Radiovastaanottimen herkkyys sisältää:
Perustiedot vastaanottimen herkkyydestä Signaali-kohinasuhde SINAD-kohinakuva NF-melutaso Vastavuoroinen sekoittaminen

Signaali-kohinasuhde, SNR- tai S / N-suhde on yksi suoraviivaisimmista menetelmistä radiovastaanottimen herkkyyden mittaamiseen.

Signaali-kohinasuhde määrittelee signaalin ja kohinan välinen tasoero tietyllä signaalitasolla. Mitä pienempi vastaanottimen tuottama kohina, sitä parempi signaali-kohinasuhde.

Kuten minkä tahansa herkkyysmittauksen kohdalla, yleisen radiovastaanottimen suorituskyky määräytyy etupään RF-vahvistusvaiheen suorituskyvyn perusteella. Ensimmäisen RF-vahvistimen aiheuttama melu lisätään signaaliin ja vahvistetaan seuraavilla vastaanottimen vahvistimilla.

Koska ensimmäisen radiotaajuusvahvistimen aiheuttama kohina vahvistuu eniten, tästä radiotaajuusvahvistimesta tulee radiotaajuusvastaanottimen herkkyyden kannalta kriittisin yleisen RF-piirisuunnittelun kannalta.

Vastaavasti minkä tahansa radiovastaanottimen RF-piirisuunnittelun tulisi keskittyä radion alkuvaiheisiin, koska niillä on ylivoimaisesti suurin vaikutus signaalikohinasuorituskykyyn.

Signaali-kohina-käsite S / N-suhde SNR

Vaikka radiovastaanottimen herkkyyden suorituskykyä voidaan mitata monella tapaa, S / N-suhde tai SNR on yksi suorimmista ja sitä käytetään monissa sovelluksissa.

Signaali-kohinasuhteen käsitettä käytetään myös monilla muilla alueilla, mukaan lukien äänijärjestelmät, ja monilla muilla se suunnitellaan.

Järjestelmän signaalin signaali-kohinasuhde on helppo ymmärtää, ja siksi sitä on käytetty laajasti monilla alueilla.

Sillä on kuitenkin useita rajoituksia, ja vaikka sitä käytetään laajalti, käytetään usein myös muita menetelmiä, mukaan lukien meluluku. Siitä huolimatta S / N-suhde tai SNR on tärkeä eritelmä, ja sitä käytetään laajalti mittaamaan monien RF-piirimallien suorituskykyä, erityisesti radiovastaanottimen herkkyyden suhteen.

Ero näytetään yleensä signaalin ja signaalin välisenä suhteena melu, S / N, ja se ilmaistaan yleensä desibeleinä. Koska signaalin sisääntulotasolla on ilmeinen vaikutus tähän suhteeseen, tulosignaalin taso on annettava. Tämä ilmaistaan yleensä mikrovoltteina. Tyypillisesti määritetään tietty tulotaso, jota tarvitaan 10 dB: n signaali-kohinasuhteen antamiseen.

Signaali-kohinasuhteen määrittely

On usein hyödyllistä, että signaalista kohinaan on määritelty ytimekkäästi. suhde, koska tämä voi helpottaa radiovastaanottimen tietolomakkeiden yleisten määritysten tarkistamista.

Tämä signaali-kohinasuhteen määritelmä selittää signaalin ja kohinasuhteen eri elementit, jotka on tarkistettava, kun tarkastellaan mitä tahansa SNR-määrityksiä tietolomakkeessa jne.

Signaali-kohinasuhde kaava

Signaali-kohinasuhde on halutun signaalin ja ei-toivotun taustan suhde melua. Se voidaan ilmaista perusmuodossaan käyttämällä alla olevaa S / N-suhdekaavaa:

On tavallista nähdä signaalin ja kohinan suhde ilmaistuna logaritmipohjaisella desibelillä, jolla on seuraava kaava:

Jos kaikki tasot ilmaistaan desibeleinä, kaava voidaan yksinkertaistaa alla olevaan yhtälöön:

Tehotasot voidaan ilmaista tasoina, kuten dBm (desibeliä suhteessa) millivattiin tai johonkin muuhun standardiin, jonka avulla tasoja voidaan verrata.

Kaistanleveyden vaikutus SNR: ään

Joukon muita perustekijöitä joukon perustehon lisäksi vaikuttaa signaali-kohinasuhteeseen, SNR-määrittely. Ensimmäinen on vastaanottimen todellinen kaistanleveys. Koska kohina leviää kaikille taajuuksille, se havaitaan t hattu mitä laajempi vastaanottimen kaistanleveys, sitä korkeampi melutaso. Vastaavasti vastaanottimen kaistanleveys on ilmoitettava.

Tarkemmin sanottuna melutaso voidaan laskea:

Missä:
k = Boltzmannin vakio
T = lämpötila absoluuttisina asteina
R = piirin vastus

On syytä huomata, että melutaso on riippumaton järjestelmän impedanssista, koska kohinateho on vain verrannollinen Boltzmannin vakioon, kaistanleveyteen ja lämpötilaan.

