Citlivost rádiového přijímače Zahrnuje:
Základy citlivosti přijímače Poměr signálu k šumu SINAD Šumový obrázek, NF Noise floor Reciproční míchání

Poměr signálu k šumu, poměr SNR nebo S / N je jednou z nejpřímějších metod měření citlivosti rádiového přijímače.

Poměr signálu k šumu definuje rozdíl v úrovni mezi signálem a šumem pro danou úroveň signálu. Čím nižší je šum generovaný přijímačem, tím lepší je poměr signálu k šumu.

Stejně jako při jakémkoli měření citlivosti je výkon celého rádiového přijímače určen výkonem předního stupně RF zesilovače. Jakýkoli šum zavedený prvním RF zesilovačem bude přidán k signálu a zesílen následnými zesilovači v přijímači.

Protože bude nejvíce zesílen šum zavedený prvním RF zesilovačem, stane se tento RF zesilovač nejkritičtějším z hlediska celkového designu RF obvodu pro výkon citlivosti rádiového přijímače.

Proto by se zaměření návrhu vysokofrekvenčního obvodu pro jakýkoli rádiový přijímač mělo zaměřit na počáteční fáze rádia, protože tyto mají zdaleka největší vliv na výkon signálu od šumu.

Koncept poměru signál / šum S / N SNR

Ačkoli existuje mnoho způsobů měření citlivosti rádiového přijímače, poměr S / N nebo SNR je jedním z nejpřímějších a používá se v různých aplikacích.

Koncept poměru signálu k šumu se používá také v mnoha dalších oblastech, včetně zvukových systémů, a v mnoha dalších oblastech jeho design.

Poměr signálu k šumu signálu v systému je snadno srozumitelný, a proto byl v mnoha oblastech široce používán.

Má však řadu omezení, ai když je široce používán, často se používají i jiné metody včetně šumového čísla. Poměr S / N nebo SNR je však důležitou specifikací a je široce používán jako měřítko výkonu mnoha návrhů obvodů RF, zejména pro citlivost rádiového přijímače.

Rozdíl se obvykle zobrazuje jako poměr mezi signálem a šum, S / N a obvykle se vyjadřuje v decibelech. Protože úroveň vstupního signálu zjevně ovlivňuje tento poměr, musí být uvedena úroveň vstupního signálu. To je obvykle vyjádřeno v mikrovoltech. Typicky je specifikována určitá vstupní úroveň potřebná k poskytnutí poměru signálu k šumu 10 dB.

Definice poměru signálu k šumu

Často je užitečné mít stručnou definici signálu k šumu. poměr, protože to může usnadnit kontrolu celkových specifikací v datových listech rádiového přijímače.

Tato definice poměru signálu k šumu vysvětluje různé prvky poměru signálu k šumu, které je třeba zkontrolovat při pohledu na specifikaci SNR v datovém listu atd.

Poměr signálu k šumu vzorec

Poměr signálu k šumu je poměr mezi požadovaným signálem a nežádoucím pozadím hluk. Lze jej vyjádřit v jeho nejzákladnější formě pomocí níže uvedeného vzorce poměru S / N:

Je běžnější vidět poměr signál / šum vyjádřený v logaritmické bázi pomocí decibelů s následujícím vzorcem:

Pokud jsou všechny úrovně vyjádřeny v decibelech, lze vzorec zjednodušit na níže uvedenou rovnici:

Úrovně výkonu mohou být vyjádřeny v úrovních jako dBm (relativní decibely) na milliwatt nebo na nějaký jiný standard, podle kterého lze úrovně srovnávat.

Vliv šířky pásma na SNR

Kromě základního výkonu sady může být řada dalších faktorů. ovlivnit poměr signálu k šumu, specifikace SNR. První je skutečná šířka pásma přijímače. Protože se šum šíří po všech frekvencích, zjistí se čím širší je šířka pásma přijímače, tím vyšší je úroveň šumu. Proto je třeba uvést šířku pásma přijímače.

Přesněji lze vypočítat výkon šumu:

Kde:
k = Boltzmannova konstanta
T = teplota ve stupních absolutní
R = odpor obvodu

Stojí za povšimnutí, že hladina hluku nezávisí na impedanci systému, protože výkon šumu je pouze úměrný Boltzmannově konstantě, šířce pásma a teplotě.

