噪声与非线性失真

1、噪声与非线性失真噪声与非线性失真噪声系数噪声系数等效噪声温度等效噪声温度非线性器件：描述、影响非线性器件：描述、影响 灵敏度与动态范围灵敏度与动态范围噪声与非线性失真噪声与非线性失真限制了系统所能处理的限制了系统所能处理的最低最低信号电平信号电平限制了系统所能处理的限制了系统所能处理的最最高高信号电平信号电平一一. .噪声噪声1. 起伏噪声的起伏噪声的基本特性基本特性2.2.电子器件内部噪声的电子器件内部噪声的来源及等效电路来源及等效电路3. 衡量系统噪声性能的衡量系统噪声性能的指标指标噪声系数与等效噪声温度噪声系数与等效噪声温度二二. 非线性非线性1.1.非线性器件的非线性器件的描述方法描述

2、方法2.2.器件非线性对器件非线性对线性放大器线性放大器的的影响及衡量指标影响及衡量指标3.非线性器件在非线性器件在频谱搬移频谱搬移中的中的应用应用噪声噪声概述概述 电子设备的性能在很大程度上与干扰和噪声有关。在通电子设备的性能在很大程度上与干扰和噪声有关。在通信系统中，接收机的灵敏度与噪声有关，提高接收机的灵信系统中，接收机的灵敏度与噪声有关，提高接收机的灵敏度有时比增加发射机的功率更为有效。敏度有时比增加发射机的功率更为有效。噪声（干扰）是除有用信号以外的一切不需要的信号以及噪声（干扰）是除有用信号以外的一切不需要的信号以及各种电磁扰动的总称。各种电磁扰动的总称。按发生地点分为：外部干扰、

3、内部干扰；按发生地点分为：外部干扰、内部干扰；按产生根源分为：自然干扰、人为干扰；按产生根源分为：自然干扰、人为干扰；按电特性可分为：脉冲型、正弦型、起伏型；按电特性可分为：脉冲型、正弦型、起伏型；习惯上，把外来的称为干扰，把内部产生的成为噪声。习惯上，把外来的称为干扰，把内部产生的成为噪声。我们讨论的对象是具有起伏特性的内部噪声。我们讨论的对象是具有起伏特性的内部噪声。起伏噪声起伏噪声电阻热噪声是无数个电脉冲叠加的结果。电阻热噪声是无数个电脉冲叠加的结果。在一个相当长的观测时间内：在一个相当长的观测时间内： 噪声电流（或电压）的平均值趋于零；噪声电流（或电压）的平均值趋于零； 噪声功率趋于一

4、有限值。噪声功率趋于一有限值。起伏噪声特性起伏噪声特性（1）频谱）频谱 极宽，几乎占据整个无线电频段极宽，几乎占据整个无线电频段（2）功率谱密度）功率谱密度 单位单位：dBm/Hz )( fS频带频带 内的内的功率功率：21)(ffVVdffSP12fff212( )fnIfISf df电流功率谱密度电流功率谱密度( )ISf电压功率谱密度电压功率谱密度 ( )VSf212( )fnVfVSf df2nI2nV和和 代表单位电阻上的功率代表单位电阻上的功率2nI2nV噪声噪声电压均方值电压均方值 噪声噪声电流均方值电流均方值白噪声白噪声: 是常数是常数)( fS)()(1222121ffSdf

5、SfdfSIIffIffIn（3）等效噪声带宽）等效噪声带宽噪声通过噪声通过线性系统线性系统)( fSi输入输入功率谱密度功率谱密度系统系统传递函数传递函数输出输出功率谱密度功率谱密度)( jfH)( fSo2)()()(fHfSfSio00222)()()(dffHSdffHfSViin白噪声白噪声通过线性系统通过线性系统)()(0202fHdffHBL等效噪声带宽等效噪声带宽定义：定义：系统系统总输出噪声：总输出噪声：22200( )( )()niiLVSfH fdfS Hf B电阻的热噪声及等效电路电阻的热噪声及等效电路1. 功率谱密度功率谱密度RkTSI14kTRRSSIV42电流电流

