关于5G和防御系统噪声系数的事实

测量接收机射频灵敏度的方法有:

• 噪声图(NF)—系统的NF是噪声因子的对数版本。它指定了接收机、系统的单个组件和整个系统的噪声性能。
• 信噪比(SNR) -这是给定信号功率水平与系统内噪声之间的比较比率。
• 误比特率(BER) -这是一种用于数字系统的测量形式。当信号电平下降或链路质量下降时，传输中的错误数或比特错误数增加。测量误码率给出了信噪比的指示，但其格式通常对数字领域更有用。
• 误差矢量幅度(EVM) - EVM是用来量化数字无线电发射机和接收机性能的一种度量。由理想发射机发送或由接收器接收的信号将使所有EVM星座点精确地位于理想位置。然而，噪声、失真、相位噪声等缺陷会导致实际星座点偏离理想位置。理想情况下，发射机应该产生尽可能接近这些点的数字数据。EVM度量的是实际接收的数据元素与理想位置之间的距离。此外，越线性的放大器，EVM将是更好的。

功率放大器(PA)和低噪声放大器(LNA)技术通常在放大接收机信号方面没有什么问题。相反，限制因素往往是限制噪音，因为噪音掩盖了所需的信号。两个关键的性能考虑因素是无线通信、雷达、仪器仪表、卫星等的接收机灵敏度和信噪比。

就接收机噪声而言，这是第一个阶段或LNA和任何损失之后-因为这是决定整个无线电接收机的整体性能的关键。通过优化LNA的信噪比和NF，提高了接收机的整体性能。而且，这种性能必须针对整个系统带宽进行优化。

在5G、国防和航空航天领域，LNA和其他系统组件的带宽正在增加，以实现处理当今应用所需的更高水平的数据容量。带宽的增加意味着噪声级优化必须适应相同的带宽区域。这显然是困难的，但它必须实现，以满足当今的容量和吞吐量要求，并具有高水平的接收器灵敏度。

5 g射频接收器

图1:射频前端组件

由于这些组件通常位于基站塔的顶部，它们需要高功率处理能力。它们必须在高输入功率的打击下存活下来，如果受到打击，它们不仅需要存活下来，而且必须迅速恢复并重新开始工作。因此，在接收端输入开关之后的链中处于第一个位置的部件，如LNAs，需要具有20 dBm或更大的输入功率处理能力来满足这一任务。

国防和航天接收机

防守和航空航天境界也发生了很多。特别是在军用雷达，卫星，电子战，数字接收器中。以下是一些基本框图。您可以从嵌入的众多模块设计中看到，在5G应用中的一个包装中，可以清晰地推动较小的形状，重量，更轻，更高度集成的产品，以及在一个包装中的一个包装中的接收和传输链。正如人们所期望的那样，这些功能就像对防御和航空航天竞技场一样有吸引力，并与交换尺寸，重量和电源对齐。

图2:RFFE用于国防和航空航天的示例

国防和航空航天(D&A)接收机产品不仅需要高功率的放大能力，而且还需要在诸如基础设施领域的极端条件下生存的能力。但生存能力函数通常需要更高的输入水平，在千瓦范围内，以抵抗干扰。这主要是在军事、航空航天雷达和军事通信应用中需要的，在这些应用中，电子对抗(ECMs)可能被用来压倒作为防御战术的接收器。

因此，生存能力和抵抗电子干扰，如无线电干扰，需要承受高功率的打击。如果受到高功率输入的打击，它们将需要通过它并迅速恢复通信。这些设备还必须在比以前更大的带宽上运行。

在过去，D&A数字接收机由于技术的限制一直是窄带的。但随着砷化镓、氮化镓和硅等新技术的进步，这种情况发生了变化，允许更大的可持续带宽。这为现有产品带来了许多新的国防和航空航天应用和功能。

许多军事应用需要这种宽带和多波段通信，具有低截获/低探测雷达概率。由于增加了跳频以减少信号检测，这些方案将宽带和频谱用于传输和接收。这些方面会导致接收机上的噪声增加和保护降低。如果接收器长时间暴露在高功率水平下，组件可能会迅速退化，出现性能问题，甚至死亡。因此，设计人员必须采取必要的步骤，以确保可靠性和接收机灵敏度。