U specifikací rádiového přijímače je hlavním aspektem šířka pásma měření.

Je to vlastně pro toto důvod, že při příjmu slabých signálů v radiokomunikačním systému je šířka pásma snížena na minimální úroveň odpovídající přijímání signálu s jeho bočními pásmy. To snižuje tepelný šum i rušení mimo kanál.

Měření poměru signálu k šumu

Způsob měření poměru signálu k šumu je relativně přímočarý – malé zkušební zařízení je nutná a metoda je poměrně snadná.

Zařízení potřebné k provedení zkoušky sestává ze dvou zkušebních přístrojů. Hlavní je generátor RF signálu. Tento testovací přístroj musí mít samozřejmě frekvenční rozsah, který pokrývá rozsah rádia. Rovněž musí být možné přesně nastavit výstupní úroveň na úroveň kolem a pod úroveň očekávané úrovně citlivosti zkoušeného rádia bez úniku signálu kolem konečného útlumu v generátoru. Generátor vysokofrekvenčního signálu musí mít také výstupní impedanci vhodnou pro rádio – obvykle 50 Ω.

Dalším požadovaným testovacím nástrojem je skutečný voltmetr RMS, který dokáže měřit zvukový výstup z rádia.

S vypnutým signálem generátoru je přijímači dána shoda 50Ω a audiometr detekuje šum generovaný samotným přijímačem. Tato úroveň je zaznamenána a signál zapnut. Jeho úroveň se upravuje, dokud měřič úrovně zvuku nenačte úroveň, která je o 10 dB vyšší než samotný šum. Úroveň generátoru je ta, která je nutná k dosažení poměru signálu k šumu 10 dB.

Poslední výrok nebyl striktně pravdivý. Zatímco první čtení šumu je docela přesné, druhé čtení signálu také obsahuje určitý šum. Z tohoto důvodu mnoho výrobců určí mírně odlišný poměr: jmenovitě signál plus šum k šumu (S + N / N). V praxi není rozdíl nijak zvlášť velký, ale poměr S + N / N je správnější.

Signál musí být také na nízké úrovni a pokud je to možné, musí být automatické ovládání zesílení deaktivováno, jinak výsledky lze zkreslit.

Body, které je třeba vzít v úvahu při měření poměru signálu k šumu

SNR, poměr signálu k šumu je velmi pohodlná metoda kvantifikace citlivosti přijímače, ale existuje je několik bodů, které je třeba vzít v úvahu při interpretaci a měření poměru signálu k šumu.

Abychom je mohli prozkoumat, je třeba se podívat na způsob, jakým se provádí měření poměru signálu k šumu, SNR. Jako zdroj signálu pro přijímač se používá kalibrovaný generátor RF signálu. Musí mít přesnou metodu nastavení výstupní úrovně na velmi nízkou úroveň signálu. Poté je na výstupu přijímače použit skutečný RMS střídavý voltmetr k měření výstupní úrovně.

• S / N a (S + N) / N Při měření poměru signálu k šumu měření má dva základní prvky. Jedním z nich je úroveň hluku a druhým signál. Výsledkem způsobu měření je, že měření signálu zahrnuje také šum, tj. Jde o měření signálu plus šumu.

  To obvykle není příliš velký problém, protože úroveň signálu je Předpokládá se, že je mnohem větší než hluk. Z tohoto důvodu někteří výrobci přijímačů specifikují mírně odlišný poměr: jmenovitě signál plus šum k šumu (S + N / N). V praxi rozdíl není velký, ale poměr S + N / N je správnější.

• PD a EMF Občas úroveň generátoru signálu ve specifikaci zmíní, že je buď PD nebo EMF. To je ve skutečnosti velmi důležité, protože mezi těmito dvěma úrovněmi je faktor 2: 1. Například 1 mikrovolt EMF. a 0,5 mikrovoltové PD jsou stejné.

  EMF (elektromotorická síla) je napětí otevřeného obvodu, zatímco PD (potenciální rozdíl) se měří při zatížení generátoru. V důsledku způsobu fungování obvodů na úrovni generátoru se předpokládá, že bylo aplikováno správné zatížení (50 Ohm). Pokud zatížení není tato hodnota, dojde k chybě. Navzdory tomu většina zařízení převezme hodnoty v PD, pokud není uvedeno jinak, ale vždy stojí za to zkontrolovat, pokud je to možné.

