雷达接收机的噪声系统及灵敏度 留言

接收机是雷达系统中必不可少的的一部分，而接收机性能也关系到雷达的正作。接收机根据其系统架构可以分成：超外差接收机、宽带中频接收机、零中频接收机、数字中频接收机等。接收机在朝着高集成度、低功耗、射频前端的软件化、数字化发展。

雷达接收机的射频前端主要进行的是滤波、放大、频率转换等信号处理，而固有噪声存在于整个接收机前端系统，从而对接收的雷达信号产生影响，降低了输入射频信号的信噪比。而噪声系数(NF)就是对这种影响的度量。所有接收机的灵敏度都受到热噪声的限制，而在雷达中，主要是来自接收机的热噪声(而不是外部噪声源)。

系统的噪声系数决定了最小可检测有用信号或者接收机的灵敏度。噪声系数的线性描述-噪声因子，是一个无单位的量，它是接收机所有的输出噪声(包括输入信号引入的噪声和接收器本身产生的噪声)和仅有输入噪声产生的输出噪声之比。

式中，SNRin是接收机输入信噪比，SNRout是接收机输出信噪比。

级联系统的噪声系数可由如下公式表征。假设在一系列放大器链路中，第一级放大器的增益是G1、噪声系数为F1，第二级放大器的的增益是G2、噪声系数为F2，第三级放大器的增益是G3、噪声系数为F3，以此类推，那么总的噪声系数F如下式所示：

如果G1值很高，那么除了F1之外，其他项的贡献都可以忽略不计，这是一个良好设计系统追求的目标。因此，系统噪声系数很大程度上取决于接收机链路的第一级。

在大多数现代雷达系统中，采用基于砷化镓(GaAs)或氮化镓(GaN)的半导体低噪声放大器(LNA)。这些部件彻底改变了雷达接收机的设计，使雷达接收机噪声系数轻松提高1dB，这比以前的系统好10倍左右。

当然，做任何事情都是需要代价的，避免失真也是至关重要的，因此低噪声放大器具有线性是至关重要的。一个非常高的增益器件(大的G1)往往缺乏线性度，因此，在线性度和噪声系数之间进行权衡是接收机设计的一个重要方面。

在有源电子扫描阵列(AESA)雷达中，通常在阵列的每个发射/接收模块中包含一个低噪声放大器，这减少或消除了在后续接收机的输入端接入低噪声放大器的需求。任何给定的阵列都有许多低噪放，在典型的机载AESA雷达中可能有1000个或更多。

接收机灵敏度是指接收机能够输出规定信噪比(S/N)的信号时，该接收机输入端的最小可检测信号功率Smin；灵敏度表示接收机接受微弱信号的能力，接收机的灵敏度取决于它的输出信噪比(SNR)和内部噪声。

其中k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，室温时取290K，B为噪声通带。灵敏度是一个功率电平，一般用dBm表示，通常是一个比较大的负dBm。

由上式可以看出系统所能接收的信号越微弱，则表示接收机的灵敏度越高。常温下的接收机灵敏度由噪声系数、匹配带宽和所需信噪比决定。

原文始发于微信公众号（雷达通信电子战）