雷達接收機噪聲系數(shù)定義 接收機噪聲系數(shù)是多少

接收機是雷達系統(tǒng)中必不可少的的一部分，而接收機性能也關(guān)系到雷達的正作。接收機根據(jù)其系統(tǒng)架構(gòu)可以分成：超外差接收機、寬帶中頻接收機、零中頻接收機、數(shù)字中頻接收機等。接收機也朝著高集成度、低功耗、射頻前端的軟件化、數(shù)字化發(fā)展。

雷達接收機的射頻前端主要進行的是濾波、放大、頻率轉(zhuǎn)換等信號處理，而固有噪聲存在于整個接收機前端系統(tǒng)，從而對接收的雷達信號產(chǎn)生影響，降低了輸入射頻信號的信噪比。而噪聲系數(shù)(NF)就是對這種影響的度量。所有接收機的靈敏度都受到熱噪聲的限制，而在雷達中，主要是來自接收機的熱噪聲(而不是外部噪聲源)。

噪聲系數(shù)

噪聲系數(shù)是一個衡量接收機在接收和放大信號時引入的額外噪聲的參數(shù)。噪聲系數(shù)越低，接收機的性能越好，因為它引入的額外噪聲越少。 系統(tǒng)的噪聲系數(shù)決定了最小可檢測有用信號或者接收機的靈敏度。噪聲系數(shù)的線性描述-噪聲因子，是一個無單位的量，它是接收機所有的輸出噪聲(包括輸入信號引入的噪聲和接收器本身產(chǎn)生的噪聲)和僅有輸入噪聲產(chǎn)生的輸出噪聲之比。

式中，SNRin是接收機輸入信噪比，SNRout是接收機輸出信噪比。

級聯(lián)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)可由如下公式表征。假設(shè)在一系列放大器鏈路中，第一級放大器的增益是G1、噪聲系數(shù)為F1，第二級放大器的的增益是G2、噪聲系數(shù)為F2，第三級放大器的增益是G3、噪聲系數(shù)為F3，以此類推，那么總的噪聲系數(shù)F如下式所示：



如果G1值很高，那么除了F1之外，其他項的貢獻都可以忽略不計，這是一個良好設(shè)計系統(tǒng)追求的目標。因此，系統(tǒng)噪聲系數(shù)很大程度上取決于接收機鏈路的第一級。

在大多數(shù)現(xiàn)代雷達系統(tǒng)中，采用基于砷化鎵(GaAs)或氮化鎵(GaN)的半導(dǎo)體低噪聲放大器(LNA)。這些部件徹底改變了雷達接收機的設(shè)計，使雷達接收機噪聲系數(shù)輕松提高1dB，這比以前的系統(tǒng)好10倍左右。

當然，做任何事情都是需要代價的，避免失真也是至關(guān)重要的，因此低噪聲放大器具有線性是至關(guān)重要的。一個非常高的增益器件(大的G1)往往缺乏線性度，因此，在線性度和噪聲系數(shù)之間進行權(quán)衡是接收機設(shè)計的一個重要方面。

在有源電子掃描陣列(AESA)雷達中，通常在陣列的每個發(fā)射/接收模塊中包含一個低噪聲放大器，這減少或消除了在后續(xù)接收機的輸入端接入低噪聲放大器的需求。任何給定的陣列都有許多低噪放，在典型的機載AESA雷達中可能有1000個或更多。

靈敏度

我們知道靈敏度越高，接收機的性能越好，因為它能夠檢測到更弱的信號。接收機靈敏度是指接收機能夠輸出規(guī)定信噪比(S/N)的信號時，該接收機輸入端的最小可檢測信號功率Smin；靈敏度表示接收機接受微弱信號的能力，接收機的靈敏度取決于它的輸出信噪比(SNR)和內(nèi)部噪聲。



其中k為玻爾茲曼常數(shù)，T為絕對溫度，室溫時取290K，B為噪聲通帶。靈敏度是一個功率電平，一般用dBm表示，通常是一個比較大的負dBm。

由上式可以看出系統(tǒng)所能接收的信號越微弱，則表示接收機的靈敏度越高。常溫下的接收機靈敏度由噪聲系數(shù)、匹配帶寬和所需信噪比決定。

噪聲系數(shù)和靈敏度之間的關(guān)系可以概括為：噪聲系數(shù)越低，接收機的靈敏度越高。這是因為，當接收機引入的額外噪聲減少時，它能夠檢測到的最小信號強度也就降低，因此靈敏度提高?？偟膩碚f，為了提高雷達接收機的性能，可以降低噪聲系數(shù)以提高靈敏度。

審核編輯：劉清