增益Gain (dB) & 增益平坦度∆G(dB)
放大器输出功率和输入功率的比值称为增益(Gain),单位为“dB”。在某一温度下,指定的工作频率范围内的放大器增益变化称为增益平坦度(∆G)。
噪声系数NF(dB)
噪声系数是指输入端信噪比与输出端信噪比的比值。
F = 输入信噪比 / 输出信噪比 = N0 / GkTB
其中,N0=输出端的可用噪声功率, Gk =带宽B内网络的可用增益。
如果一个放大器对电路不贡献噪声,其F=1。
一个具有增益G1,G2,…,Gn和噪声系数F1, F2, …,Fn的 n级串接级联放大器总噪声系数为:
F= F1 + (F2-1)/ G1 + (F3-1)/ G1G2 + ‧‧‧ + (Fn-1)/ G1G2‧‧‧Gn-1
通常,将噪声系数用dB表示为N F=10log(F),噪声系数一般指在25℃的环境下测试,对于宽带放大器来说噪声温度系数大约为0.012dB/℃,所以噪声系数会在高温下增加,低温下减小。
本手册中出现的噪声系数指标如未特殊注明均指25℃常温下测得。
下表是噪声系数和噪声温度的对照表。
NF(dB)
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0.3
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0.4
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0.5
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0.6
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0.7
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0.8
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0.9
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1.0
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1.5
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2.0
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3.0
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3.5
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4.0
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5.0
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Te(K)
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21
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28
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36
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43
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51
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59
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67
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76
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121
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171
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291
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363
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442
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625
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一般情况下放大器的噪声温度系数在0.015 dB/℃左右,所以30 dB增益的放大器在-55℃—+85℃的温度范围内噪声系数将变化1.8 dB左右。
1dB分贝压缩点输出功率P-1dB (dBm)
放大器一般有一个线性动态范围,在这个范围内,放大器的输出功率随输入功率线性增加而线性增加,随着输入功率的增加,放大器的传递函数变为非线性的,也就是说,其输出功率低于小信号时增益所预计的值。放大器的这种非线性特性使放大的信号产生畸变。通常把增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率值定义为输出功率1dB压缩点,用P-1dB表示(见图5).典型情况下,当功率超过P-1dB时,增益将下降,达到一个最大的或完全饱和的输出功率,其值比P-1dB大1-4dB以内。
三阶截点IP3 (dBm)
三阶截点(IP3)是表示放大器的线性度和失真性能的参数。IP3越高表示线性度越好和失真越小。在直角坐标系中,信号是1:1线性,三阶是1:3线性,干扰信号的输出就会很快的与信号的输出幅度相同并超过,由于频率靠近,输出滤波器无法抑制此干扰。从数学的角度看,IP3是在基波和三阶失真输出曲线交点的理论输入功率(图6)a线是基波信号输出功率随输入功率变化的曲线,b线是三阶失真输出功率随输入功率变化的曲线。b线的斜率是A线斜率的3倍(以dB为单位)两条线相交,交点就是三阶截点。如果是一个宽带的放大器,其三阶产物会落在带内,这是设计者需要考虑的事情。一般地说三阶截点比P-1高10dBm。
放大器的线性动态
接收机在无太大畸变情况下所能检测的输入信号范围,称之为动态范围 (DR)。一个放大器的动态范围通常是指1dB压缩时输出功率与经过放大后的最小可检测信号之比。所以说线性放大器的动态范围的下限受所要求的信号噪声比(门限电平)限制,而上限受饱和或限幅电平限制。所以我们可用公式:
DR= P-1 dB + 171 – 10log(B) – F – G,得出动态范围
B=放大器或系统的噪声带宽(GHz)
NF=放大器或系统的噪声系数(dB)
例:现有一个增益40dB,噪声系数3 dB, P-1 dB 为15 dBm和噪声带宽1GHz的低噪声放大器,其动态范围DR=15+171-90-3-40=53 dB。
输入输出驻波比VWSR
驻波比和回波损耗都是表示信号反射性能的参数。回波损耗说明入射功率的一部分被反射回到信号源。通常要求反射功率尽量小,这样就有更多的功率传送到负载。回波损耗RL=-10log反射功率/入射功率=-20lgΓ(Γ为反射系数),驻波比VSWR=1+Γ/1-Γ。
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