Dasar-dasar Noise Figure (NF): Apa Artinya & Bagaimana Cara Menggunakannya Untuk Membantu Anda Mendesain Penerima - Satu Tahap.

Noise Figure (NF): mitos serta parameter RF penting.

Ini adalah salah satu istilah yang banyak orang RF mengalami kesulitan untuk benar-benar memahami dan menerapkan.

Ada rumus-rumus rumit yang terlibat untuk membuat Anda sangat bingung ketika Anda mengerjakannya.

Dan Anda mungkin mengalami kesulitan untuk menerapkannya dengan benar untuk merancang receiver.

Ketika merancang sirkuit untuk digunakan dengan sinyal yang sangat lemah, kebisingan merupakan pertimbangan penting.

Noise Figure (NF) adalah ukuran seberapa banyak perangkat menurunkan Signal to Noise Ratio (SNR), dengan nilai yang lebih rendah menunjukkan kinerja yang lebih baik.

Kontribusi noise dari setiap perangkat di jalur sinyal harus cukup rendah sehingga tidak akan secara signifikan menurunkan Rasio Sinyal terhadap Noise.

Saya akan menunjukkan kepada Anda konsep-konsep RF yang mudah dan umum dan pada akhirnya Anda akan dapat merancang dan menyelesaikan proyek RF dan produk yang dapat dijual dalam waktu yang sangat singkat tanpa membuat banyak kesalahan.

Saya juga akan menyediakan beberapa sumber bagi Anda yang ingin mempelajari detail lebih lanjut.

Apa itu "kTB"?
Sebelum membahas Noise Factor dan Noise Figure, kita perlu tahu lebih banyak tentang noise penerima.

Hal pertama yang perlu kita ketahui adalah ada noise termal di mana-mana di ruang dan ini adalah daya noise minimal yang perlu kita hadapi dan tangani.

Tidak mungkin kita bisa menyingkirkannya.

Desain penerima akan jauh lebih mudah jika kebisingan dasar ini tidak ada.

Semua jenis kebisingan lainnya tidak diinginkan dan kita harus melakukan yang terbaik untuk meminimalkannya.

Biasanya kami menyatakan noise dalam watt karena ini adalah salah satu jenis daya.

Amplitudo daya derau termal ini adalah:

Kebisingan Termal = k (Joule / ˚K) × T (˚K) × B (Hz)

Di mana k adalah konstanta Boltzmann di Joules / ˚K, T adalah suhu dalam ° Kelvin (° K), dan B adalah bandwidth dalam Hz.

Jika,
k = 1.38 × 10−23
T = 290 ° K (setara dengan 17 ° C atau 62.6 ° F)
Dan,
B = 1Hz
Kemudian,
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 × 10−21W / Hz
= 4.002 × 10−18mW / Hz

Jika kita mengubahnya menjadi dBm, maka,
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0−180 = −174dBm / Hz
Ini adalah jumlah daya derau termal dalam bandwidth 1 Hz @ 17 ° C dan Anda harus mengingat angka ini dengan hati sebelum bekerja dengan Noise Figure.

Kebisingan dan Suhu Termal:

Tabel di bawah ini menunjukkan kebisingan termal per hertz dibandingkan suhu:

Seperti yang Anda lihat dalam tabel ini, perbedaan noise termal antara 2 suhu ekstrim -40 ° C dan 75 ° C ini saja

−173.2−174.9 = 1.7dBm

Oleh karena itu, demi kenyamanan, kami biasanya menggunakan angka tengah 17 ° C (290 ° K) & -174 dBm sebagai referensi.

Bandwidth Frekuensi Kebisingan dan Operasi:

Untuk bandwidth 1 MHz,

Thermal Noise = −174dBm + 10log (1 × 106)

= −114dBm

Kami akan menyelesaikan "kebisingan termal" dengan 2 pertanyaan untuk menguji seberapa banyak Anda tahu tentang istilah ini. Anda harus mengetahuinya dengan seksama sebelum melanjutkan untuk melihat parameter penting ini "Noise Figure" yang akan kita bahas di bawah ini:

Q1:  Berapa dBm per hertz kebisingan termal pada -25 ° C?

Tahun.     -174.7 dBm

Q2: Berapa dBm total noise termal dengan bandwidth 250 kHz pada 65 ° C?

Tahun.     -119.3 dBm


Rasio Sinyal terhadap Noise (SNR)
 


Sensitivitas penerima adalah ukuran kemampuan penerima untuk melakukan demodulasi dan mendapatkan informasi dari sinyal yang lemah. Kami mengukur sensitivitas sebagai level daya sinyal terendah tempat kami dapat memperoleh informasi yang berguna.