6、电压电压白噪声白噪声2. 等效电路等效电路串联串联 无噪电阻无噪电阻R串噪声电压源串噪声电压源并联并联无噪电阻无噪电阻R并噪声电流源并噪声电流源2nV2nI3. 有噪电阻的串并联有噪电阻的串并联4. 额定噪声功率额定噪声功率NAB条件条件: 噪声源与系统匹配噪声源与系统匹配kTBRkTRBRVNnA4442与噪声源电阻与噪声源电阻R大小无关大小无关与噪声源温度有关与噪声源温度有关双极型晶体管的噪声双极型晶体管的噪声主要噪声来源主要噪声来源热噪声热噪声散粒噪声散粒噪声基区电阻基区电阻 产生的热噪声产生的热噪声2,bbn rVbbr 白噪声白噪声PN结中，载流子不规则运动产生的散粒噪声结中，载流子

7、不规则运动产生的散粒噪声功率谱密度功率谱密度02qISI2,2n ccIqI B2,2n bbIqI B2,4bbn rbbVkTr B场效应管的噪声场效应管的噪声主要噪声来源主要噪声来源沟道热噪声沟道热噪声闪烁噪声闪烁噪声沟道中多数载流子不规则运动产生的热噪声沟道中多数载流子不规则运动产生的热噪声功率谱密度功率谱密度04dIgkTS功率谱密度功率谱密度半导体材料和制作工艺上的缺陷产生，又称半导体材料和制作工艺上的缺陷产生，又称 噪声噪声1ffWLCKSOXV12,04n DdIkT g B二端口网络二端口网络的噪声的噪声 任何一个有噪的二端口网络的内部噪声都可以由置于输入端任何一个有噪的二端

8、口网络的内部噪声都可以由置于输入端的两个噪声源来等效：的两个噪声源来等效： 一个和信号源串联的噪声电压源一个和信号源串联的噪声电压源 一个和信号源并联的噪声电流源一个和信号源并联的噪声电流源2nV2nI等效等效2nV2nI输入端输入端短路短路，将有噪网络的输出噪声功率等效到输入端的值，将有噪网络的输出噪声功率等效到输入端的值 输入端输入端开路开路，将有噪网络的输出噪声功率等效到输入端的值，将有噪网络的输出噪声功率等效到输入端的值 其中：其中：等效等效噪声噪声源的计算步骤源的计算步骤(1) 将线性网络中的所有元件均用其噪声等效电路代入。将线性网络中的所有元件均用其噪声等效电路代入。(2) 计算出

9、所有的噪声源在系统输出端的噪声功率总和计算出所有的噪声源在系统输出端的噪声功率总和 。2,n oV(3) 求等效输入噪声电压源求等效输入噪声电压源2nV输入端短路，等效输入噪声电流源输入端短路，等效输入噪声电流源 开路开路，则，则2nI2,2222,2n oVnn onVVA VVVA( (A AV V 为系统电压增益）为系统电压增益）(4) 求等效输入噪声电流源求等效输入噪声电流源 。输入端开路输入端开路，则，则2nI22,2222,22n oVnin oniVVAIZVIAZ（Z Zi i为系统输入阻抗）为系统输入阻抗）一般和是相关的。一般和是相关的。2nV2nI噪声噪声系数系数噪声系数的

10、定义噪声系数的定义网络输入信噪比与其输出信噪比的比值。网络输入信噪比与其输出信噪比的比值。即信噪比变坏的程度。即信噪比变坏的程度。io/(SNR)(SNR)/iiooP NFPN 有噪有噪 网络网络()iSNR()oSNR()10logNF dBF 网络输出端的输出噪声功率由两部分构成，即通过网络后的输网络输出端的输出噪声功率由两部分构成，即通过网络后的输入噪声功率和网络附加的噪声功率入噪声功率和网络附加的噪声功率 NA 。/1/1ApiiioAFoopipipiNG NP NNNNPNG NG NG N 输出端总噪声功率外噪在输出端呈现的噪声功率内噪在输出端呈现的噪声功率外噪在输出端呈现的噪

11、声功率噪声噪声系数与等效输入噪声源的关系系数与等效输入噪声源的关系信号源信号源SV外输入噪声源外输入噪声源2SRV输入信噪比输入信噪比()iSRN内部噪声源内部噪声源 和和2nV2nI输出输出噪声功率噪声功率输出输出信号功率信号功率信号源信号源SV输出信噪比输出信噪比()oSRNBkTRRIVVRIVVSNRSNRFSSnnRSnnRoiSS4)(1)()()(2222其中：其中： 2,outnV网络总输出噪声电压均方值网络总输出噪声电压均方值VA该网络的该网络的电压增益电压增益例例2.3.12.3.1：图示的两端口网络只是一个电阻，求该网络的噪声系数。图示的两端口网络只是一个电阻，求该网络的

