مبانی شکل نویز (NF) مبانی: چه کاری است و چگونه می توان از آن برای کمک به شما در طراحی گیرنده استفاده کرد - تک مرحله.

شکل نویز (NF): یک اسطوره و همچنین یک پارامتر مهم RF.

این یکی از شرایطی است که بسیاری از افراد RF در درک و استفاده از آن برای آنها مشکل دارند.

فرمول های پیچیده ای وجود دارد که می توانید هنگامی که از طریق آنها کار می کنید بسیار گیج شوید.

و ممکن است در طراحی صحیح گیرنده از آنها به درستی استفاده کنید.

هنگام طراحی مدارها برای استفاده با سیگنالهای بسیار ضعیف ، نویز یک نکته مهم است.

شکل نویز (NF) اندازه گیری میزان استفاده دستگاه از سیگنال به نویز (SNR) است که مقادیر کمتری نشان دهنده عملکرد بهتر است.

میزان نویز هر دستگاه در مسیر سیگنال باید به اندازه کافی باشد که باعث کاهش قابل توجه سیگنال به نویز نگردد.

من مفاهیم ساده و متداول RF را به شما نشان می دهم و در نهایت می توانید پروژه های RF و محصولات قابل فروش را در مدت زمان بسیار کوتاهی بدون اینکه اشتباه زیادی انجام دهید ، طراحی و تکمیل کنید.

من همچنین برای کسانی از شما که مایل به یادگیری جزئیات پیشرفته تر هستند ، چند منبع تهیه می کنم.

"kTB" چیست؟
قبل از بحث در مورد نویز فاکتور و نویز شکل ، ما باید از سر و صدای گیرنده بهتر بدانیم.

اولین چیزی که باید بدانیم این است که سر و صدای گرمایی در همه جای فضا وجود دارد و این حداقل قدرت سر و صدایی است که باید با آن روبرو شویم و بتوانیم از آن استفاده کنیم.

به هیچ وجه نمی توانیم از شر آن خلاص شویم.

اگر این سر و صدای اصلی وجود نداشت ، طراحی گیرنده بسیار ساده تر می شد.

همه انواع دیگر نویز مطلوب نیستند و باید تمام تلاش خود را برای به حداقل رساندن آنها انجام دهیم.

معمولاً صدا را در وات بیان می کنیم زیرا این نوع قدرت است.

دامنه این قدرت سر و صدا حرارتی است:

نویز حرارتی = k (ژول / ˚K) × T (˚K) × B (هرتز)

در جایی که k ثابت بولتزمن در ژول / ˚K است ، درجه حرارت T در دمای کلوین (° K) ، و B پهنای باند در هرتز است.

اگر ،
k = 1.38 × 10−23
T = 290 ° K (معادل 17 درجه سانتیگراد یا 62.6 درجه فارنهایت)
و
B = 1Hz
سپس،
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 − 10−21W / هرتز
= 4.002 × 10−18mW / Hz

اگر آن را به dBm تبدیل کنیم ،
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0−180 = −174dBm / Hz
این میزان قدرت نویز حرارتی در پهنای باند 1 هرتز در دمای 17 درجه سانتیگراد است و شما باید قبل از کار با نویز شکل ، این عدد را به یاد داشته باشید.

دما و دما:

جدول زیر نویز حرارتی در هرتز در مقابل دما را نشان می دهد:

همانطور که در این جدول مشاهده می کنید ، اختلاف نویز حرارتی بین این 2 درجه حرارت شدید -40 درجه سانتیگراد و 75 درجه سانتیگراد تنها است

173.2−174.9 = 1.7dBm

بنابراین ، برای راحتی کار ، ما معمولاً عدد میانی 17 درجه سانتیگراد (290 درجه کیلوگرم) و -174 دسی بل را به عنوان منبع در نظر می گیریم.

پهنای باند فرکانس نویز حرارتی و بهره برداری:

برای پهنای باند 1 مگاهرتز ،

نویز حرارتی = 174dBm + 10log (1 106 XNUMX)

= 114dBm

ما "سر و صدای حرارتی" را با 2 سوال پیچ خواهیم کرد تا چقدر در مورد این اصطلاح اطلاع دارید. شما باید آن را کاملاً بدانید قبل از ادامه مشاهده این پارامتر مهم "شکل نویز" که در ادامه به آن خواهیم پرداخت:

Q1:  چند دسی بل در هرتس نویز حرارتی در -25 درجه سانتی گراد است؟

پاسخ     -174.7 دسی بل

Q2: dBm چقدر سر و صدا حرارتی با پهنای باند 250 کیلوهرتز در 65 درجه سانتیگراد دارد؟

پاسخ     -119.3 دسی بل


سیگنال نسبت نویز (SNR)
 


حساسیت گیرنده معیاری از توانایی گیرنده برای تغییر ساختار و دریافت اطلاعات از سیگنال ضعیف است. ما حساسیت را کمترین سطح قدرت سیگنال می دانیم که از آن می توانیم اطلاعات مفیدی بدست آوریم.

