노이즈 피겨 (NF) 기본 사항 : 수신기 설계-단일 단계 – 그 정의 및 사용 방법

잡음 지수 (NF) : 중요한 RF 매개 변수는 물론 신화.

많은 RF 사람들이 실제로 이해하고 적용하기 어려운 용어 중 하나입니다.

복잡한 수식을 사용하면 복잡한 혼란을 겪을 수 있습니다.

또한 수신기를 설계하기 위해 제대로 적용하기 어려울 수 있습니다.

매우 약한 신호에 사용할 회로를 설계 할 때는 노이즈를 고려해야합니다.

잡음 지수 (NF)는 장치가 신호 대 잡음비 (SNR)를 얼마나 많이 저하시키는지를 측정 한 것으로, 값이 낮을수록 성능이 향상됩니다.

신호 경로에서 각 장치의 잡음 기여도는 신호 대 잡음비를 크게 저하시키지 않을 정도로 충분히 낮아야합니다.

쉽고 일반적인 RF 개념을 보여 드리면 결국 많은 실수없이 RF 프로젝트와 판매 가능한 제품을 매우 짧은 시간 안에 설계하고 완성 할 수 있습니다.

또한 고급 세부 정보를 배우려는 분들을 위해 몇 가지 자료를 제공합니다.

“kTB”란 무엇입니까?
잡음 계수와 잡음 지수를 논의하기 전에 수신기 잡음에 대해 더 잘 알아야합니다.

우리가 알아야 할 첫 번째 것은 공간 어디에나 열 잡음이 있다는 것입니다. 이것은 우리가 직면하고 처리해야하는 최소한의 잡음 전력입니다.

우리는 그것을 제거 할 수 없습니다.

이 기본 노이즈가 존재하지 않으면 수신기 설계가 훨씬 쉬웠을 것입니다.

다른 모든 유형의 노이즈는 바람직하지 않으므로 노이즈를 최소화하기 위해 최선을 다해야합니다.

일반적으로 한 가지 유형의 전력이므로 노이즈를 와트로 표시합니다.

이 열 잡음 전력의 진폭은 다음과 같습니다.

열 소음 = k (줄 / ˚K) × T (˚K) × B (Hz)

k는 Boltzmann의 Joules / ˚K 단위 상수이고, T는 온도는 켈빈 (° K)이며 B는 대역폭 (Hz)입니다.

만약,
k = 1.38 × 10−23
T = 290 ° K (17 ° C 또는 62.6 ° F에 해당)
그리고
B = 1Hz
그런 다음,
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 × 10-21W / Hz
= 4.002 × 10-18mW / Hz

우리가 dBm으로 변환하면
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0−180 = −174dBm / Hz
이것은 1 ° C에서 17Hz 대역폭의 열 노이즈 전력량이므로 노이즈 수치를 사용하기 전에이 수치를 기억해야합니다.

열 소음 및 온도 :

아래 표는 헤르츠 당 열 소음과 온도를 나타냅니다.

이 표에서 볼 수 있듯이이 두 극한 온도 -2 ° C와 40 ° C 사이의 열 잡음 차이는

−173.2−174.9 = 1.7dBm

따라서 편의상 보통 17 ° C (290 ° K) 및 -174dBm의 중간 수치를 기준으로 사용합니다.

열 잡음 및 작동 주파수 대역폭 :

1MHz 대역폭의 경우

열 잡음 = -174dBm + 10log (1 × 106)

= −114dBm

이 용어에 대해 얼마나 알고 있는지 테스트하기 위해“열 노이즈”를 두 가지 질문으로 마무리합니다. 아래에서 논의 할이 중요한 매개 변수“Noise Figure”를 계속 보려면 먼저이를 숙지해야합니다.

Q1 :  -25 ° C에서 열 잡음은 Hz 당 몇 dBm입니까?

Ans.     -174.7 dBm

Q2 : 250 ° C에서 65kHz의 대역폭으로 총 열 잡음은 몇 dBm입니까?

Ans.     -119.3 dBm


신호 대 잡음비 (SNR)
 


수신기 감도는 수신기가 약한 신호에서 정보를 복조하고 얻는 능력을 측정 한 것입니다. 우리는 유용한 정보를 얻을 수있는 최저 신호 전력 레벨로 감도를 정량화합니다.

