Geraasfiguur (NF) Basics: Wat is dit en hoe om dit te gebruik om u te help om 'n ontvanger te ontwerp - enkel verhoog?

Ruisfiguur (NF): 'n mite sowel as 'n belangrike RF-parameter.

Dit is een van die terme dat baie RF-mense probleme ondervind om regtig te verstaan ​​en toe te pas.

Daar is ingewikkelde formules om u deurmekaar te maak sodra u dit deurgewerk het.

En u kan probleme ondervind om dit behoorlik toe te pas om 'n ontvanger te ontwerp.

Wanneer u stroombane ontwerp vir gebruik met uiters swak seine, is geraas 'n belangrike oorweging.

Geraasfiguur (NF) is 'n maatstaf van hoeveel 'n toestel die sein tot geraasverhouding (SNR) verneder, met laer waardes wat beter prestasie aandui.

Die geraasbydrae van elke apparaat in die seinpad moet laag genoeg wees dat dit nie die sein tot geraas-verhouding beduidend sal beïnvloed nie.

Ek sal u die maklike en algemene RF-konsepte wys, en u kan uiteindelik RF-projekte en verkoopbare produkte binne 'n baie kort tydjie ontwerp en voltooi sonder om baie foute te maak.

Ek voorsien ook 'n paar bronne vir die van u wat meer gevorderde inligting wil leer.

Wat is “kTB”?
Voordat ons geraasfaktor en geraasfiguur bespreek, moet ons beter weet oor die geraas van die ontvanger.

Die eerste ding wat ons moet weet, is dat daar 'n termiese geraas oral in die ruimte is, en dit is die minimale geraas wat ons nodig het om in die gesig te staar en te hanteer.

Geen manier waarop ons daarvan ontslae kan raak nie.

Ontvangerontwerp sou baie makliker gewees het as hierdie basiese geraas nie bestaan ​​het nie.

Alle ander soorte geraas is nie wenslik nie en ons moet ons bes doen om dit te minimaliseer.

Gewoonlik druk ons ​​geraas in watt uit, aangesien dit een soort krag is.

Die amplitude van hierdie termiese geluidskrag is:

Termiese geraas = k (Joules / ˚K) × T (˚K) × B (Hz)

Waar k Boltzmann se konstante in Joules / ˚K is, is T temperatuur in ° Kelvin (° K), en B die bandwydte in Hz.

As,
k = 1.38 × 10-23
T = 290 ° K (gelykstaande aan 17 ° C of 62.6 ° F)
En,
B = 1HZ
Dan,
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 × 10-21W / Hz
= 4.002 × 10-18mW / Hz

As ons dit omskakel na dBm,
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0-180 = -174dBm / Hz
Dit is die hoeveelheid termiese geraasvermoë in 'n bandbreedte van 1 Hz @ 17 ° C en u moet hierdie nommer uit die oog onthou voordat u met Noise Figure werk.

Termiese geraas en temperatuur:

Die tabel hieronder toon die termiese geraas per hertz teenoor temperatuur:

Soos u in hierdie tabel kan sien, is die verskil tussen termiese geraas tussen hierdie 2 ekstreme temperatuur -40 ° C en 75 ° C slegs

-173.2-174.9 = 1.7dBm

Daarom neem ons gerieflikheidshalwe gewoonlik die middelste getal 17 ° C (290 ° K) en -174 dBm as verwysings.

Termiese geraas en werking frekwensie bandwydte:

Vir 'n bandbreedte van 1 MHz,

Termiese geraas = −174dBm + 10log (1 × 106)

= -114dBm

Ons sal “termiese geraas” met twee vrae inpak om te toets hoeveel u van hierdie term weet. U moet dit deeglik ken voordat u verder gaan met die belangrike parameter “Ruisfiguur” wat ons hieronder sal bespreek:

Q1:  Hoeveel dBm per hertz is die termiese geraas by -25 ° C?

Ans.     -174.7 dBm

Q2: Hoeveel dBm is die totale termiese geraas met 'n bandwydte van 250 kHz by 65 ° C?

Ans.     -119.3 dBm


Verhouding sein / ruis (SNR)
 


Ontvanger sensitiwiteit is 'n maatstaf van die vermoë van 'n ontvanger om te demoduleer en inligting vanaf 'n swak sein te ontvang. Ons kwantifiseer sensitiwiteit as die laagste seinvermoë vlak waaruit ons nuttige inligting kan kry.