12、噪声系数。 VO解解: 根据公式根据公式BkTRRIVVRIVVSNRSNRFSSnnRSnnRoiSS4)(1)()()(2222一个网络一个网络 的噪声系数又可以表示为的噪声系数又可以表示为222,22222222)()(SSSSSRVoutnVVRSnnRRSnnRVAVAAVRIVVVRIVVF该网络的该网络的电压增益电压增益为为: :VO求网络总输出噪声电压均方值求网络总输出噪声电压均方值等效噪声电路如图等效噪声电路如图 根据根据噪声系数定义噪声系数定义有有: :02000222,1)(4)/(4RRRRRBkTRBRRkTVAVFSSSSRVoutnS结论：结论：0R大，噪声系数小

13、，大，噪声系数小，与与功率最大传输功率最大传输共轭匹配共轭匹配不同不同在带宽在带宽B B 内输出内输出噪声电压均方值噪声电压均方值为为: :BRRkTRRIIVSSRnRnoutnS)/(4)/)(0202,2,2,000VSRARR无源有耗网络的噪声无源有耗网络的噪声系数系数分析条件分析条件:输入、输出端均匹配输入、输出端均匹配已知：已知：无源有耗网络的损耗为无源有耗网络的损耗为 L带宽为带宽为B根据根据噪声系数的定义噪声系数的定义/1/iiAoAooAPiAPP NNNFLPNGNG结论：结论：无源有耗网络的无源有耗网络的噪声系数噪声系数在数值上等于在数值上等于它的损耗它的损耗 SR信号源

14、内阻信号源内阻 产生的额定噪声功率为产生的额定噪声功率为 kTBNiA0R输出电阻输出电阻 产生的额定噪声功率为产生的额定噪声功率为 kTBNoA等效等效噪声噪声温度温度等效噪声温度定义等效噪声温度定义条件：条件：有噪线性网络有噪线性网络、 产生产生白噪声白噪声、匹配、匹配定义：定义：将网络内部的噪声折合到输入源端，将网络内部的噪声折合到输入源端， 等效为由某电等效为由某电 阻在温度阻在温度 时产生的电阻热噪声，将网络视为无噪的。时产生的电阻热噪声，将网络视为无噪的。eT有噪网络输出噪声，和有噪网络输出噪声，和等效噪声温度的关系：等效噪声温度的关系：PGBePNkT BG内等效等效噪声噪声温度

15、与噪声系数的关系温度与噪声系数的关系已知条件已知条件: 网络带宽网络带宽 B、 、eTPGiP0T源端匹配源端匹配 、设网络为无噪，设网络为无噪，总输入噪声总输入噪声为为0()eiNk TT B总信号源输入噪声信号源输入噪声为：为：0iNkT B总输出噪声总输出噪声为为0()oPeNG k TT B由噪声系数定义由噪声系数定义000/1/()iiieooPiPeP NP kT BTFPNG P G k TT BT 或或0) 1(TFTe多级线性网络级联的噪声系数多级线性网络级联的噪声系数已知：已知：各级间均匹配，带宽均为各级间均匹配，带宽均为B B， 额定功率增益、噪声系数、等效噪声温度额定功

16、率增益、噪声系数、等效噪声温度求：总噪声系数求：总噪声系数 、等效噪声温度、等效噪声温度eTFBkTNi0第一级输入第一级输入噪声功率噪声功率 11011PAPAeNGkT BGkT B第一级的输出第一级的输出噪声功率是噪声功率是2212212011()eoPAPAePAPAePATNGNGkT BGGkB TTG第二级输出第二级输出噪声功率是：噪声功率是：两级总的输出两级总的输出噪声功率又可表示为噪声功率又可表示为 120()oPAPAeNGGkB TT所以所以211eeePATTTG2111PAFFFG相等相等231112eeeePPPTTTTGGG 32111211PPPFFFFGG G