Sinyal terlemah yang dapat dibedakan oleh penerima adalah fungsi dari seberapa banyak noise termal yang ditambahkan penerima pada sinyal. Rasio sinyal terhadap noise adalah cara yang paling mudah untuk mengukur efek ini.

Untuk rasio sinyal input ke noise,

SNRin = Dosa / Nin

Di mana Sin adalah level sinyal input dan Nin adalah level noise input.

Untuk rasio sinyal keluaran ke noise,

SNRout = Sout / Nout

Di mana Sout adalah level sinyal output dan Nout adalah level noise output.

Karena kTB ada di mana-mana, Sout / Nout tidak akan pernah bisa lebih baik daripada Sin / Nin. Karena itu, situasi terbaik yang dapat Anda miliki adalah:

Sout / Nout = Dosa / Nin, (SNRout = SNRin)
 
Faktor Kebisingan (F) &
Gambar Kebisingan (NF)
Kita perlu mendefinisikan dua istilah ini "Faktor Kebisingan" dan "Angka Kebisingan" sebelum melangkah lebih jauh.

Faktor Kebisingan (F) = Dosa / NinSout / Nout = SNRinSNRout
Faktor kebisingan adalah ukuran bagaimana rasio sinyal terhadap noise terdegradasi oleh suatu perangkat.

Anda harus mengingat definisi ini dengan hati sebelum Anda dapat bekerja dengan Noise Figure.

Sirkuit elektronik yang sempurna (yang tidak ada) akan memiliki faktor kebisingan 1.

Di dunia nyata, selalu lebih besar dari 1.

Dan sederhana saja,

= log (SNRin) −log (SNRout)

Figur Noise selalu lebih besar dari 0 dB.

Saya ingin menjelaskan 2 istilah penting ini menggunakan 3 contoh di bawah ini dan saya harap Anda akan meluangkan waktu untuk mengikuti setiap satu langkah.

Contoh 1
Jika sirkuit elektronik transparan, maka gain adalah 0, tingkat kebisingan internal Nckt juga 0.

Tahun.

Karena Sin = Sout dan Nin = Nout

Faktor Kebisingan (F) = 1 dan

Noise Figure (NF) = 10log (1) = 0

Jenis sirkuit ini hampir tidak ada.

Contoh 2
Jika sirkuit elektronik adalah resistor 6 dB att attenuator jaringan (-6 DB), apa itu Noise Factor?

Tahun.

Baik Sin dan Nin memiliki kerugian 6 dB, jadi

Sout = (1/4) Dosa dan konon,

Nout = (1/4) Nin

Tetapi kebisingan termal minimum di mana saja adalah kTB.

Jadi,
Nout = kTB
Oleh karena itu,
Faktor Kebisingan (F) = Dosa / NinSout / Nout
= Dosa / kTB (1/4) Dosa / kTB = 4
Dan,
Noise Figure (NF) = 10log (4) = 6dB
Angka kebisingan persis sama dengan redaman 6dB, seperti yang diharapkan.

Contoh 3

Sebuah amplifier memiliki gain 12 dB dan noise figure adalah 3 dB,

(a) berapakah tingkat kebisingan per Hz (dalam dBm) pada port keluaran, dan

(b) berapakah derau tambahan per Hz (dalam dBm) yang dibuat dalam amplifier ini?




Tahun.

(A).
Sejak,
Jadi,

Sout = 16 × Dosa

Sin / Nin16Sin / Nout = 1.995

Oleh karena itu, tingkat kebisingan (dalam dBm) pada port output adalah:

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= −159.0dBm

(B).

Dan

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

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

Setelah beberapa langkah operasi

x = 15

Jadi noise tambahan (dalam dBm) yang dibuat dalam amplifier ini adalah:

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 × 10−17mW = −162.2dBm

 

Oke, saatnya untuk menyelesaikan artikel ini. Apakah Anda ingin tahu apakah Anda benar-benar mengerti apa itu Noise Figure dan bagaimana menggunakannya? Cari tahu dari 2 pertanyaan ini:

Q1: LNA memiliki penguatan sebesar 20 dB. Jika tingkat kebisingan yang diukur pada port keluaran adalah -152 dBm / Hz, lalu berapa NF dari penguat ini?

Ans. 2 dB

Q2: NF penguat adalah 1.0 dB dan bandwidth frekuensi operasi adalah 200 kHz, jika tingkat kebisingan port keluaran yang diukur adalah -132 dBm, apa keuntungan dari penguat ini?

Jwb. 18 dB

Tinggalkan pesan 

Daftar pesan