Основы шума (NF): что это такое и как его использовать, чтобы помочь вам разработать приемник - одноступенчатый.

Коэффициент шума (NF): миф, а также важный параметр RF.

Это один из терминов, который многим людям в РФ трудно понять и применять.

Существуют сложные формулы, которые очень запутывают вас, когда вы прорабатываете их.

И у вас могут возникнуть трудности при их правильном применении для разработки приемника.

При разработке схем для использования с очень слабыми сигналами шум является важным фактором.

Коэффициент шума (NF) - это показатель того, насколько устройство ухудшает соотношение сигнал / шум (SNR), при этом более низкие значения указывают на лучшую производительность.

Вклад шума каждого устройства в тракте сигнала должен быть достаточно низким, чтобы он не значительно ухудшил отношение сигнал / шум.

Я покажу вам эти простые и общепринятые концепции RF, и вы в конечном итоге сможете разрабатывать и завершать проекты RF и продаваемые продукты за очень короткое время, не делая много ошибок.

Я также предоставлю несколько ресурсов для тех из вас, кто хотел бы узнать более подробную информацию.

Что такое «кТБ»?
Прежде чем обсуждать коэффициент шума и коэффициент шума, нам нужно лучше узнать шум приемника.

Первое, что нам нужно знать, это то, что повсюду в помещении присутствует тепловой шум, и это минимальная мощность шума, с которой нам нужно столкнуться и справиться.

Мы никак не можем от этого избавиться.

Конструкция приемника была бы намного проще, если бы этого основного шума не было.

Все другие виды шума нежелательны, и мы должны сделать все возможное, чтобы свести их к минимуму.

Обычно мы выражаем шум в ваттах, так как это один тип мощности.

Амплитуда этой мощности теплового шума составляет:

Тепловой шум = k (Дж / К) × T (˚K) × B (Гц)

Где k - постоянная Больцмана в Джоулях / К, T - температура в градусах Кельвина (° K), а B - ширина полосы в Гц.

Если,
к = 1.38 × 10-23
Т = 290 ° К (эквивалентно 17 ° С или 62.6 ° F)
И
В = 1 Гц
Тогда,
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 × 10-21W / Гц
= 4.002 × 10-18mW / Гц

Если мы переведем его в дБм, то
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0-180 = -174dBm / Гц
Это количество мощности теплового шума в полосе пропускания 1 Гц при 17 ° C, и вы должны запомнить это число наизусть, прежде чем работать с Noise Figure.

Тепловой шум и температура:

В приведенной ниже таблице показан тепловой шум на герц в зависимости от температуры:

Как видно из этой таблицы, разница тепловых шумов между этими двумя экстремальными температурами -2 ° C и 40 ° C составляет всего

-173.2-174.9 = 1.7dBm

Поэтому для удобства мы обычно берем среднее значение 17 ° C (290 ° K) и -174 дБмВт в качестве эталона.

Тепловой шум и рабочая частота:

Для полосы пропускания 1 МГц

Тепловой шум = −174 дБм + 10log (1 × 106)

= -114dBm

Мы завершим «тепловой шум» двумя вопросами, чтобы проверить, насколько вы знаете об этом термине. Вы должны тщательно это знать, прежде чем продолжать видеть этот важный параметр «Коэффициент шума», который мы обсудим ниже:

Q1:  Сколько дБм на герц составляет тепловой шум при -25 ° C?

Отв.     174.7-дБм

Q2: Сколько дБм является суммарным тепловым шумом с шириной полосы 250 кГц при 65 ° C?

Отв.     119.3-дБм


Отношение сигнал / шум (SNR)
 


Чувствительность приемника - это мера способности приемника демодулировать и получать информацию из слабого сигнала. Мы определяем чувствительность как самый низкий уровень мощности сигнала, из которого мы можем получить полезную информацию.

Самый слабый сигнал, который может различить приемник, зависит от того, сколько теплового шума приемник добавляет к сигналу. Отношение сигнал / шум является наиболее удобным способом количественной оценки этого эффекта.