17、 多级线性网络级联总噪声系数多级线性网络级联总噪声系数2. 2. 增大第一级的增益增大第一级的增益可以减少后级对系统噪声系数的影响可以减少后级对系统噪声系数的影响1. 1. 系统前级、特别是第一级的噪声系数系统前级、特别是第一级的噪声系数对系统影响最大对系统影响最大结论：结论：非线性器件的描述方法非线性器件的描述方法非线性器件工作状态的几点讨论非线性器件工作状态的几点讨论非线性器件非线性器件大信号时会引起大信号时会引起失真失真能完成能完成频谱搬移频谱搬移各种功能各种功能不满足叠加定理的系统是非线性系统。不满足叠加定理的系统是非线性系统。非线性器件的特性是非直线型的。非线性器件的特性是非直线型的

18、。信号通过非线性系统后会出现新的频率分量信号通过非线性系统后会出现新的频率分量具有频率变换作用。具有频率变换作用。非线性系统没有传递函数的概念非线性系统没有传递函数的概念F、L变换分析法不适用于非线性系统变换分析法不适用于非线性系统解析函数描述解析函数描述双极型晶体管双极型晶体管BEqvkTcsiIe指数函数指数函数场效应管场效应管2,(1)GSDDSSGS thviIV饱和区饱和区 -平方律平方律差分放大器差分放大器双曲正切函数双曲正切函数1202idqiiiI thvKT幂级数描述幂级数描述小信号的时候，将器件的伏安特性在工作点处用幂级数展开。小信号的时候，将器件的伏安特性在工作点处用幂级

19、数展开。()BEQiqVvKTcSiI e201233()()()cBEBEQBEBEQBEBEQiaa vVa vVa vVBEQiBEVvv代入代入230123NciiiNiiaa va va va v特点特点: : 呈非线性呈非线性 ( )( )1!BEBEQncNvVnBEiaNv 系数与工作点有关系数与工作点有关ciiv分段折线描述分段折线描述适用条件适用条件: : 大信号输入大信号输入二极管二极管)( 0)( BDBDDDDVvVvvgi1()DDDig St v11222()coscos3cos5235Stttt差分放大器差分放大器)0( )0( 00iivIvIi02()iI

20、St211()()()StStSt444coscos 3cos 535ttt线性化参数线性化参数适用条件适用条件: : 小信号输入小信号输入tVtviimicos)(输入输入: :输出输出: :0101()CbeBEQiCQSiaa vVaa vIi静态电流静态电流0BEQqVkTCQSIaI e信号电流信号电流11cossiimiia vaVt线性电路不产生新的频率线性电路不产生新的频率线性化参数线性化参数-跨导跨导1beBEQcmbevVdiagdv仅与工作点有关仅与工作点有关放大器增益放大器增益LmbeLbemimomvRgVRVgVVA与信号大小无关与信号大小无关器件非线性的影响器件非

21、线性的影响 谐波谐波输入端仅有一个有用信号输入端仅有一个有用信号设输入为：设输入为：( )cosiimiv tVtbeBEQivVv用幂级数分析法讨论非线性电路，有：用幂级数分析法讨论非线性电路，有：2233123223221333( )coscoscos3()coscos22421cos34simiimiimiimimimimiiimii taVta Vta Vta Va VaVa Vtta Vt现象现象:出现了谐波出现了谐波产生的原因产生的原因器件非线性、信号幅度大器件非线性、信号幅度大大小大小与系数有关与工作点有关与系数有关与工作点有关影响影响高次谐波被选频回路滤除高次谐波被选频回路滤除

22、增益压缩增益压缩特点：特点：考虑对基波分量的影响考虑对基波分量的影响（只考虑到三次方）（只考虑到三次方）基波信号电流：基波信号电流：定义平均跨导：定义平均跨导：其幅度为：其幅度为：基波电流表达式：基波电流表达式：31133()cos4SimimiiaVa Vt311334SimimIaVa V211334SmimimIgaa VV1cosSmimiigVt基波增益：基波增益：1omSLvmLimimVI RAg RVV11cosSimiiaVt21133()cos4Simimiiaa VVt1beBEQcmbevVdiagdv2113134SmimmIgaa VV仅与放大器工作点有关仅与放大器

