接收機(jī)噪聲系數(shù)對(duì)接收靈敏度影響

張俊輝

摘 要 本文簡(jiǎn)要闡述了接收機(jī)噪聲的來源，在分析接收機(jī)噪聲系數(shù)與接收靈敏度關(guān)系的基礎(chǔ)上，以某型號(hào)雷達(dá)接收機(jī)為例，對(duì)如何降低的接收機(jī)噪聲系數(shù)進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】接收機(jī) 噪聲系數(shù) 靈敏度

接收機(jī)是由天線、濾波器、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器組成的電路系統(tǒng)，在微波通訊系統(tǒng)中，接收機(jī)要處理很微弱的信號(hào)，一般來說，若無噪聲干擾，只要經(jīng)充分放大，即便是十分微弱的信號(hào)也會(huì)被檢測(cè)出來，但實(shí)際中，系統(tǒng)各個(gè)部分不可避免地存在著附加噪聲，微弱的信號(hào)往往被淹沒在這些噪聲中，從而影響到接收機(jī)檢測(cè)信號(hào)的靈敏度。

1 接收機(jī)噪聲的來源

接收機(jī)噪聲的來源主要有內(nèi)部噪聲和外部噪聲，前者主要有接收機(jī)饋線、電阻元器件、混頻器、放大器等產(chǎn)生，后者主要指由天線引入的噪聲。不同來源的噪聲對(duì)接收機(jī)的影響也有所不同，其中外部噪聲對(duì)接收機(jī)接收信號(hào)的干擾存在著時(shí)間性、空間性和頻率性，通過采取一定的抗干擾措施，可抑制或消除一些外部干擾；內(nèi)部噪聲的影響則不具有以上特性，一旦接收機(jī)產(chǎn)生了內(nèi)部噪聲，可能造成接收機(jī)飽和或不具放大作用，對(duì)接收機(jī)的性能影響較外部噪聲更大，因此，在降低接收機(jī)噪聲的研究中主要以內(nèi)部噪聲的研究為主，而為衡量?jī)?nèi)部噪聲，則引入了的噪聲系數(shù)的概念。

2 噪聲系數(shù)與接收靈敏度的關(guān)系

理論上，接收機(jī)在放大處理信號(hào)時(shí)，只放大天線所輸入的信號(hào)及噪聲，但實(shí)際上，接收機(jī)還存在著自身的噪聲，噪聲系數(shù)是用于衡量接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平的一個(gè)物理量，指接收機(jī)輸入端與輸出端信噪比之比，噪聲系數(shù)的值越大，則說明傳輸過程中摻入的噪聲越大。靈敏度是信噪比能接受情況下，接收機(jī)可接收到的最小訊號(hào)，其與所要求的信號(hào)質(zhì)量及接收機(jī)本身的噪聲系數(shù)有關(guān)，接收機(jī)的靈敏度越高，則可接收的信號(hào)越弱，作用的距離也就越遠(yuǎn)。

作為衡量接收微弱信號(hào)能力的表示方法，噪聲系數(shù)和靈敏度可以互相換算，其換算公式為：

Umin=e={4KTBR·Nf·C/N}

式中Umin表示靈敏度，Nf表示噪聲系數(shù)，K、T、B、R分別表示波茲曼常數(shù)、信號(hào)源的絕對(duì)溫度、信號(hào)匹配帶寬和接收機(jī)輸入阻抗，C/N表示限幅器輸入端門限載噪比，其中波茲曼常數(shù)為1.38×10-23J/K，T為常溫290K，由公式可知，若給定信號(hào)匹配帶寬B、輸入阻抗R和限幅器輸入端門限載噪比C/N，則噪聲系數(shù)決定著接收機(jī)的靈敏度。