Radiovastaanottimen spesifikaatioiden pääasia on mittauksen kaistanleveys.

Se on itse asiassa tätä syystä, että vastaanotettaessa heikkoja signaaleja radioviestintäjärjestelmässä, kaistanleveys pienenee minimitasolle, joka on sopusoinnussa signaalin vastaanottamisen sivukaistojen kanssa. Tämä vähentää sekä lämpökohinaa että kanavan ulkopuolisia häiriöitä.

Signaali-kohinasuhteen mittaus

Signaali-kohinasuhteen mittaustapa on suhteellisen yksinkertainen – vähän testilaitteita tarvitaan ja menetelmä on melko helppo.

Testaukseen tarvittavat laitteet koostuvat kahdesta testilaitteesta. Tärkein niistä on RF-signaaligeneraattori. Tällä testilaitteella on tietysti oltava taajuusalue, joka kattaa radion. On myös oltava mahdollista säätää lähtötaso tarkasti testattavan radion ennakoidun herkkyyden tason ympärille ja alle sen, ilman että signaalia vuotaa generaattorin viimeisen vaimennimen ympärille. RF-signaaligeneraattorilla on oltava myös radiolle sopiva lähtöimpedanssi – tyypillisesti 50Ω

Toinen tarvittava testilaite on todellinen RMS-volttimittari, joka voi mitata radion äänilähdön.

Kun generaattorisignaali on kytketty pois päältä, vastaanotin saa 50Ω: n ottelun ja audiomittari havaitsee itse vastaanottimen aiheuttaman melun. Tämä taso huomioidaan ja signaali kytketään päälle. Sen tasoa säädetään, kunnes äänitasomittari lukee tason, joka on 10 dB korkeampi kuin pelkkä melu yksinään. Generaattorin taso on taso, joka tarvitaan 10 dB: n signaalin ja kohinasuhteen antamiseen.

Viimeinen lausuma ei ollut täysin totta. Vaikka kohinan ensimmäinen lukema on varsin tarkka, signaalin toinen luku sisältää myös jonkin verran kohinaa. Tämän vuoksi monet valmistajat määrittelevät hieman erilaisen suhteen: signaali plus melu kohinaan (S + N / N). Käytännössä ero ei ole erityisen suuri, mutta S + N / N-suhde on oikeampi.

Signaalin on myös oltava matalalla tasolla, ja mikäli mahdollista, automaattinen vahvistuksen hallinta on poistettava käytöstä muuten tulokset voidaan vääristää.

Huomattavat kohdat mitattaessa signaali-kohinasuhdetta

SNR, signaali-kohinasuhde on erittäin kätevä tapa määrittää vastaanottimen herkkyys, mutta siellä ovat joitain huomioitavia asioita tulkittaessa ja mitattaessa signaalin ja kohinan suhdetta.

Näiden tutkimiseen on tarkasteltava sitä, miten signaalin ja kohinan väliset suhteet, SNR mitataan. Kalibroitua RF-signaaligeneraattoria käytetään vastaanottimen signaalilähteenä. Sillä on oltava tarkka menetelmä lähtötason asettamiseksi hyvin matalille signaalitasoille. Sitten vastaanottimen lähdössä käytetään todellista RMS-vaihtovirtamittaria lähtötason mittaamiseen.

• S / N ja (S + N) / N Mitattaessa signaalin ja kohinan suhdetta mittauksessa on kaksi peruselementtiä. Yksi on melutaso ja toinen signaali. Mittaustavan seurauksena signaalin mittaus sisältää usein myös kohinaa, ts. Se on signaali plus melun mittaus.

  Tämä ei yleensä ole liian suuri ongelma, koska signaalin taso on oletetaan olevan paljon suurempi kuin melu. Tämän vuoksi jotkut vastaanottimen valmistajat määrittelevät hieman erilaisen suhteen: nimittäin signaali plus melu kohinaan (S + N / N). Käytännössä ero ei ole suuri, mutta S + N / N-suhde on oikeampi.

• PD ja EMF Toisinaan spesifikaatiossa signaaligeneraattorin tasolla mainitaan, että se on joko PD tai EMF. Tämä on todella tärkeää, koska näiden kahden tason välillä on kerroin 2: 1. Esimerkiksi 1 mikrovoltin EMF. ja 0,5 mikrovoltin PD ovat samat.

  EMF (sähkömoottori) on avoimen piirin jännite, kun taas PD (potentiaaliero) mitataan generaattoria kuormitettaessa. Generaattoritason piirien toiminnan seurauksena se olettaa, että oikea (50 ohmin) kuorma on kohdistettu. Jos kuorma ei ole tämä arvo, tapahtuu virhe. Tästä huolimatta useimmat laitteet ottavat arvot PD: nä, ellei toisin mainita, mutta se on aina syytä tarkistaa, jos mahdollista.