23、工作点有关不仅与工作点有关不仅与工作点有关而且与输入信号幅度有关而且与输入信号幅度有关失真项失真项vmLAg R2133()4vmLimLAg Raa VR常数常数与信号幅度有关与信号幅度有关1om dBV()dBmV()dBmV()VA dB 通常通常a30，平均跨导会随着输入信号幅，平均跨导会随着输入信号幅度的增大而减小，此现象称为增益压缩。定度的增大而减小，此现象称为增益压缩。定义义1dB压缩点（增益比线性放大器增益下降压缩点（增益比线性放大器增益下降1dB）2133()4VimLAaa VR()()()outinVVdBmVVdBmVA dB线性增益线性增益增益压缩指标增益压缩指标1d

24、B压缩点压缩点11()()() 1outdBindBVVdBmVVdBmVA dB增益增益1dB压缩点计算：压缩点计算：21311320log| 20log| 14imdBaa VadB1130.145imdBaVa与器件类型和放大器工作点有关与器件类型和放大器工作点有关1dB1dB压缩点压缩点器件非线性的影响器件非线性的影响 输入端有两个以上用信号输入端有两个以上用信号设输入设输入为两个不同频率的信号为两个不同频率的信号：1m12m2( )VcosVcosiv ttt( (仅考虑到三次方仅考虑到三次方) )输出为：输出为：211m12m221m12m2331m12m2223221m2m11m

25、31m31m2m13212m32m32m1m22121221212VcosVcos+VcosVcosVcosVcos133VVVVV Vcos24233+VVV Vcos42V Vcos()V Vcos()mmmmiattattattaaaataaatata223121231221223321122231131233V Vcos(2)V Vcos(2)441111V cos2Vcos2V cos3V cos32244mmmmmmmmtatatatatatat基频项基频项和频与差频和频与差频堵塞堵塞 若一大一小两个不同频率的信号加到放大器输入端，而有若一大一小两个不同频率的信号加到放大器输入端，

26、而有用信号幅度用信号幅度V V1m1m远远小于无用信号远远小于无用信号V V2m2m，输出电流的基波分量：，输出电流的基波分量：由于由于V V1m1mVV2m2m：3211m31m31m2m133VVV Vcos42iaaat2132113VV cos2mmiaat基波分量的平均跨导：基波分量的平均跨导：21323V2mmgaa一般有一般有 0 03a有用信号的有用信号的跨导跨导随干扰随干扰增大而减小增大而减小增益增益随干扰信号随干扰信号增大而减小增大而减小严重严重基波电流为零信号被基波电流为零信号被堵塞堵塞指标指标强信号堵塞强信号堵塞 60dB60dB70dB70dB交叉调制交叉调制若有用信

27、号若有用信号v v1 1相对较弱，强干扰为调幅信号相对较弱，强干扰为调幅信号ttmVvm222cos)cos1 (幅度幅度输出有用信号基波：输出有用信号基波：tVVaaimm112231cos)23(ttmVVaVatimmm12221311cos)cos1 (23)(有用信号幅度有用信号幅度干扰信号幅度干扰信号幅度交叉调制现象交叉调制现象: : 干扰信号幅度转移到有用信号幅度上干扰信号幅度转移到有用信号幅度上结果结果: : 当有用信号是调幅波时当有用信号是调幅波时, ,解调后解调后, ,会听到干扰台的串话音会听到干扰台的串话音互相调制互相调制 两个频率比较接近的干扰信号输入到放大器中，两个频

28、率比较接近的干扰信号输入到放大器中，3阶组合频率分阶组合频率分量量2 1- 2和和2 2- 1就会落入基带频段，构成干扰就会落入基带频段，构成干扰输出电流输出电流:tVatVatVVaatVVaaimmmmmm)2cos(43)2cos(43 cos)49(cos)49(1233213322311231互调信号幅度互调信号幅度互调失真衡量指标互调失真衡量指标互调失真比互调失真比设：两信号输入幅度均为设：两信号输入幅度均为mV输出基波：输出基波：33123cos(2)4ma Vt21319()cos4mmaa VVt输出互调：输出互调：23149mVaa 设设 ( (即输入信号较小，可忽略增益压