由于噪聲系數(shù)的概念較易理解，在產(chǎn)品和電路設(shè)計(jì)中往往被用來表示噪聲性能，并對(duì)接收機(jī)的總體靈敏度進(jìn)行預(yù)測(cè)，而由噪聲系數(shù)和靈敏度的定義可知，噪聲系數(shù)對(duì)接收機(jī)的靈敏度有著關(guān)鍵的影響，噪聲系數(shù)越大，則接收機(jī)的靈敏度越低，反之，噪聲系數(shù)越小，接收機(jī)的靈敏度越高。當(dāng)今隨著電子對(duì)抗及隱身技術(shù)發(fā)展，要求偵查或接收信號(hào)能量越來越微弱，對(duì)接收機(jī)的靈敏度要求也更高，這也就要求要最大限度降低接收機(jī)的噪聲系數(shù)，從而提高接收機(jī)的靈敏度，增大接收機(jī)的作用距離。

3 降低接收機(jī)噪聲系數(shù)的方法

接收機(jī)是由多個(gè)單元部件級(jí)聯(lián)組成的，其總噪聲系數(shù)可根據(jù)各單元的噪聲系數(shù)計(jì)算得出，級(jí)聯(lián)部件噪聲系數(shù)的計(jì)算如圖1所示。

其中F表示某個(gè)單元的噪聲系數(shù)，G為增益，據(jù)此得出接收機(jī)各單元部件級(jí)聯(lián)后的總噪聲系數(shù)為：

由上述公式可知，在接收機(jī)總噪聲系數(shù)中，級(jí)數(shù)越靠前的部件噪聲系數(shù)影響越大，因此，要降低噪聲系數(shù)，提高接收機(jī)的靈敏度，則可通過減少前幾級(jí)單元的噪聲系數(shù)、減少損耗和提高增益來實(shí)現(xiàn)。

以某型號(hào)的雷達(dá)接收機(jī)為例，其各部件級(jí)聯(lián)情況如圖2所示。

從以上分析可知，要降低該型號(hào)雷達(dá)接收機(jī)的噪聲系數(shù)，則可通過以下措施實(shí)現(xiàn)：

3.1 饋源饋線

各器件功率傳輸系數(shù)均<1，則必然產(chǎn)生耗損，從而增加了噪聲系數(shù)，設(shè)計(jì)中可通過采用低耗損的饋源饋線部件和匹配電路連接來降低噪聲系數(shù)。

3.2 高頻放大器

該單元在一定程度上決定著接收機(jī)的低噪聲性能，而隨著具有更低噪聲系數(shù)和更高增益及工作效率的高電子遷移場(chǎng)效應(yīng)管（HEMT）和微波砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)管（GaAsFETA）放大器的出現(xiàn)，高頻放大器的噪聲問題得到了很好的解決。

3.3 混頻器

該單元部件的噪聲系數(shù)一般等于其變頻耗損，因此，可采取使用低變頻耗損砷化鎵肖特基混頻二極管、雙平衡混頻器等來降低混頻器的噪聲系數(shù)。

3.4 中頻放大器

該單元主要放大混頻器輸出的微弱信號(hào)，通?？刹捎霉采鋼?共基或共陰-共柵級(jí)聯(lián)電路可降低其噪聲系數(shù)。

4 結(jié)語

接收機(jī)的噪聲對(duì)接收機(jī)的靈敏度有著很大的影響，其噪聲的來源有很多，其中內(nèi)部噪聲的干擾和影響較外部噪聲大得多，而作為衡量接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平的物理量，噪聲系數(shù)對(duì)接收機(jī)的靈敏度有著關(guān)鍵的影響，因此，為提高接收機(jī)的靈敏度需積極采取一定的措施降低噪聲系數(shù)，從而提高接收機(jī)性能。

參考文獻(xiàn)

[1]羌琦，鄧?guó)P軍.雷達(dá)接收機(jī)噪聲特性研究分析[J].價(jià)值工程，2012，31（18）：187-188.

[2]宮波，李淑華.基于ADS的通信設(shè)備低噪聲放大器改進(jìn)設(shè)計(jì)與仿真[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010，18（2）：121-124.

[3]彭能.MB-OFDM的超寬帶無線接收機(jī)中CMOS低噪聲放大器的設(shè)計(jì)[D].重慶：重慶郵電大學(xué)，2011.

