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im体育电竞:公式术语大全:信号处理与通信技术基础

 2022-08-15 03:20:14
来源:im电竞平台入口 作者:im电竞APP

  Harry Nyquist 博士假设:Nyquist 采样定理对于具有最大频率 fMAX 的有限带宽信号,等间隔采样频率 fS 必须大于两倍的最大频率 fMAX,才能唯一地重建信号而不会有混叠现象。

  Nyquist 采样定理可以归纳为两个简单规则,然而,对于 DSO 技术而言却不是那么简单。

  其中 B 表示测得的带宽 (Hz),S 表示接收的信号平均功率 (W),N 表示平均噪声功率 (W)。信道容量可以通过增加带宽或优化信噪比 (SNR = S/N) 来增加。实际上,该定理给出了理论上的最大值,但没有说明哪种信号概念可以让我们最接近 这一极限。

  表征器件时,发生的反射数量由入射信号“看到”的阻抗决定。阻抗可以用实部和虚部来 表示(R + jX 或 G + jB),因此我们可以在一个称为阻抗复平面的矩形网格上绘制出阻抗。不过,开路(一种常见的射频阻抗)出现在实轴的无穷远处,因此无法显示出来。此时我们可以使用极坐标图,因为它能够覆盖整个阻抗面。它不是直接绘制复值反射系数 的阻抗图,而是以矢量形式显示。矢量的幅度是其距离显示中心的距离,矢量与从中心点 到最右边的直线之间的角度即为相位。极坐标图的缺点是不能直接从显示图中读取阻抗值。由于复阻抗与反射系数之间有一一对应的关系,故阻抗复平面的正实半部分可以映射到 极坐标显示图, 结果便形成了史密斯圆图。所有电抗值和从 0 到无限大的所有正电阻值 均落在史密斯圆图内(图 6)。在史密斯圆图上,恒定电阻的轨迹表现为圆,而恒定电抗的轨迹表现为圆弧。

  史密斯圆图上的阻抗始终归一化为所关注的元器件或系统的特征阻抗,对于射频和微波系统来说 通常是 50 Ω,对广播和有线 Ω。理想的终端位于史密斯圆图的中心。

  标准雷达频带字母术语表经 IEEE 标准 521-2002 (IEEE 雷达频段标准字母命名规范)许可进行再版, IEEE 版权所有, 2003 年。IEEE 对按照描述方式放置和使用仪器不承担任何责任或义务。

  在矢量网络分析仪 的术语中,一般用参考通道 (R) 表示入射波的测量结果。A 通道负责测量反射波,B 通道 负责测量传输波。

  反射特性和传输特性可以用矢量(幅度和相位)、标量 (只有幅度)或纯相位表示。例如,回波损耗是反射的标量测量结果,而阻抗则是反射的 矢量测量结果。我们也可以使用比值测量法进行反射和传输测量,这样可以避免受到绝对 功率以及源功率随频率变化产生的影响。反射量的比值通常用 A/R 表示,而传输量的 比值为 B/R,它们与仪器中的测量通道有关。

  反射量比值的最常用术语是复反射系数或 gamma。的幅值称为或 rho。反射系数 是反射信号电压电平与入 射信号电压电平之比。例如,端接特性阻抗 Zo 的 传输线将把全部能量传送至负载,所以 Vrefl = 0,r = 0。当负载阻抗 ZL 不等于特性阻抗

  时, 能量会发生反射, 0。当负载阻抗等于短路或开路时,全部能量都被反射,= 1。因此,的取值范围为 0 至 1。

  回波损耗是以对数形式 (dB) 表示反射系数的一种方法。回波损耗是反射信号低于入射 信号的 dB 数。回波损耗总是为正数,介于无限大(使用特性阻抗负载端接)和 0 dB(开 路或短路端接)之间。另一个表示反射的常用术语是电压驻波比 (VSRW),它定义为射频 包络的最大值与最小值之比。它等于 (1 +)/(1 –)。VSWR 的数值范围为 1(无反射)到 无限大(全反射)。

  若发射电压的绝对值大于入射电压 的绝对值,则意味着被测器件或系统有增益。若发射电压的绝对值小于入射电压的绝对值, 则意味着被测器件或系统有衰减或插入损耗。传输系数的相位部分称为插入相位。

  噪声系数是用来描述一个系统中出现的过多的噪声量的品质因数。把噪声系数降低到最小的程度可以减小噪声对系统造成的影响。

  系统设计人员总是在尽最大努力使整个系统的信噪比 (SNR) 达到最优,为了达到这个目的,可以用把信号提高的办法,也可以用把噪声降低的办法。在像雷达这样的发射/接收系统中,提高信噪比的一种方法是用更大的大功率放大器来提高发射信号的功率,或使用大口径天线。降低在发射机和接收机之间信号传输路径上的损耗也可以提高 SNR,但是信号在传输路径上的损耗大都是由工作环境所决定的,系统设计人员控制不了这方面的因素。还可以通过降低由接收机产生的噪声来提高 SNR-通常这都是由接收机前端的低噪声放大器 (LNA) 的质量决定的。与使用提高发射机功率的方法相比,降低接收机的噪声 (以及让接收机的噪声系数的指标更好) 的方法会更容易和经济一些。

  噪声系数的定义是很简单和直观的。网络的噪声因子 (F) 的定义是输入信号的 SNR 除以输出信号的 SNR:

  噪声参数在被测器件的输入端口和测试仪器内置噪声接收机的输入端口上都会产生影响。要想了解为什么噪声参数会给测量结果带来误差,我们首先需要了解什么是噪声参数。放大器的噪声参数描述了噪声系数随着源阻抗 Γs 而变化的情况。在史密斯圆图上,噪声参数通常被绘制为恒定噪声系数圆 (下图)。一组给定的噪声系数圆是在某一个频率上有效的。对任何一种放大器,不论是独立的放大器还是嵌入到变频器前端的放大器,在达到某个最优阻抗时就会出现一个最小噪声系数,我们把这个最优阻抗叫做 gamma-opt (Γopt)。源阻抗偏离最优阻抗越远,放大器的噪声系数就会越大。放大器的噪声参数与晶体管内偏置电流和工作频率都有关。

  从这个公式中可以看到噪声因子 F 是随着源阻抗 Γs 而变化的。除了 Z0 (50 Ω 系统基准阻抗) 之外,还有三个被称作噪声参数的常数 (两个标量常数,一个矢量常数)。这四个噪声参数是: Fmin (最小噪声因子)、Γopt-magnitude、Γopt-phase (对应于 Fmin 的最优源阻抗) 和 Rn (噪声电阻,这是一个灵敏度参数,控制当源阻抗偏离 Γopt 时噪声系数的降级速度)。恒定噪声圆是由公式中的那些包含 Γs 在内的绝对值平方项决定的。

  为了解为什么器件的噪声系数会随着输入匹配而变化,我们需要仔细看一下放大器上有噪声的双端口模型。一个有噪声的双端口网络会有两个噪声来源: 一个是和输入端口有关的,另一个是和输出端口有关的。从数学的角度看,噪声发生器可以表示为电流源或电压源,或者是两者的组合。下图下方显示了噪声分析最常用的模型,因为它把噪声发生器与理想的增益模块分隔开来,并把噪声发生器置入放大器的输入端口,这会让人们更容易地理解源匹配与两个噪声发生器的交互作用。通常情况下这两个噪声源是彼此独立的,但是它们之间也会因为放大器在物理和电气方面的特征而表现出一定的相关性。

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