29、缩）即输入信号较小，可忽略增益压缩） 2131334343mmmVaaVaVaIMR互调失真电压幅度比互调失真电压幅度比: :互调失真功率比互调失真功率比: :221233)()(21)43(21IMRVaVaPmmIMR三阶互调截点三阶互调截点三阶互调功率达到和基波功率相等的点，三阶互调功率达到和基波功率相等的点，相应的输入功率记为相应的输入功率记为IIP3，相应的输出功率记为，相应的输出功率记为OIP3。PoPiGp3Pi3Gp1Pi201111()2mpiPaVG P3 2303331 3()2 4mpiPa VG P011()10log10logpiPdBGP033()10log30l

30、ogpiPdBGP13ooPP三阶互调截点对应的输入信号功率：三阶互调截点对应的输入信号功率：31334mmaVa V1343maVa23 21311 3()()22 4mmaVa V例例: :已知已知一放大器的三阶互调截点一放大器的三阶互调截点 , ,当当输入功率输入功率 时时, dBmIIP203dBmPi0求求: :在此输入功率下的互调失真比在此输入功率下的互调失真比 IMRP解解: :在三阶互调截点处在三阶互调截点处13ooPP3IIPPi由由113()opPGIIP3333()opPGIIP1233()ppGIIPG则互则互调调失真比失真比32332113()pioiIMRopiG

31、PPPPPG PIIP用用分贝表示分贝表示3()2 ()2()()IMRiPdBP dBmIIPdBmdBmPi0当当 时时, ,()022040IMRPdBdB PoPiGp3Pi3Gp1Pi互调干扰在射频系统中出现的形式互调干扰在射频系统中出现的形式:1dB压缩点与三阶截点的关系压缩点与三阶截点的关系:(接收接收)相邻信道相邻信道1相邻信道相邻信道2(发射的强信号发射的强信号)212互调互调均由器件的三次方引起均由器件的三次方引起 10logPo10logPiIIP3OIP3IP310logGP110logGP31dB1dB压缩点130.145im idBaVa13343imIPaVa13

32、0.1459.64/3imdBimIPVdBV 即增益压缩点的输入（或输出）即增益压缩点的输入（或输出）电平要比三阶截点电平低约电平要比三阶截点电平低约10dB10dB多级非线性级联特性多级非线性级联特性讨论讨论: :系统总的非线性与每一级的非线性关系系统总的非线性与每一级的非线性关系 两级公式两级公式:2321133)()(11IIPAIIPIIP多级公式多级公式:2212133 13 23 311()()()A AAIIPIIPIIPIIP理解理解: : 1.1.当系统的每一级均有增益时，当系统的每一级均有增益时，系统的总的三阶互调截点系统的总的三阶互调截点输入功率总是小于每一级的；输入功

33、率总是小于每一级的；2.前级的增益越高，总系统的三阶互调输入功率越小。前级的增益越高，总系统的三阶互调输入功率越小。非线性器件在频谱搬移中的应用非线性器件在频谱搬移中的应用非线性器件非线性器件引起线性放大器失真引起线性放大器失真能能完成频谱搬移功能完成频谱搬移功能谐波、组合频率谐波、组合频率增益压缩、互调失真增益压缩、互调失真什么是频谱搬移？什么是频谱搬移？混频混频调制调制解调解调121211()v22()v混频混频滤波器滤波器或或调制调制滤波器滤波器()ccv( )vc解调解调低通滤波器低通滤波器c同步信号同步信号频谱搬移的实现频谱搬移的实现乘法器乘法器121122121212coscos0

34、.5cos()cos() mmmmv vVt VtV Vtt利用非线性器件的二次乘幂项利用非线性器件的二次乘幂项2222122121 22222211222121212()(2)(coscos)cos()cos() mmmma vva vvv va VtVta V Vtt频谱搬移的特点频谱搬移的特点产生两个不同频率产生两个不同频率( 1, 2)信号的信号的 和频和频( 1+ 2)信号和信号和/或或 差频差频( 1- 2)信号。信号。频谱搬移的实质频谱搬移的实质被搬移的信号频谱结构不发生变化被搬移的信号频谱结构不发生变化频谱搬移的问题频谱搬移的问题由于由于 三次方及三次方以上的各高次方项产生的三

