多輸入單輸出的系統，噪聲系數應該怎么算呢？

(1)

元旦前，有號友問了一個問題，就是，多輸入單輸出的系統，噪聲系數應該怎么算呢？

兩路輸入，算是同幅同相的，那這個噪聲系數該怎么算呢？

接觸到這個問題后，我在腦子里演算了一下，給的回答是這樣的。

但是，顯然這個回答沒有說服力，無仿真，無推導。

今天上班后，本來想直接就搞課程仿真的。

但是想到號友的這個問題，本身也可以作為公眾號的素材，反正我每天也都是要花時間寫公眾號的；而且，我自己也比較感興趣。所以，就查閱了一些資料，見參考文獻【1】，升華了一下理論，同時也加深了自己的印象。

(2)

首先，先用ADS進行一下簡單的S參數仿真。

用一個信號源+功分器來產生兩個輸入信號。仿真結果如下圖所示。

從仿真結果看，上面的這種架構的噪聲系數和增益，和單路放大器的噪聲系數和增益基本一致。

(3)

那為啥會這樣呢？上面是仿真，那怎么從理論上來分析呢？

熟知的噪聲系數的定義，是這樣的。

所以，如果能分別得到SNRin和SNRout，那噪聲系數也就可以得到了。

在分析上面的架構前，需要先說明一件事情，那就是在上面的架構下，信號是相關的，噪聲是不相關的。

因為信號是相關的，所以用電壓來表示信號的大小。

假設這個功分器是一個理想的Wilkinson功分器，即S參數為：

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在繼續之前，先來回顧一下S參數的定義。

以兩端口為例，S參數定義如下。其中a1/b1分別為1端口入射波/反射波電壓，a2/b2分別為2端口入射波/反射波電壓。

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假設輸入信號的電壓是vin，因為兩路信號相關，且同幅同相，結合Wilkinson功分器的S參數，可以得到下圖所列的等式，即Vout=-Vin*sqrt(G)，也就是說，這個架構的增益和單路放大器是一致的。

（6）

兩個分路的熱噪聲，不相關。

假設1路的熱噪聲為x1(t)，2路的熱噪聲為x2(t)，所以，兩路噪聲疊加后的平均功率為：

所以，當x1(t)和x2(t)不相關的時候，兩路噪聲疊加后的功率即是兩路噪聲的疊加，即：

因此，上面仿真架構的輸出噪聲可以由下圖的計算表示。

也就是說，Nout=KT0B*G*F，即上述架構的輸出噪聲也是和單路放大器的輸出噪聲是相等的。

在這里，注意一下，在1處和2處，還有一個小小的知識點。在1處，因為已經是熱噪聲，所以雖然功分器有3dB的理論損耗，但是因為熱噪聲已經是最小的了，所以噪聲沒有變化。但是在2處，熱噪聲就會按照3dB的理論損耗來計算了。

(5)

所以，Sout/Nout=Pin*G/(KTB*G*F)

而Sin/Nin=Pin/(KTB)

所以，總的噪聲系數為：

也就是說，上述架構的噪聲系數，就等于單路放大器的噪聲系數。

到此，理論和仿真是符合的。

審核編輯：劉清