusedfortheconversiontodifferentIF.

相位噪声是衡量振荡器的短期频率稳定度的重要指标，振荡器用于把不同的频率转换到中频。

Phasenoiseiscausedbyvariationsofphase,frequencyandamplitude.Itappearsasabell-shapednoisecharacteristicattheoscillatorsignal.

相位噪声是由于幅度、相位和频率的变化引起的。

在振荡器信号中相位噪声显示为一种钟形噪声特性。

Thephasenoiseisusuallyspecified,dependingonthecarrieroffset,asasingle-sidebandphasenoisereferencedtothecarrieroffset.

相位噪声总是具体的，取决于载波偏移，作为相对于载波偏移的一个单边带噪声。

Particularlycriticalisthephasenoiseofthe1stLO,thesynthesizer,whichweneedtotuneourreceiver.

尤其关键的是第一个本振的相位噪声，我们需要调谐我们接收机的合成器。

Phasenoiseismeasuredataspecificcarrieroffsetandstatedin-dBc/Hz.

相位噪声的测量是在特定载频偏移下进行的，用-dBc/Hz以下。

…dBcspecifiesthe（level）difference（indB）tothecarrier.

dBc表示以dB为单位的载波偏移量Δf（载波偏移后与原来载波之差）

…/Hzmeansthatthenoiseisreferenceto1Hzbandwidth.

/Hz表示相位噪声是相对于1Hz带宽而言的。

Forcomparability,thecarrieroffsetmustalwaysbespecified,e.g.EB500:

≤-120dBc/Hz@10KHzoffset.

为了有可比性，载波偏移量必须始终被指定，例如：

EB500的相位噪声在指定载波偏移10KHz下小于等于-120dBc/Hz。

Datasheetspecificationswithoutoffsetcannotbecomparedbecausethephasenoisedecreaseswithincreasingcarrieroffset.

没有指定偏移量的相位噪声数据表是不能进行比较的，因为相位噪声是随着载波偏移量的增加而减小的。

ConversionoftheoscillatorsignaltotheIF

振荡器信号转换为中频信号

TheinputsignalismixedwiththeLOsignal.

输入信号与本振信号混合（相乘）。

Directconversionreceiversavoidthiseffect

直接变换法的接收机可以避免相位噪声的影响

NoLOsignalneeded→noLOphasenoisepresent

没有引入本振信号就不会引入相位噪声

Limitation:

upperfrequencylimit@around30MHz（tokeepasufficientA/Dconvertersolution,e.g.16bit）

直接变换法的局限性：

上限频率限制在大约30MHz（为了保证A/D转换器的充分转换，例如16位的A/D转换器）

大于30MHz的信号就不能使用直接变换法了（A/D转换器精度位数受限）

2ndor3rdIFfilter

第2第3中频滤波器

ThesearethefiltersofthelaststageintheIFsection

这些滤波器是中频部分的最后一级

FormeasurementstoITU,abandwidthof6dBisstandard.

在ITU测量中，有一个6dB带宽的标准

Themoreselective（steeper）thefilter,thesmallertheshapefactor.

选择性越好（越陡峭）的滤波器，它的形状因子越小。

Standardvaluesfor:

analogfilters:

2:

1to8:

1

Digitalfilters:

1.2:

1to2.5:

1

典型值如：

模拟滤波器：

从2:

1到8:

1

数字滤波器：

从1.2:

1到2.5:

1

Digitalfiltersaremuchsteeperthananalogfilters.

数字滤波器比模拟滤波器更加陡峭。

3dB（6dB）bandwidth,shapefactor

3dB（6dB）带宽形状因子

Shapefactor

（e.g.1.7:

1）

Or

Shapefactor

（e.g.1:

1.7）

形状因子

（例如：

1.7:

1）

或者

形状因子

（例如：

1:

1.7）

注意：

分母表示-60dB或者-3dB对应的带宽值

分子表示-3dB或者-60dB对应的带宽值

Synthesizersettingtime

合成器稳定时间（到调谐稳定的时间）

Thisparameterspecifiesthesettingtimeofasynthesizer（1stLO）requiredforafrequencychange.