35、次方及三次方以上的各高次方项产生的组合频率组合频率 ) 3 ( 21qpqp对频谱搬移来说都是对频谱搬移来说都是干扰干扰 230123NiiiNiiaa va va va v12ivvv其中其中（1 1）从器件的特性考虑从器件的特性考虑 采用采用平方律平方律特性特性无高次项无高次项（2 2）从电路考虑采用从电路考虑采用平衡电路结构平衡电路结构形式形式 -抵消干扰抵消干扰（3 3）从输入电压的大小考虑，采用从输入电压的大小考虑，采用线性时变工作线性时变工作状态状态 解决方法解决方法线性时变工作状态线性时变工作状态什么是时变什么是时变? ?对什么而言是线性？对什么而言是线性？?工作条件：工作条件：

36、频谱搬移的两个输入信号频谱搬移的两个输入信号 一个是小信号，一个是大信号一个是小信号，一个是大信号tVtvm111cos)(tVtvm222cos)(mmVV21静态偏置静态偏置BEQV大大信号信号1( )v t)()(1tvVtVBEQBEQ时变偏置时变偏置在在时变工作点展开时变工作点展开cici在在时变工作点展开时变工作点展开323222210)()()()()(vtavtavtatatic现现工作点工作点是随是随 时变时变的，所以的，所以 也是随也是随 时变的时变的 时变的含义时变的含义:展开项的系数展开项的系数 随大信号变化随大信号变化ia的变化频率与大信号的变化频率与大信号 的频率的

37、频率 相同相同1( )v t12301 2223 2( )ci taa va va v得：得：230123( )( )( )( )cbeBEQbeBEQbeBEQi taa vVtavVtavVt 1( )v t1( )v tiaia最重要的两个系数最重要的两个系数00( )( )( )( )beBEQcvVta ti tI t1( )( )( )beBEQcmbevVtdia tgtdv当当 与与 均是非线性时均是非线性时, ,可以展开为可以展开为: :0( )a t1( )a ttataata1021010002coscos)(tgtggtgtammmm1211012coscos)()(重

38、复重复频率频率均是大信号频率均是大信号频率1)(2tv（静态与小信号（静态与小信号 无关）无关）时变静态电流时变静态电流时变时变跨导跨导 将输入信号将输入信号 转变为输出电流的能力转变为输出电流的能力 )(2tv323222210)()()()()(vtavtavtatatic忽略忽略 二次方以上各项二次方以上各项( ( 很小很小) )2( )v t2( )v t对对输出电流输出电流01202( )( )( )( )( )( )cmi ta ta t vI tgt v t特点特点: :仅仅包含小信号包含小信号 的线性的线性项项, ,不不含含 的谐波的谐波2( )v t2( )v t为什么是线性

39、为什么是线性? ?线性是对线性是对小信号小信号 而言而言2( )v t01202( )( )( )( )( )( )cmi ta ta t vI tgt v t101121( )( )coscos2mmmma tgtggtgt222( )cosmv tVt频谱频谱: :1212频谱搬移频谱搬移频谱搬移功能频谱搬移功能21p1p干扰频率干扰频率干扰频干扰频率中减少了小信号率中减少了小信号 的的以上的以上的组合频率组合频率成分成分 2q线性时变工作的优点：线性时变工作的优点：2其中其中: :灵敏度与动态范围灵敏度与动态范围接收机的灵敏度接收机的灵敏度接收机前端接收机前端解调器解调器,mininP,

40、min()oSRN灵敏度与什么有关？灵敏度与什么有关？输出信噪比输出信噪比输入信噪比输入信噪比输入信号输入信号FnkTB需要采取两项措施：需要采取两项措施：减小系统的噪声系数减小系统的噪声系数F、减小输入端的温度减小输入端的温度T。灵敏度计算灵敏度计算o,mino,min,mino,min()ooinPPoPPPNNPSNRGGNG其中，其中，KTaBGp是是天线噪声天线噪声经放大后的输出；经放大后的输出；N内内是接收机是接收机内部噪声内部噪声，可等效为电阻在等效噪声温度为，可等效为电阻在等效噪声温度为Te时产生的时产生的噪声经放大后的输出。噪声经放大后的输出。()(1)oaPaePaoPNkT BGNk TT BGk TFT BG内因为：因为：设接收机的设接收机的最低可检测输入功率最低可检测输入功率为：为：对应的对应的最低可输出功率最低可输出功率为：为：,mininP,min,minoinPPPG,min0,min()inoPkT FBSNR,mino,min(1)()inaoPk TFT BSNR所以有：所以有：,min,min(dBm)174(dBm/Hz)(dB)10