Signaali-kohinasuhteen määritykset

Signaali-kohinasuhde on usein yksi parametreista, jotka on kuvattu radiovastaanottimen spesifikaatiossa tai tietolomakkeessa.

Jotta spesifikaatio olisi mielekäs, spesifikaatiossa on ilmoitettava useita elementtejä ja testiolosuhteita.

• Itse signaalin ja melun suhde: Tämä on tietysti perus spesifikaatio, ja se on halutun signaalin ja kohinan ero.

• Signaalin taso: Signaalin tasolla on suuri vaikutus signaalin ja kohinan suhteeseen, ja siksi signaalin taso on ilmoitettava. Tyypillisesti, kun määritetään herkkyystaso SNR: n suhteen, ilmoitetaan signaalin tulotaso, joka tarvitaan kiinteän kuvan, tyypillisesti 10 dB signaalin ja kohinasuhteen antamiseksi.

• Kaistanleveys: Koska kaistanleveydellä on suora vaikutus melutasoon, kaistanleveys on ilmoitettava spesifikaatiossa. Käytetyt kaistanleveysluvut liittyvät yleensä käytettyihin modulaatiotyyppeihin, usein 6 kHz AM: lle, 3 kHz SSB: lle ja kapeampi Morse: lle.

• Modulaatio: Signaali-kohinasuhde riippuu käytetyn modulaation tyyppi. Signaali-kohinasuhdetta käytetään tyypillisesti AM: lle ja SSB: lle.

  Lisäksi havaitaan, että AM: tä käytettäessä modulointitasolla on vaikutusta. Mitä korkeampi modulointitaso, sitä korkeampi äänen ulostulo vastaanottimesta. Kohinan suorituskykyä mitattaessa mitataan vastaanottimen äänilähtö ja vastaavasti AM: n modulointitasolla on vaikutus. Yleensä tälle mittaukselle valitaan 30%: n modulaatiotaso.

• Lämpötila: Teoriassa lämpötila vaikuttaa melutasoon, koska suurin osa vastaanottimen melusta on lämpö. Siksi lämpötilalla on vaikutusta, mutta todellisuudessa lämpötilan oletetaan olevan huoneen lämpötila, 20 ° C.

• PD / EMF: Teknisten tietojen tulisi ilmoittaa, onko tulosignaalin taso on PD tai EMF. Käytännössä tätä tehdään harvoin, ja oletetaan yleensä, että mittaus on potentiaaliero.

• Taajuus: Useimmissa radiovastaanottimien tietolomakkeissa käytetyissä signaali-kohinasuhteen herkkyysmäärityksissä signaali-kohinasuhde annetaan eri taajuuskaistoille. Koska itse radion herkkyys vaihtelee eri taajuuksilla ja taajuusalueilla, on tarpeen antaa herkkyysluvuille rasvaa sopivia pisteitä.

On melko tavallista verrata eri vastaanottimien S / N-suhdemäärityksiä, yleensä suorituskyky ilmoitetaan asetetuille parametreille. Tyypillisesti tulojännite signaalille kohina-suhteelle 10 dB on ilmoitettu.

HF-radioviestinnässä tyypillisesti voidaan odottaa näkevän 0,5 mikrovoltin alueen lukeman 10 dB: n äänenvoimakkuudelle 3 kHz: n kaistanleveydellä SSB: lle tai Morselle. AM: lle voidaan nähdä 1,5 mikrovolttia 10 dB: n äänenvoimakkuudelle 6 kHz: n kaistanleveydellä 30% modulaatiossa.

Koska herkkyys vaihtelee käytetyn modulaatiotyypin, kaistanleveyden ja radion peittämien taajuuskaistojen mukaan, annetaan usein kuvataulukko kaikkien vaadittujen yhdistelmien kattamiseksi.

Vaikka radiovastaanottimien herkkyysominaisuuksien määrittämisessä käytetään monia parametreja, signaali-kohinasuhde on yksi perustavanlaatuisimmista ja helposti ymmärrettävistä. Siksi sitä käytetään laajalti monissa radiovastaanottimissa, joita käytetään sovelluksissa aina lähetysvastaanotosta kiinteään tai mobiiliin radioviestintään.

Lisää tärkeitä radion aiheita:
Radiomerkkien modulaatiotyypit & tekniikat Amplitudimodulaatio Taajuusmodulaatio OFDM RF-sekoitus Vaihelukitut silmukat Taajuussyntetisaattorit Passiivinen intermodulaatio RF-vaimentimet RF-suodattimet RF-kiertovesipumput Radiovastaanotintyypit Superhet-radiovastaanottimen selektiivisyys Vastaanottimen herkkyys Vastaanottimen voimakas signaalinkäsittely Vastaanottimen dynaaminen alue
Palaa Radiokohteet-valikkoon. . .