作者單位

甘肅蘭州長(zhǎng)風(fēng)電子科技股份有限責(zé)任公司 甘肅省蘭州市 730070endprint

摘 要 本文簡(jiǎn)要闡述了接收機(jī)噪聲的來源，在分析接收機(jī)噪聲系數(shù)與接收靈敏度關(guān)系的基礎(chǔ)上，以某型號(hào)雷達(dá)接收機(jī)為例，對(duì)如何降低的接收機(jī)噪聲系數(shù)進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】接收機(jī) 噪聲系數(shù) 靈敏度

接收機(jī)是由天線、濾波器、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器組成的電路系統(tǒng)，在微波通訊系統(tǒng)中，接收機(jī)要處理很微弱的信號(hào)，一般來說，若無噪聲干擾，只要經(jīng)充分放大，即便是十分微弱的信號(hào)也會(huì)被檢測(cè)出來，但實(shí)際中，系統(tǒng)各個(gè)部分不可避免地存在著附加噪聲，微弱的信號(hào)往往被淹沒在這些噪聲中，從而影響到接收機(jī)檢測(cè)信號(hào)的靈敏度。

1 接收機(jī)噪聲的來源

接收機(jī)噪聲的來源主要有內(nèi)部噪聲和外部噪聲，前者主要有接收機(jī)饋線、電阻元器件、混頻器、放大器等產(chǎn)生，后者主要指由天線引入的噪聲。不同來源的噪聲對(duì)接收機(jī)的影響也有所不同，其中外部噪聲對(duì)接收機(jī)接收信號(hào)的干擾存在著時(shí)間性、空間性和頻率性，通過采取一定的抗干擾措施，可抑制或消除一些外部干擾；內(nèi)部噪聲的影響則不具有以上特性，一旦接收機(jī)產(chǎn)生了內(nèi)部噪聲，可能造成接收機(jī)飽和或不具放大作用，對(duì)接收機(jī)的性能影響較外部噪聲更大，因此，在降低接收機(jī)噪聲的研究中主要以內(nèi)部噪聲的研究為主，而為衡量?jī)?nèi)部噪聲，則引入了的噪聲系數(shù)的概念。

2 噪聲系數(shù)與接收靈敏度的關(guān)系

理論上，接收機(jī)在放大處理信號(hào)時(shí)，只放大天線所輸入的信號(hào)及噪聲，但實(shí)際上，接收機(jī)還存在著自身的噪聲，噪聲系數(shù)是用于衡量接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平的一個(gè)物理量，指接收機(jī)輸入端與輸出端信噪比之比，噪聲系數(shù)的值越大，則說明傳輸過程中摻入的噪聲越大。靈敏度是信噪比能接受情況下，接收機(jī)可接收到的最小訊號(hào)，其與所要求的信號(hào)質(zhì)量及接收機(jī)本身的噪聲系數(shù)有關(guān)，接收機(jī)的靈敏度越高，則可接收的信號(hào)越弱，作用的距離也就越遠(yuǎn)。

作為衡量接收微弱信號(hào)能力的表示方法，噪聲系數(shù)和靈敏度可以互相換算，其換算公式為：

Umin=e={4KTBR·Nf·C/N}

式中Umin表示靈敏度，Nf表示噪聲系數(shù)，K、T、B、R分別表示波茲曼常數(shù)、信號(hào)源的絕對(duì)溫度、信號(hào)匹配帶寬和接收機(jī)輸入阻抗，C/N表示限幅器輸入端門限載噪比，其中波茲曼常數(shù)為1.38×10-23J/K，T為常溫290K，由公式可知，若給定信號(hào)匹配帶寬B、輸入阻抗R和限幅器輸入端門限載噪比C/N，則噪聲系數(shù)決定著接收機(jī)的靈敏度。

