Meluhahmo - Noise figure

Meluluku (NF) ja kohinakerroin ( F ) ovat signaalikohinasuhteiden (SNR) heikentymisen mittareita , jotka johtuvat signaaliketjun komponenteista . Se on numero, jolla vahvistimen tai radiovastaanottimen suorituskyky voidaan määrittää, ja pienemmät arvot osoittavat parempaa suorituskykyä.

Kohinatekijälle määritellään suhteena ulostulon kohinan teho on laitteen osan johtuu terminen kohina on päätteestä vakio kohinalämpötila T ₀ (yleensä 290  K ). Kohinakerroin on siis todellisen lähtökohinan suhde siihen, joka pysyisi, jos laite itse ei aiheuttaisi kohinaa, tai tulo-SNR: n ja ulostulon SNR: n suhde.

Melu luku on yksinkertaisesti melua tekijä ilmaistaan desibeleinä (dB).

Kenraali

Kohinaluku on ero desibeleissä (dB) välillä kohinalähdön todellisen vastaanottimen melu lähtö ”ihanteellinen” vastaanotin, jolla on sama yleinen vahvistus ja kaistanleveys , kun vastaanottimet ovat yhteydessä sovitettu lähteistä standardi melu lämpötila T ₀ (yleensä 290 K). Yksinkertaisen kuormituksen kohinateho on yhtä suuri kuin kTB , missä k on Boltzmannin vakio , T on kuorman absoluuttinen lämpötila (esimerkiksi vastus ) ja B on mittauskaistanleveys.

Tämä tekee meluluvusta hyödyllisen arvoluvun maanpäällisille järjestelmille, joissa antennin tehollinen lämpötila on yleensä lähellä standardia 290 K. Tässä tapauksessa yhdellä vastaanottimella, jonka kohinaluku on 2 dB parempi kuin toinen, on lähtösignaali. kohinasuhde, joka on noin 2 dB parempi kuin toinen. Satelliittiviestintäjärjestelmien tapauksessa, joissa vastaanottimen antenni on osoitettu kylmään tilaan, antennin tehollinen lämpötila on usein kylmempi kuin 290 K. Näissä tapauksissa 2 dB: n parannus vastaanottimen meluluvussa johtaa yli 2 dB-parannus lähtösignaalin ja kohinasuhteen välillä. Tästä syystä vastaavaa tehollisen melulämpötilan lukua käytetään siksi meluluvun sijasta usein kuvaamaan satelliittiviestinnän vastaanottimia ja hiljaisia ​​vahvistimia .

In heterodyne järjestelmissä, lähtö kohinateho sisältää vääriä osuudet kuva- taajuus muutos, mutta osa johtuu lämpökohinasta päätteestä vakio kohinalämpötila sisältää vain sen, joka esiintyy ulostulossa kautta pääasiallinen taajuuden muutoksen järjestelmän ja jätetään että joka näkyy kuvan taajuusmuunnoksen kautta .

Määritelmä

Järjestelmän melutekijä F määritellään seuraavasti:

jossa SNR _i ja SNR _o ovat tulo ja lähtö signaali-kohina-suhteet , vastaavasti. SNR määrät ovat tehosuhteen. Meluluku NF määritellään melukertoimena desibeleinä:

missä SNR _{i, dB} ja SNR _{o, dB} ovat desibeleinä (dB). Nämä kaavat ovat kelvollisia vain, kun tuloliitäntä on normaalissa melulämpötilassa T ₀ = 290 K , vaikka käytännössä pienet lämpötilaerot eivät vaikuta merkittävästi arvoihin.

Laitteen melutekijä liittyy sen melulämpötilaan T _e :

${\ displaystyle F = 1 + {\ frac {T _ {\ text {e}}} {T_ {0}}}.}$

Vaimentimet ovat melu tekijä F yhtä kuin niiden vaimennus suhde L , kun niiden fyysinen lämpötila on yhtä suuri kuin T ₀ . Yleisemmin, vaimennimelle fyysisessä lämpötilassa T melulämpötila on T _e = ( L - 1) T , jolloin saadaan melukerroin

${\ displaystyle F = 1 + {\ frac {(L-1) T} {T_ {0}}}.}$

Kaskadoitujen laitteiden melutekijä

Jos useita laitteita on kaskadoitu, kokonaiskohinakerroin löytyy Friisin kaavasta :