Die swakste sein wat 'n ontvanger kan onderskei, is 'n funksie van hoeveel termiese geraas die ontvanger by die sein voeg. Die sein tot geraas verhouding is die maklikste manier om hierdie effek te kwantifiseer.

Vir die verhouding van insetsein tot geraas,

SNRin = Sonde / Nin

Waar Sin die insetseinvlak is en Nin die insetgeruisvlak.

Vir die verhouding van uitsetsein tot geraas,

SNRout = Sout / Nout

Waar Sout die uitsetseinvlak is en Nout die uittree-geraasvlak.

Aangesien kTB oral is, kan Sout / Nout nooit beter wees as Sin / Nin nie. Daarom is u die beste situasie:

Sout / Nout = Sin / Nin, (SNRout = SNRin)
 
Geraasfaktor (F) en
Geraasfiguur (NF)
Ons moet hierdie twee terme “Noise Factor” en “Noise Figure” definieer voordat ons verder gaan.

Geraasfaktor (F) = Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
Geraasfaktor is 'n maatstaf van hoe die sein tot geraas-verhouding deur 'n toestel afgebreek word.

U moet hierdie definisie uit die oog onthou voordat u met Noise Figure kan werk.

'N Perfekte elektroniese stroombaan (wat nie bestaan ​​nie) sou 'n geraasfaktor van 1 hê.

In die regte wêreld is dit altyd groter as 1.

En eenvoudig,

= Log (SNRin) -log (SNRout)

Ruisfiguur is altyd groter as 0 dB.

Ek wil hierdie twee belangrike terme met drie voorbeelde hieronder verduidelik, en ek hoop dat u tyd sal neem om elke stap deur te voer.

Voorbeeld # 1
As die elektroniese stroombane deursigtig is, dan is die wins 0, die interne geraasvlak Nckt is ook 0.

Ans.

Aangesien Sin = Sout en Nin = Nout

Geraasfaktor (F) = 1 en

Ruisfiguur (NF) = 10log (1) = 0

Hierdie soort stroombaan bestaan ​​amper nie.

Voorbeeld # 2
As die elektroniese stroombane 'n 6 dB-weerstand π-netwerkdemping is (-6 DB), wat is die Ruisfaktor?

Ans.

Beide Sin en Nin het 6 dB verliese, dus

Sout = (1/4) Sonde en veronderstel,

Nout = (1/4) Nin

Maar die minimale termiese geraas op enige plek is kTB.

So,
Nout = kTB
Daarom,
Geraasfaktor (F) = Sin / NinSout / Nout
= Sonde / kTB (1/4) Sonde / kTB = 4
En,
Geraasfiguur (NF) = 10log (4) = 6dB
Die geraassyfer is presies dieselfde as die verswakking 6dB, soos verwag.

Voorbeeld # 3

'N Versterker het 'n toename van 12 dB en die geluid is 3 dB,

(a) wat die geraasvlak per Hz (in dBm) by die uitvoerpoort is, en

(b) wat is die ekstra geraas per Hz (in dBm) wat in hierdie versterker geskep word?




Ans.

(A).
sedert,
So,

Sout = 16 × Sonde

Sonde / Nin16Sin / Nout = 1.995

Daarom, die geraasvlak (in dBm) by die uitvoerpoort is:

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= -159.0dBm

(B).

en

Nout = 16 × Nin + (x + 1) kTB = (17 + x) kTB

F = Sonde / kTB16Sin / (17 + x) kTB = 2

Na 'n paar stappe van die operasie

x = 15

Die ekstra geraas (in dBm) wat in hierdie versterker geskep word, is dus:

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 × 10-17mW = -162.2dBm

 

Goed, dit is tyd om hierdie artikel op te som. Hou u daarvan om te weet of u regtig verstaan ​​wat Ruisfiguur is en hoe om dit te gebruik? Vind uit hierdie twee vrae:

V1: 'n LNA het 'n wins van 20 dB. As die gemete geraasvlak by die uitvoerpoort -152 dBm / Hz is, wat is die NF van hierdie versterker?

Ans. 2 dB

V2: Die NF van 'n versterker is 1.0 dB en die frekwensiebandbreedte van die operasie is 200 kHz. As die gemete uitsetpoort-ruisvlak -132 dBm is, wat is die wins van hierdie versterker?

Antw. 18 dB

Los 'n boodskap 

boodskap Lys