优化噪声性能

最终，上述领域中的每个单独应用程序驱动系统设计和需求。但是，在高水平上，一些射频前端要求保持不变。

接收机的噪声性能总是在RFFE的第一阶段开始。在RFFE，信号水平是最低的，如果信号上有噪声，很难确定什么是噪声，什么是传入信号。当你越过开关，LNA，进入驾驶员阶段，所有的信号都会被放大。确定传入的信号将更加困难。因此，在LNA之前和LNA处，必须使各部件的噪声最小化。在LNA中，尽可能早地将首选信号从输入噪声中分离出来是至关重要的，因为整个接收器链都将看到这种性能。

最好的参数权衡可以得到优化的性能

设计师必须在诸如增益、增益平坦度、输入/输出匹配、线性度、功耗和尺寸等参数之间做出关键的权衡，同时确保LNA具有内在的稳定性。设计人员必须确保这些参数之间的平衡，同时保持系统的稳定，并检查在整个操作条件范围内的稳定性。

低的接收机噪声系数确实可以转化为更好的性能和距离，但这是一个系统设计师必须做出的权衡，因为更好的NF可能导致接收机性能的回报递减。因此，在一个应用程序中进行的象征性改进在另一个应用程序中可能并不值得。Qorvo有用的级联分析计算器可以为这些系统级的设计权衡提供一个起点。

图3：Qorvo的级联的计算器关于设计中心金博宝体育app

在图3中所示的应用程序中，需要考虑的一个重要问题是LNA和紧随其后的插入损耗之间的比率(即，在上面的示例中，这将是滤波器)。如果LNA后的滤波器是有损的，则NF会增加。例如，在上面的场景中，如果LNA第一级的增益是15 dB，而不是19 dB, NF将是0.47 dB而不是如图所示的0.37 dB。此外，如果LNA的增益为19 dB，而第二级滤波器的插入损耗为-4.0 dB，则NF将为0.39 dB，再次增加NF。

接收器应用和温度

减少输入噪声的一种明显方法是用NF图参数挑选最佳LNA。接收器LNA的另一个重要考虑因素是其对温度的性能。温度在整个频率范围内的增益平整度和LNA的稳定性起到显着的因素。这两个参数都可以有助于NF的变化。用散热器或热散热技术冷却LNA或前端将改善热噪声。匹配设计还可以帮助降低前端的温度和热噪声。无线电天文的一些应用使用冷冻冷却以保持NF低。此外，LNA的稳定性是必不可少的，因为不稳定的LNA可以增加系统NF。

噪声温度

每个噪声源具有相当的噪声温度。噪声温度用于描述设备而不是NF的噪声性能，主要用作系统参数。这使得输入噪声温度概念更加有意义和方便。它在接收器的输入中表明了本身，其中信号电平低，并且限制最小噪声任何电路都可以在给定温度下实现。它也均匀地分布在整个系统频谱上。热噪声也是系统带宽的函数。将带宽与频率响应和输入信号匹配将降低热噪声。为了帮助您计算NF和NF温度，Qorvo具有在线计算器，如下所示。

图4:Qorvo噪声系数温度计算器关于设计中心金博宝体育app

降低噪音的一些附加设计策略

• 在你的设计中使用最好的LNA和最少的噪音。
• 在设计您的系统时，要考虑到应用程序真正的标称温度。
• 通过屏蔽或消除噪声源，隔离或防止外部噪声影响接收机的性能或输入。
• 降低直流配电电路的特性阻抗，以减少噪声耦合。
• 避免在信号路径上使用有损元素直到LNA输入。
• 保持LNA输入和输出的射频阻抗，并从LNA或接收机路径隔离噪声痕迹或电路。
• 使用GaN而不是限制器也有助于降低噪声，因为限制器会向系统添加一些噪声。GaN也可以提高接收器的生存能力。

限制器和循环器对D&A接收器的影响

如前所述，LNA的高输入功率能力非常重要。降低高输入功率对接收机可能产生的影响的一种方法是在输入端增加一个限幅器或循环器。这确实有助于保护，但有一个副作用，增加噪音看到在LNA。这个修正也降低了接收机的灵敏度，降低了信号范围、吞吐量和性能。因此，如果您选择一个输入功率非常高的LNA，限制器或循环器将不需要，有助于整体接收机性能。

最终，噪声系数和系统线性度会影响接收机的灵敏度。为了获得最佳的接收机灵敏度性能，必须权衡几个关键参数，如增益、匹配、线性和带宽——同时密切关注干扰、温度和维持接收机攻击的能力。