${\ displaystyle F = F_ {1} + {\ frac {F_ {2} -1} {G_ {1}}} + {\ frac {F_ {3} -1} {G_ {1} G_ {2}} } + {\ frac {F_ {4} -1} {G_ {1} G_ {2} G_ {3}}} + \ cdots + {\ frac {F_ {n} -1} {G_ {1} G_ { 2} G_ {3} \ cdots G_ {n-1}}},}$

jossa F _n on kohina tekijä n : nnen laite, ja G _n on tehovahvistus (lineaarinen, ei dB) on n : nnen laite. Ketjun ensimmäisellä vahvistimella on yleensä merkittävin vaikutus kokonaiskohinakuvaan, koska seuraavien vaiheiden kohinalukuja pienentävät vaihevoitot. Tästä syystä ensimmäisellä vahvistimella on yleensä matala meluluku, ja seuraavien vaiheiden kohinalukuvaatimukset ovat yleensä rennompia.

Melutekijä lisämelun funktiona

Lähde antaa signaalin tehosta ja tehokohinasta . Sekä signaali että melu vahvistuvat. Lähteen vahvistetun kohinan lisäksi vahvistin lisää kuitenkin ylimääräistä kohinaa merkittyyn lähtöönsä . Siksi SNR vahvistimen lähdössä on pienempi kuin sen tulossa. ${\ displaystyle S_ {i}}$${\ displaystyle N_ {i}}$${\ displaystyle N_ {a}}$

Kohinakerroin voidaan ilmaista lähtöön tarkoitetun lisäkohinan tehon ja vahvistimen tehovahvistuksen funktiona . ${\ displaystyle N_ {a}}$${\ displaystyle G}$

Johtaminen

Melukertoimen määritelmästä

${\ displaystyle F = {\ frac {\ mathrm {SNR} _ {\ text {i}}} {\ mathrm {SNR} _ {\ text {o}}}}} = {\ frac {\ frac {S_ {i }} {N_ {i}}} {\ frac {S_ {o}} {N_ {o}}}},}$

ja olettaen, että järjestelmässä on meluisa yksivaiheinen vahvistin. Signaalikohinasuhde tämän vahvistimen kuuluisi omaan ulostuloonsa tarkoitetun melua , vahvistetun signaalin ja vahvistetun panos melu , ${\ displaystyle N_ {a}}$${\ displaystyle S_ {i} G}$${\ displaystyle N_ {i} G}$

${\ displaystyle {\ frac {S_ {o}} {N_ {o}}} = {\ frac {S_ {i} G} {N_ {a} + N_ {i} G}}}$

Korvataan lähdön SNR kohinakertoimen määritelmällä,

${\ displaystyle F = {\ frac {\ frac {S_ {i}} {N_ {i}}} {\ frac {S_ {i} G} {N_ {a} + N_ {i} G}}} = { \ frac {N_ {a} + N_ {i} G} {N_ {i} G}} = 1 + {\ frac {N_ {a}} {N_ {i} G}}}$

Kaskadoiduissa järjestelmissä ei viitata edellisen komponentin lähtömeluun. Tulon päättyminen normaalissa melulämpötilassa oletetaan edelleen yksittäiselle komponentille. Tämä tarkoittaa, että kunkin komponentin lisäämä melutaso on riippumaton muista komponenteista. ${\ displaystyle N_ {i}}$

Katso myös

• Melu
• Melu (elektroninen)
• Melulukumittari
• Melutaso
• Lämpöääni
• Signaali-kohinasuhde
• Y-kerroin

Viitteet

• Keysight, RF- ja mikroaaltohäiriökohtien mittausten perusteet (PDF) , sovellushuomautus, 57-1, julkaistu 1. syyskuuta 2019.

Ulkoiset linkit

• Melukuva Laskin 2--30-vaiheinen kaskadi
• Meluhahmojen ja Y-tekijämenetelmän perusteet ja opetusohjelma
• Matkapuhelimen meluluku

 Tämä artikkeli sisältää  julkista aineistoa päässä General Services Administration asiakirjan "Federal Standard 1037C" . (tukee mallia MIL-STD-188 )