由于噪聲系數(shù)的概念較易理解，在產(chǎn)品和電路設(shè)計(jì)中往往被用來表示噪聲性能，并對(duì)接收機(jī)的總體靈敏度進(jìn)行預(yù)測(cè)，而由噪聲系數(shù)和靈敏度的定義可知，噪聲系數(shù)對(duì)接收機(jī)的靈敏度有著關(guān)鍵的影響，噪聲系數(shù)越大，則接收機(jī)的靈敏度越低，反之，噪聲系數(shù)越小，接收機(jī)的靈敏度越高。當(dāng)今隨著電子對(duì)抗及隱身技術(shù)發(fā)展，要求偵查或接收信號(hào)能量越來越微弱，對(duì)接收機(jī)的靈敏度要求也更高，這也就要求要最大限度降低接收機(jī)的噪聲系數(shù)，從而提高接收機(jī)的靈敏度，增大接收機(jī)的作用距離。

3 降低接收機(jī)噪聲系數(shù)的方法

接收機(jī)是由多個(gè)單元部件級(jí)聯(lián)組成的，其總噪聲系數(shù)可根據(jù)各單元的噪聲系數(shù)計(jì)算得出，級(jí)聯(lián)部件噪聲系數(shù)的計(jì)算如圖1所示。

其中F表示某個(gè)單元的噪聲系數(shù)，G為增益，據(jù)此得出接收機(jī)各單元部件級(jí)聯(lián)后的總噪聲系數(shù)為：

由上述公式可知，在接收機(jī)總噪聲系數(shù)中，級(jí)數(shù)越靠前的部件噪聲系數(shù)影響越大，因此，要降低噪聲系數(shù)，提高接收機(jī)的靈敏度，則可通過減少前幾級(jí)單元的噪聲系數(shù)、減少損耗和提高增益來實(shí)現(xiàn)。

以某型號(hào)的雷達(dá)接收機(jī)為例，其各部件級(jí)聯(lián)情況如圖2所示。

從以上分析可知，要降低該型號(hào)雷達(dá)接收機(jī)的噪聲系數(shù)，則可通過以下措施實(shí)現(xiàn)：

3.1 饋源饋線

各器件功率傳輸系數(shù)均<1，則必然產(chǎn)生耗損，從而增加了噪聲系數(shù)，設(shè)計(jì)中可通過采用低耗損的饋源饋線部件和匹配電路連接來降低噪聲系數(shù)。

3.2 高頻放大器

該單元在一定程度上決定著接收機(jī)的低噪聲性能，而隨著具有更低噪聲系數(shù)和更高增益及工作效率的高電子遷移場(chǎng)效應(yīng)管（HEMT）和微波砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)管（GaAsFETA）放大器的出現(xiàn)，高頻放大器的噪聲問題得到了很好的解決。

3.3 混頻器

該單元部件的噪聲系數(shù)一般等于其變頻耗損，因此，可采取使用低變頻耗損砷化鎵肖特基混頻二極管、雙平衡混頻器等來降低混頻器的噪聲系數(shù)。

3.4 中頻放大器

該單元主要放大混頻器輸出的微弱信號(hào)，通?？刹捎霉采鋼?共基或共陰-共柵級(jí)聯(lián)電路可降低其噪聲系數(shù)。

4 結(jié)語

接收機(jī)的噪聲對(duì)接收機(jī)的靈敏度有著很大的影響，其噪聲的來源有很多，其中內(nèi)部噪聲的干擾和影響較外部噪聲大得多，而作為衡量接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平的物理量，噪聲系數(shù)對(duì)接收機(jī)的靈敏度有著關(guān)鍵的影響，因此，為提高接收機(jī)的靈敏度需積極采取一定的措施降低噪聲系數(shù)，從而提高接收機(jī)性能。

參考文獻(xiàn)

[1]羌琦，鄧?guó)P軍.雷達(dá)接收機(jī)噪聲特性研究分析[J].價(jià)值工程，2012，31（18）：187-188.

[2]宮波，李淑華.基于ADS的通信設(shè)備低噪聲放大器改進(jìn)設(shè)計(jì)與仿真[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010，18（2）：121-124.

[3]彭能.MB-OFDM的超寬帶無線接收機(jī)中CMOS低噪聲放大器的設(shè)計(jì)[D].重慶：重慶郵電大學(xué)，2011.