ضعیف ترین سیگنالی که یک گیرنده می تواند از آن تبعیض کند ، تابعی از میزان سر و صدای حرارتی گیرنده به سیگنال است. نسبت سیگنال به نویز راحت ترین روش برای تعیین کمیت این اثر است.

برای نسبت سیگنال ورودی به نویز ،

SNRin = گناه / نین

در جایی که Sin سطح سیگنال ورودی و Nin سطح نویز ورودی است.

برای نسبت سیگنال خروجی به نویز ،

SNRout = جنوب شرقی / شب

جایی که جنوبی سطح سیگنال خروجی و Nout سطح صدای نویز خروجی است.

از آنجایی که kTB در همه جا وجود دارد ، South / Nout هرگز نمی تواند از Sin / Nin بهتر باشد. بنابراین ، بهترین وضعیتی که می توانید داشته باشید:

ساوت / نود = گناه / نین ، (SNRout = SNRin)
 
فاکتور سر و صدا (F) و
شکل نویز (NF)
ما باید قبل از ادامه این دو اصطلاح "عامل نویز" و "شکل صدا" را تعریف کنیم.

عامل نویز (F) = Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
ضریب سر و صدا اندازه گیری از چگونگی تخریب نسبت سیگنال به نویز توسط یک دستگاه است.

قبل از اینکه بتوانید با نویز شکل کار کنید ، باید این تعریف را به صورت قلب به خاطر بسپارید.

یک مدار الکترونیکی کامل (که وجود ندارد) می تواند یک عامل نویز 1 باشد.

در دنیای واقعی همیشه از 1 بیشتر است.

و به سادگی ،

= log (SNRin) −log (SNRout)

شکل نویز همیشه بیشتر از 0 dB است.

من می خواهم این 2 اصطلاح مهم را با استفاده از 3 مثال زیر توضیح دهم و امیدوارم که شما در هر مرحله یک قدم به دنبال آن باشید.

مثال شماره 1
اگر مدار الکترونیکی شفاف باشد ، افزایش 0 است ، سطح نویز داخلی Nckt نیز 0 است.

پاسخ

از آنجا که سین = سوت و نین = شب

فاکتور سر و صدا (F) = 1 و

شکل نویز (NF) = 10log (1) = 0

این نوع مدار تقریباً وجود ندارد.

مثال شماره 2
اگر مدار الکترونیکی یک رقیق کننده مقاومت 6 دسی بل π شبکه (-6 DB) باشد ، فاکتور نویز چیست؟

پاسخ

هم سین و هم نین 6 دسی بل زیان دارند

جنوب = (1/4) گناه و ظاهرا ،

شب = (1/4) نین

اما حداقل سر و صدای حرارتی در هر نقطه kTB است.

پس
شب = kTB
از این رو،
عامل نویز (F) = Sin / NinSout / Nout
= Sin / kTB (1/4) Sin / kTB = 4
و
شکل نویز (NF) = 10log (4) = 6dB
رقم نویز دقیقاً برابر با کاهش 6dB است ، همانطور که انتظار می رود.

مثال شماره 3

یک آمپلی فایر دارای 12 دسی بل می باشد و میزان نویز آن 3 دسی بل است ،

(الف) میزان نویز در هر هرتز (در dBm) در درگاه خروجی ، و

(ب) سر و صدای اضافی در هر هرتز (در dBm) ایجاد شده در این تقویت کننده چیست؟




پاسخ

(A).
از آنجا که،
پس

جنوب = 16 × گناه

Sin / Nin16Sin / Nout = 1.995

از این رو، میزان نویز (در dBm) در درگاه خروجی:

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= 159.0dBm

(B).

و

شب = 16 × نین + (x + 1) kTB = (17 + x) kTB

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

بعد از چند مرحله عمل

X = 15

بنابراین سر و صدای اضافی (در dBm) ایجاد شده در این تقویت کننده عبارت است از:

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 × 10−17mW = −162.2dBm

 

خوب ، زمان برای تکمیل این مقاله است. آیا دوست دارید بدانید که آیا واقعاً می دانید شکل نویز چیست و چگونه از آن استفاده کنید؟ از این 2 سوال مطلع شوید:

Q1: سود LNA 20 دسی بل است. اگر سطح نویز اندازه گیری شده در پورت خروجی -152 dBm / Hz باشد ، NF این تقویت کننده چقدر است؟

جواب 2 دسی بل

Q2: NF یک آمپلی فایر 1.0 دسی بل و پهنای باند فرکانس عملکرد 200 کیلوهرتز است ، اگر سطح سر و صدای پورت خروجی اندازه گیری شده -132 دسی بل در دقیقه باشد ، سود این آمپلی فایر چیست؟

جواب 18 دسی بل

ترک یک پیام 

فهرست پیام