Datasheetspecificationsareforexample:

Synthesizersettingtime≤3ms,1mstyp.

频率合成器转换时间指频率合成器从某一个频率转换到另一个频率,并达到稳定所需要的时间。

这个参数描述了合成器（第一个本振）在改变频率时稳定下来的时间。

例如，数据表这样描述：

典型的合成器稳定时间<=3ms,1ms

这个时间越短，扫描速度就越快。

However,wemustdistinguishbetweenthefrequencychangeswearetalkingabout.

然而，我们必须要区分我们讨论的频率变化。

Theabovevalueforexampleappliesonlytorandom（large）frequencyhopsinbigfrequencystepsinFFMmodeinfunctionslikeFSCAN/MSCAN

上面例子中的取值只适用于随机的（大的）频率跳变，大的频率步进，如频率扫描和存储扫描模式。

Spuriousfreedynamicrange

无杂散动态范围

杂散是指不包括输出频率谐波的其它寄生输出频率

Thespuriousfreedynamicrange（SFDR）specifiesthedynamicrangewherethereceiverisfreeofdistortionandintermodulationproducts.

无杂散动态范围（SFDR）是指接收机在没有失真和不产生互调产物情况下的动态范围。

ItisdefinedasthedifferenceindBbetweenreceivernoiseandtheleveloftwoequalspurioussignalswhoseintermodulationproductsareequaltothereceivernoise.

无杂散动态范围被定义为用dB表示的，接收机噪声和两个相等杂散信号的电平的差，这两个杂散信号的互调产物与接收机噪声相等。

Wedifferentiatebetween:

我们要区分：

二阶无杂散动态范围和三阶无杂散动态范围

SFDR2=1/2（IP2+174-NF-10lgBW）

SFDR3=2/3（IP3+174-NF-10lgBW）

SFDR2：

二阶无杂散动态范围

SFDR3：

三阶无杂散动态范围

上式中IP2表示二阶截取点的值，

IP3表示三阶截取点的值，

-（174-NF-10lgBW）表示MDS最小可检测信号（参见前面MDS定义）。

为了帮助理解，在这里解释一下SFDR3：

若接收机的三阶互调产物折合到输入端恰好等于基底噪声，则此时的输入信号Pin,max规定为上限，下限输入信号规定为最小可探测信号MDS，两者之差即为SFDR3。

SFDR3=Pin,max-MDS。

如果输入三阶截点值为IIP3，则SFDR3表示为：

SFDR3=2/3（IIP3-MDS）

Max.Inputlevelwithoutproducingnonlineareffectsbycompression

通过压缩输入电平不产生非线性效应的最大输入电平值

Max.InputlevelwithoutproducingIP3-products

不产生三阶互调产物时的最大输入电平值

Max.InputlevelwithoutproducingIP2-products

不产生二阶互调产物时的最大输入电平值

Receiveroperatingmodes

接收机工作模式

Lownoisemode

低噪声模式

最高灵敏度，低线性度

Normalmode

常规模式

适中的灵敏度和适中的线性度

Lowdistortionmode

低失真模式

接收机灵敏度低，线性度较高

Howtocalculate?

任何计算？

Wherearethedifferences?

各种工作模式的区别在那里？

各种工作模式的连接图

Systemcalculation

系统的计算

Frequency:

500MHz/bandwidth:

1KHz

频率：

500MHz/带宽：

1KHz

Intermediatedatapointsforthecalculations

中间要计算的数据点1、2和3

Systemnoisefigure

系统噪声系数

Aimofthecalculations

计算目的

ThenoisefigureNFhastobeevaluatedstepbystepfromthereceivertotheantennainterface

噪声系数NF必须从接收机到天