Для отношения входного сигнала к шуму,

SNRin = Sin / нин

Где Sin - уровень входного сигнала, а Nin - уровень входного шума.

Для отношения выходного сигнала к шуму,

SNRout = Sout / Нут

Где Sout - уровень выходного сигнала, а Nout - уровень выходного шума.

Поскольку kTB везде, Sout / Nout никогда не может быть лучше, чем Sin / Nin. Поэтому лучшая ситуация, с которой вы можете столкнуться:

Sout / Nout = Sin / Nin, (SNRout = SNRin)
 
Коэффициент шума (F) и
Коэффициент шума (NF)
Нам нужно определить эти два термина «коэффициент шума» и «показатель шума», прежде чем идти дальше.

Коэффициент шума (F) = Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
Коэффициент шума - это показатель того, как устройство ухудшает отношение сигнал / шум.

Вам нужно запомнить это определение наизусть, прежде чем вы сможете работать с Noise Figure.

Идеальная электронная схема (которой не существует) имеет коэффициент шума 1.

В реальном мире оно всегда больше 1.

И просто,

= Лог (SNRin) -log (SNRout)

Коэффициент шума всегда больше 0 дБ.

Я хотел бы объяснить эти 2 важных термина, используя 3 примера ниже, и я надеюсь, что вам потребуется время, чтобы выполнить каждый отдельный шаг.

Пример #1
Если электронная схема прозрачна, то коэффициент усиления равен 0, уровень внутреннего шума Nckt также равен 0.

Отв.

Поскольку грех = Соут, а Нин = Ноут

Коэффициент шума (F) = 1 и

Коэффициент шума (NF) = 10log (1) = 0

Этот тип схемы почти не существует.

Пример #2
Если электронная схема представляет собой π сетевой аттенюатор с сопротивлением 6 дБ (-6 дБ), каков коэффициент шума?

Отв.

И Sin, и Nin имеют потери 6 дБ, поэтому

Соут = (1/4) Грех и предположительно,

Нут = (1/4) Nin

Но минимальный тепловой шум в любом месте - кТБ.

Итак,
Ноут = КТБ
Следовательно,
Коэффициент шума (F) = Грех / NinSout / Nout
= Sin / КТВ (1/4) Sin / КТВ = 4
И
Коэффициент шума (NF) = 10log (4) = 6 дБ
Коэффициент шума в точности соответствует затуханию 6 дБ, как и ожидалось.

Пример #3

Усилитель имеет усиление 12 дБ и коэффициент шума 3 дБ,

(а) каков уровень шума на Гц (в дБм) на выходном порте, и

(б) какой дополнительный шум на Гц (в дБм) создается в этом усилителе?




Отв.

(А).
Поскольку,
Итак,

Sout = 16 × Sin

Син / Nin16Sin / Нут = 1.995

Следовательно, Уровень шума (в дБм) на выходном порте составляет:

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= -159.0dBm

(Б).

И,

Нут = 16 × нин + (х + 1) КТБ = (17 + х) КТБ

F = Sin / kTB16Sin / (17 + х) = 2 КТБ

После нескольких шагов операции

х = 15

Таким образом, дополнительный шум (в дБм), создаваемый в этом усилителе:

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 × 10-17mW = -162.2dBm

 

Хорошо, пришло время завершить эту статью. Вам нравится знать, действительно ли вы понимаете, что такое Noise Figure и как его использовать? Узнайте из этих 2 вопросов:

Q1: LNA имеет усиление 20 дБ. Если измеренный уровень шума на выходном порте составляет -152 дБм / Гц, то каков коэффициент шума этого усилителя?

Ответ 2 дБ

Q2: Коэффициент шума усилителя составляет 1.0 дБ, а ширина полосы рабочей частоты составляет 200 кГц. Если измеренный уровень шума выходного порта составляет -132 дБмВт, каков коэффициент усиления этого усилителя?

Отв. 18 дБ

Оставить сообщение 

Список сообщений