放大器的主要参数

噪声系数与非线性失真是描述射频系统性能优劣的两个重要指标。
噪声-限制了系统所能处理的最低信号电平;
非线性失真-限制了系统所能处理的最高信号电平;
在非线性器件(放大器、混频器等)输入端,输入等幅度不同频率的双音信号(f1, f2),由于器件的非线性,输出信号中会产生2f1 - f2 , 2f2 - f13阶交调分量。
输入信号增加1dB,基波分量输出信号增加1dB;
输入信号增加1dB,2次谐波,2阶交调分量输出信号增加2dB;
输入信号增加1dB,3次谐波,3阶交调分量输出信号增加3dB(斜率为基波的3倍);
非线性器件IP3的定义为:在非线性器件输入端、加等幅、不同频率的双音信号,由于器件的非线性,非线性器件的输出信号中有三阶交调分量、产生。输入信号功率增加1dB,输出信号中三阶交调分量、功率增加3dB。在对数坐标中,以X轴作为输入信号功率,Y轴作为输出信号功率,延长输出信号中的基波分量、三阶交调分量的线性部分,两线会交于一点。该点在X轴上的坐标值称为IIP3,在Y轴的坐标值称为OIP3。
OIP3是输出3阶截获点,是衡量功放的线性度的指标,两个参数之间的差就是功放的增益,参数数值越高,线性度越好。
1dB压缩点是表征 PA的线性度的一个指标,正常的是PA是线性的输出功率随着输入功率的增加而增加,当PA进到快饱和区后 输入的功率再增加 输出的功率不会变化。(例如: 输入0dbm 输出 10dbm , 输入 1dbm 输出 11dbm ,当 输入2dbm 本应该输出 12dbm 但实际测试 只有11dbm 。 功率掉了1db 那 这个点就是1dB压缩点。 这个指标随着功率增加 越晚出现这个指标越好。 说明PA的线性度越好)
IP3、OIP3、P1dB指标之间的关系如下图
放大器的主要参数_第1张图片
放大器的主要参数_第2张图片

各指标之间的数学关系如下:
Pout (dBm) = Pin (dBm) + G (dB) (1)
OIP3 (dBm) = IIP3 (dBm) + G (dB) (2)
OIP3 (dBm) = Pout (dBm) +IMD/2 (dBc) (3)
IIP3 (dBm) = Pin (dBm) +IMD/2 (dBc) (4)
IM3 (dBm) = 3Pin (dBm) – 2IIP3 (dBm) + G (dB)
= 3Pout (dBm) – 2IIP3 (dBm) –2G (dB)
= 3Pout (dBm) – 2OIP3 (dBm) (5)

IMD3=Pf1(dBm)-P2f2-f1(dBm)

输入噪声Ni, 增益G, 噪声系数 F,输出阻抗Rs, 输入三阶交调截止点IIP3(3rd order intercept) 带宽B 输入1dB压缩点IP1(1 dB compression)

IP3 = P1 + 9.64
对于射频放大器、中频放大器、混频器等器件,OIP3一般比P1dB大10~15dB,OIP2一般比OIP3大几十dB。

在这里插入图片描述
P1dB
P1dB(dBm)-Pin(dBm)=gain(dB)-1

powergain

efficiency
集电极效率ηc=Pout/Pdc
功率附加效率ηpae=(Pout-Pin)/Pdc
distortion
谐波失真、AM to PM Conversion、Intermodulation Distortion
互调失真信号因与载波频率fc太过接近,难以利用滤波器将它滤除,并且又极易干扰相邻的频率。
IMD3=

ACPR
(Adjacent Channel Power Ratio)是指相邻频率信道的平均功率和当前所用信道的平均功率之比。
放大器的主要参数_第3张图片
邻道功率比是衡量发射系统线性度的常用指标,可以用来描述功率放大器非线性失真引起的信号带外频谱失真特性,也就是主功率泄露到邻频信道的程度。
在实际中,常常用测量当前输出信号的带肩比来简化测量。
标准
1)发射机输出信号的带肩比不大于-36dBc,对应的激励器标准
2)激励器输出信号带肩比不大于-48dBc。

输出信号质量指标MER也可以用来衡量非线性失真程度。mer指的是调制误差比
放大器的主要参数_第4张图片
ACPR描述了由于发射机硬件非线性造成的失真大小,主信道功率泄漏到其上、下两个相邻信道的功率对邻近信道产生了干扰,这个干扰用ACPR来表征。邻近信道功率是由频谱增生引起的。带限数字调制信号应用于非线性放大器,由于三阶互调引起带限频谱的一部分漏到邻近信道。ACPR在许多无线标准中定义不同!主要差别是互调干扰的方式!即邻近信道功率是以何种方式影响到另一个提供信号的无线接收的。

邻道功率比定义的延伸:肩带比反映设备线性度的主要指标, 当设备线性度不好时, 虽然输出功率可以达到覆盖范围要求, 但因为非线性失真导致的信号信噪比过低, 设备无法对收到的信号进行正常解调, 导致用户无法正常收。

NF
信号通过放大器后,由于放大器产生噪声,使信噪比变坏,信噪比下降的倍数就是噪声系数;
NF=输入信噪比/输出信噪比

动态范围
动态范围的大小是描述射频设备的线性工作范围,范围宽也就意味着设备的灵敏度高,设备的信噪比高,反之,说明设备的底噪较高,是动态范围缩小,模块适当的适当的增益分配,是设计动态范围的关键,输出一分贝的提高有助于动态范围的拓宽。

动态范围与信噪比的区别
信噪比,定义当然很明白了,对于设备来说它的给出一定要靠实际测试得到。就是正常输出信号(测试时具体给定)与同时产生的噪声的比较,=20log10(Uout/Unoise)
信噪比S/N指信号中原有部分和由于设备自身、环境干扰等原因造成的噪声的比例。信号和噪声分别用电平表示,单位是Vrms或mVrms。
信噪比的单位是dB,计算公式是SN=20LOG(Vs/Vn)(不计权),其中Vs是信号电平,Vn是噪声电平。采用对数计算是由于人耳的响度特性具有对数特征。
信噪比越大,说明系统的噪声和信号的差距越大,系统的特性就越好。
**动态范围,**是可以计算的。**就是设备的最大可测试(输出)值与最小可测试(输出)值的比较取自然对数。**所以单位都是dB.当然看得出两者区别还是很明显的。

级联放大器的P1dB和IP3
假设有一两级的电路,增益和输出三阶交调截点分别为G1、OIP1以及G2、OIP2.
放大器的主要参数_第5张图片
则整个级联电路的OIP3为:
放大器的主要参数_第6张图片
P1dB的级联公式
P1dB的级联公式,可以由以下两种方法来估计:
(1) 直接套用OIP3的级联公式,用IP1dB来代替OIP3
放大器的主要参数_第7张图片
(2) 先用OIP3的级联公式计算出链路的OIP3,然后用经验值,将OIP3减去相差值(比如10.6),得出OP1dB点。

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