作者單位

甘肅蘭州長(zhǎng)風(fēng)電子科技股份有限責(zé)任公司 甘肅省蘭州市 730070endprint

摘 要 本文簡(jiǎn)要闡述了接收機(jī)噪聲的來源，在分析接收機(jī)噪聲系數(shù)與接收靈敏度關(guān)系的基礎(chǔ)上，以某型號(hào)雷達(dá)接收機(jī)為例，對(duì)如何降低的接收機(jī)噪聲系數(shù)進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】接收機(jī) 噪聲系數(shù) 靈敏度

接收機(jī)是由天線、濾波器、放大器和A/D轉(zhuǎn)換器組成的電路系統(tǒng)，在微波通訊系統(tǒng)中，接收機(jī)要處理很微弱的信號(hào)，一般來說，若無噪聲干擾，只要經(jīng)充分放大，即便是十分微弱的信號(hào)也會(huì)被檢測(cè)出來，但實(shí)際中，系統(tǒng)各個(gè)部分不可避免地存在著附加噪聲，微弱的信號(hào)往往被淹沒在這些噪聲中，從而影響到接收機(jī)檢測(cè)信號(hào)的靈敏度。

1 接收機(jī)噪聲的來源

接收機(jī)噪聲的來源主要有內(nèi)部噪聲和外部噪聲，前者主要有接收機(jī)饋線、電阻元器件、混頻器、放大器等產(chǎn)生，后者主要指由天線引入的噪聲。不同來源的噪聲對(duì)接收機(jī)的影響也有所不同，其中外部噪聲對(duì)接收機(jī)接收信號(hào)的干擾存在著時(shí)間性、空間性和頻率性，通過采取一定的抗干擾措施，可抑制或消除一些外部干擾；內(nèi)部噪聲的影響則不具有以上特性，一旦接收機(jī)產(chǎn)生了內(nèi)部噪聲，可能造成接收機(jī)飽和或不具放大作用，對(duì)接收機(jī)的性能影響較外部噪聲更大，因此，在降低接收機(jī)噪聲的研究中主要以內(nèi)部噪聲的研究為主，而為衡量?jī)?nèi)部噪聲，則引入了的噪聲系數(shù)的概念。

2 噪聲系數(shù)與接收靈敏度的關(guān)系

理論上，接收機(jī)在放大處理信號(hào)時(shí)，只放大天線所輸入的信號(hào)及噪聲，但實(shí)際上，接收機(jī)還存在著自身的噪聲，噪聲系數(shù)是用于衡量接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平的一個(gè)物理量，指接收機(jī)輸入端與輸出端信噪比之比，噪聲系數(shù)的值越大，則說明傳輸過程中摻入的噪聲越大。靈敏度是信噪比能接受情況下，接收機(jī)可接收到的最小訊號(hào)，其與所要求的信號(hào)質(zhì)量及接收機(jī)本身的噪聲系數(shù)有關(guān)，接收機(jī)的靈敏度越高，則可接收的信號(hào)越弱，作用的距離也就越遠(yuǎn)。

作為衡量接收微弱信號(hào)能力的表示方法，噪聲系數(shù)和靈敏度可以互相換算，其換算公式為：

Umin=e={4KTBR·Nf·C/N}

式中Umin表示靈敏度，Nf表示噪聲系數(shù)，K、T、B、R分別表示波茲曼常數(shù)、信號(hào)源的絕對(duì)溫度、信號(hào)匹配帶寬和接收機(jī)輸入阻抗，C/N表示限幅器輸入端門限載噪比，其中波茲曼常數(shù)為1.38×10-23J/K，T為常溫290K，由公式可知，若給定信號(hào)匹配帶寬B、輸入阻抗R和限幅器輸入端門限載噪比C/N，則噪聲系數(shù)決定著接收機(jī)的靈敏度。