수신기가 식별 할 수있는 가장 약한 신호는 수신기가 신호에 추가하는 열 잡음의 양입니다. 신호 대 잡음비는이 효과를 정량화하는 가장 편리한 방법입니다.

입력 신호 대 잡음비의 경우

SNRin = 사인 / 닌

여기서 Sin은 입력 신호 레벨이고 Nin은 입력 노이즈 레벨입니다.

출력 신호 대 잡음비의 경우

SNRout = 소리 / 끄기

여기서 Sout은 출력 신호 레벨이고 Nout은 출력 노이즈 레벨입니다.

kTB는 어디에나 있기 때문에 Sout / Nout은 Sin / Nin보다 결코 나을 수 없습니다. 따라서 가장 좋은 상황은 다음과 같습니다.

Sout / Nout = Sin / Nin, (SNRout = SNRin)
 
소음 계수 (F) 및
노이즈 피겨 (NF)
계속 진행하기 전에이 두 용어 인 "노이즈 팩터"와 "노이즈 수치"를 정의해야합니다.

잡음 계수 (F) = Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
잡음 계수는 신호 대 잡음비가 장치에 의해 어떻게 저하되는지를 측정 한 것입니다.

노이즈 피겨로 작업하려면 먼저이 정의를 기억해야합니다.

존재하지 않는 완벽한 전자 회로는 잡음 계수가 1입니다.

실제 세계에서는 항상 1보다 큽니다.

그리고 간단히

= 로그 (SNRin)-로그 (SNRout)

노이즈 피겨는 항상 0dB보다 큽니다.

아래 2 가지 예를 사용하여이 3 가지 중요한 용어를 설명하고 싶습니다. 매 단계마다 시간이 걸리기를 바랍니다.

예 #1
전자 회로가 투명하면 게인은 0이고 내부 잡음 레벨 Nckt도 0입니다.

Ans.

Sin = Sout이고 Nin = Nout이므로

소음 계수 (F) = 1 및

잡음 지수 (NF) = 10log (1) = 0

이 유형의 회로는 거의 존재하지 않습니다.

예 #2
전자 회로가 6 dB 저항 π 네트워크 감쇠기 (-6 DB) 인 경우 잡음 계수는 무엇입니까?

Ans.

Sin과 Nin 모두 6dB의 손실이 있으므로

Sout = (1/4) 죄송합니다.

Nout = (1/4) 닌

그러나 어디서나 최소한의 열 잡음은 kTB입니다.

그래서,
Nout = kTB
따라서,
소음 계수 (F) = Sin / NinSout / Nout
= 신 / kTB (1/4) 신 / kTB = 4
그리고
잡음 지수 (NF) = 10log (4) = 6dB
노이즈 수치는 예상대로 감쇠 6dB와 정확히 동일합니다.

예 #3

증폭기의 이득은 12dB이고 잡음 지수는 3dB입니다.

(a) 출력 포트에서 Hz 당 잡음 레벨 (dBm 단위)

(b)이 증폭기에서 생성 된 Hz 당 추가 노이즈 (dBm)는 무엇입니까?




Ans.

(A).
이후,
그래서,

Sout = 16 × 사인

Sin / Nin16Sin / Nout = 1.995

따라서, 출력 포트의 노이즈 레벨 (dBm)은 다음과 같습니다.

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= −159.0dBm

(비).

Audiencegain과

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

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

몇 단계의 조작 후

X = 15

따라서이 앰프에서 생성 된 추가 노이즈 (dBm)는 다음과 같습니다.

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 × 10−17mW = −162.2dBm

 

좋아요,이 기사를 마무리 할 시간입니다. 노이즈 피겨가 무엇인지, 어떻게 사용하는지 실제로 알고 있는지 알고 싶습니까? 이 두 가지 질문에서 찾아보십시오

Q1 : LNA의 이득은 20dB입니다. 출력 포트에서 측정 된 노이즈 레벨이 -152dBm / Hz 인 경우이 증폭기의 NF는 얼마입니까?

Ans. 2dB

Q2 : 증폭기의 NF는 1.0dB이고 작동 주파수 대역폭은 200kHz입니다. 측정 된 출력 포트 잡음 레벨이 -132dBm 인 경우이 증폭기의 이득은 얼마입니까?

답변 18dB

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