Specifikace poměru signálu k šumu

Poměr signálu k šumu je často jedním z parametrů podrobně uvedených ve specifikaci nebo datovém listu rádiového přijímače.

Aby specifikace měla smysl, musí specifikovat různé prvky a testovací podmínky.

• Samotný poměr signálu k šumu: Toto je samozřejmě základní specifikace a je to rozdíl mezi požadovaným signálem a šumem.

• Úroveň signálu: Úroveň signálu má zásadní vliv na poměr signálu k šumu, a proto musí být uvedena úroveň signálu. Typicky při specifikaci úrovně citlivosti ve smyslu SNR se uvádí úroveň vstupního signálu požadovaná pro získání poměru signálu k šumu pevné hodnoty, obvykle 10 dB.

• Šířka pásma: Jelikož šířka pásma má přímý vliv na hladinu hluku, musí být šířka pásma uvedena ve specifikaci. Použité údaje o šířce pásma se obvykle vztahují k použitým typům modulace, často 6kHz pro AM, 3kHz pro SSB a užší pro Morse.

• Modulace: Poměr signálu k šumu bude záviset na typ použité modulace. Typicky se používá poměr signálu k šumu pro AM a SSB.

  Dále se zjistilo, že při použití AM má úroveň modulace účinek. Čím vyšší je úroveň modulace, tím vyšší je zvukový výstup z přijímače. Při měření šumového výkonu se měří zvukový výstup z přijímače a podle toho má účinek modulační úroveň AM. Obvykle je pro toto měření zvolena modulační úroveň 30%.

• Teplota: Teplota má teoreticky vliv na hladinu šumu, protože většina šumu přijímače je tepelná. Teplota tedy má účinek, ale ve skutečnosti se předpokládá, že teplota je teplota místnosti, 20 ° C.

• PD / EMF: Specifikace by měly uvádět, zda je úroveň vstupního signálu je PD nebo EMF. V praxi se to dělá jen zřídka a obvykle se předpokládá, že měření je potenciální rozdíl.

• Frekvence: Ve většině specifikací citlivosti odstupu signálu od šumu použitých v datových listech rádiových přijímačů je poměr signálu k šumu uveden pro různá frekvenční pásma. Jelikož se citlivost samotného rádia bude lišit pro různé frekvence a pásma, je nutné dát číslům citlivosti tuk vhodné body.

Pro specifikaci poměru S / N pro různé přijímače je poměrně standardní, že výkon se udává u nastavených parametrů. Typicky je uvedeno vstupní napětí pro poměr signálu k šumu 10 dB.

U vysokofrekvenčního radiového komunikačního přijímače se obvykle dá očekávat, že bude vidět číslo v oblasti 0,5 mikrovoltu pro 10 dB S / N v šířce pásma 3 kHz pro SSB nebo Morse. Pro AM lze vidět hodnotu 1,5 mikrovoltu pro 10 dB S / N v šířce pásma 6 kHz při 30% modulaci.

Jelikož se citlivost bude lišit podle použitého typu modulace, šířky pásma a kmitočtových pásem pokrytých rádiem, je často uvedena tabulka čísel, která pokryje všechny požadované kombinace.

I když existuje mnoho parametrů, které se používají ke specifikaci citlivosti rádiových přijímačů, je poměr signálu k šumu jedním z nejzákladnějších a snadno srozumitelných. Proto je široce používán pro mnoho rádiových přijímačů používaných v aplikacích od příjmu vysílání po pevné nebo mobilní rádiové komunikace.

Další základní témata rádia:
Typy modulace rádiových signálů & techniky Amplitudová modulace Frekvenční modulace OFDM RF směšování Fázově uzamčené smyčky Frekvenční syntezátory Pasivní intermodulace RF útlumy RF filtry RF oběhové čerpadlo Typy rádiových přijímačů Superhet rádio Selektivita přijímače Citlivost přijímače Silné zpracování signálu Přijímač dynamický rozsah
Zpět do nabídky Témata rádia. . .