混频器噪声系数那些事

从无源混频器的手册中，一般找不到混频器的噪声系数这一指标。

但是，在设计时，我们一般假定混频器的噪声系数=混频器的变频损耗。只所以这样近似，是因为任何完美匹配的无源器件的噪声系数等于器插入损耗，如果器件所处的温度等于290K(16.85度)的话。

但是如果考虑到无源器件不匹配的情况下，这个值可能会有所波动，但波动值不会很大。

但上述经验法则得到的噪声系数是DSB双边带噪声系数，而对于SSB单边带噪声系数，则需要再加上3dB。

那到底什么是单边带噪声系数？什么又是双边带噪声系数呢？

单边带噪声系数(SSB NF)

我们考虑混频器是一个无噪声的混频器，且增益为1，如下图所示。

则在混频器的RF端，看到的频谱包括三个部分：有用信号，有用信号频率处的噪声，镜像频率处的噪声。

经过混频器后，以上三部分的频谱都会被搬移到中频上。

假设整个链路中，对待有用信号频率和镜像频率都一视同仁，即在这两个频率处，增益都一致。那么输出信噪比为输入信噪比的一半。此处假设混频器本身噪声系数是0dB。

因此，虽然我们考虑的混频器本身是无噪的，但是因为架构的原因，其的噪声系数为3dB。

当有用信号只出现在LO频率的一边，此时混频器的噪声系数，我们称之为单边带噪声系数(SSB)。超外差接收机一般就是这种情况。

双边带噪声系数(DSB NF)

如果RF信号是在LO两端的话，如下图所示。在这种情况下，有用信号带宽内的信号和噪声都会被变频到中频，因此如果假设混频器是无噪的，那么其输入SNR和输出SNR一样。所以混频器的噪声系数为0dB。

这个噪声系数，称为双边带噪声系数(DSB)。这种情况，通常发生在直接变频接收机中。

也就是，如果整体链路上，当其增益对于RF频率和镜像频率而言，是一样的话，那么混频器的SSB噪声系数要比DSB噪声系数高3dB。

所以在进行超外差接收机设计时，在链路上会放置镜像抑制滤波器。这个滤波器最重要的作用，就是抑制镜像频段处的噪声。如果抑制度足够的话，在估算接收机噪声系数时，就可以用DSB噪声系数。

参考文献：

(1) https://www.eravant.com/noise-figure-of-a-mixer

(2) Razavi   RF Microelectronics