由于噪聲系數(shù)的概念較易理解，在產(chǎn)品和電路設(shè)計(jì)中往往被用來表示噪聲性能，并對(duì)接收機(jī)的總體靈敏度進(jìn)行預(yù)測(cè)，而由噪聲系數(shù)和靈敏度的定義可知，噪聲系數(shù)對(duì)接收機(jī)的靈敏度有著關(guān)鍵的影響，噪聲系數(shù)越大，則接收機(jī)的靈敏度越低，反之，噪聲系數(shù)越小，接收機(jī)的靈敏度越高。當(dāng)今隨著電子對(duì)抗及隱身技術(shù)發(fā)展，要求偵查或接收信號(hào)能量越來越微弱，對(duì)接收機(jī)的靈敏度要求也更高，這也就要求要最大限度降低接收機(jī)的噪聲系數(shù)，從而提高接收機(jī)的靈敏度，增大接收機(jī)的作用距離。

3 降低接收機(jī)噪聲系數(shù)的方法

接收機(jī)是由多個(gè)單元部件級(jí)聯(lián)組成的，其總噪聲系數(shù)可根據(jù)各單元的噪聲系數(shù)計(jì)算得出，級(jí)聯(lián)部件噪聲系數(shù)的計(jì)算如圖1所示。

其中F表示某個(gè)單元的噪聲系數(shù)，G為增益，據(jù)此得出接收機(jī)各單元部件級(jí)聯(lián)后的總噪聲系數(shù)為：

由上述公式可知，在接收機(jī)總噪聲系數(shù)中，級(jí)數(shù)越靠前的部件噪聲系數(shù)影響越大，因此，要降低噪聲系數(shù)，提高接收機(jī)的靈敏度，則可通過減少前幾級(jí)單元的噪聲系數(shù)、減少損耗和提高增益來實(shí)現(xiàn)。

以某型號(hào)的雷達(dá)接收機(jī)為例，其各部件級(jí)聯(lián)情況如圖2所示。

從以上分析可知，要降低該型號(hào)雷達(dá)接收機(jī)的噪聲系數(shù)，則可通過以下措施實(shí)現(xiàn)：

3.1 饋源饋線

各器件功率傳輸系數(shù)均<1，則必然產(chǎn)生耗損，從而增加了噪聲系數(shù)，設(shè)計(jì)中可通過采用低耗損的饋源饋線部件和匹配電路連接來降低噪聲系數(shù)。

3.2 高頻放大器

該單元在一定程度上決定著接收機(jī)的低噪聲性能，而隨著具有更低噪聲系數(shù)和更高增益及工作效率的高電子遷移場(chǎng)效應(yīng)管（HEMT）和微波砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)管（GaAsFETA）放大器的出現(xiàn)，高頻放大器的噪聲問題得到了很好的解決。

3.3 混頻器

該單元部件的噪聲系數(shù)一般等于其變頻耗損，因此，可采取使用低變頻耗損砷化鎵肖特基混頻二極管、雙平衡混頻器等來降低混頻器的噪聲系數(shù)。

3.4 中頻放大器

該單元主要放大混頻器輸出的微弱信號(hào)，通?？刹捎霉采鋼?共基或共陰-共柵級(jí)聯(lián)電路可降低其噪聲系數(shù)。

4 結(jié)語

接收機(jī)的噪聲對(duì)接收機(jī)的靈敏度有著很大的影響，其噪聲的來源有很多，其中內(nèi)部噪聲的干擾和影響較外部噪聲大得多，而作為衡量接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平的物理量，噪聲系數(shù)對(duì)接收機(jī)的靈敏度有著關(guān)鍵的影響，因此，為提高接收機(jī)的靈敏度需積極采取一定的措施降低噪聲系數(shù)，從而提高接收機(jī)性能。

參考文獻(xiàn)

[1]羌琦，鄧?guó)P軍.雷達(dá)接收機(jī)噪聲特性研究分析[J].價(jià)值工程，2012，31（18）：187-188.

[2]宮波，李淑華.基于ADS的通信設(shè)備低噪聲放大器改進(jìn)設(shè)計(jì)與仿真[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010，18（2）：121-124.

[3]彭能.MB-OFDM的超寬帶無線接收機(jī)中CMOS低噪聲放大器的設(shè)計(jì)[D].重慶：重慶郵電大學(xué)，2011.

作者單位

甘肅蘭州長(zhǎng)風(fēng)電子科技股份有限責(zé)任公司 甘肅省蘭州市 730070endprint