Empfindlichkeit des Funkempfängers Enthält:
Grundlagen der Empfängerempfindlichkeit Signal-Rausch-Verhältnis SINAD-Rauschzahl, NF Noise Floor Gegenseitiges Mischen

Das Signal-Rausch-Verhältnis, das SNR- oder S / N-Verhältnis ist eine der einfachsten Methoden zur Messung der Empfindlichkeit des Funkempfängers.

Das Signal-Rausch-Verhältnis definiert das Pegelunterschied zwischen dem Signal und dem Rauschen für einen gegebenen Signalpegel. Je geringer das vom Empfänger erzeugte Rauschen ist, desto besser ist das Signal-Rausch-Verhältnis.

Wie bei jeder Empfindlichkeitsmessung wird die Leistung des gesamten Funkempfängers durch die Leistung der Front-End-HF-Verstärkerstufe bestimmt. Jegliches durch den ersten HF-Verstärker eingebrachte Rauschen wird dem Signal hinzugefügt und durch nachfolgende Verstärker im Empfänger verstärkt.

Da das vom ersten HF-Verstärker eingebrachte Rauschen am stärksten verstärkt wird, wird dieser HF-Verstärker im Hinblick auf das gesamte HF-Schaltungsdesign für die Empfindlichkeitsleistung des Funkempfängers am kritischsten.

Dementsprechend sollte sich der Fokus des HF-Schaltungsdesigns für jeden Funkempfänger auf die Anfangsstadien des Funkgeräts konzentrieren, da diese bei weitem den größten Einfluss auf die Signal-Rausch-Leistung haben.

Konzept des Signal-Rausch-S / N-Verhältnisses SNR

Obwohl es viele Möglichkeiten gibt, die Empfindlichkeitsleistung eines Funkempfängers zu messen, ist das S / N-Verhältnis oder SNR eines der einfachsten und wird verwendet in einer Vielzahl von Anwendungen.

Das Konzept des Signal-Rausch-Verhältnisses wird auch in vielen anderen Bereichen einschließlich Audiosystemen und vielen anderen Bereichen der Schaltung verwendet it-Design.

Das Signal-Rausch-Verhältnis eines Signals in einem System ist leicht zu verstehen und wird daher in vielen Bereichen häufig verwendet.

Es gibt jedoch eine Reihe von Einschränkungen, und obwohl es weit verbreitet ist, werden oft auch andere Methoden einschließlich der Rauschzahl verwendet. Trotzdem ist das S / N-Verhältnis oder SNR eine wichtige Spezifikation und wird häufig als Maß für die Leistung vieler HF-Schaltungsdesigns verwendet, insbesondere für die Empfindlichkeit des Funkempfängers

Die Differenz wird normalerweise als Verhältnis zwischen dem Signal und dem Signal angezeigt Rauschen, S / N, und es wird normalerweise in Dezibel ausgedrückt. Da sich der Signaleingangspegel offensichtlich auf dieses Verhältnis auswirkt, muss der Eingangssignalpegel angegeben werden. Dies wird üblicherweise in Mikrovolt ausgedrückt. In der Regel wird ein bestimmter Eingangspegel angegeben, der für ein Signal-Rausch-Verhältnis von 10 dB erforderlich ist.

Definition des Signal-Rausch-Verhältnisses

Es ist häufig hilfreich, eine präzise Definition des Signal-Rausch-Verhältnisses zu haben Verhältnis, da dies die Überprüfung der Gesamtspezifikationen in den Datenblättern des Funkempfängers erleichtern kann.

Diese Definition des Signal-Rausch-Verhältnisses erläutert die verschiedenen Elemente des Signal-Rausch-Verhältnisses, die überprüft werden müssen, wenn eine SNR-Spezifikation in einem Datenblatt usw. betrachtet wird.

Signal-Rausch-Verhältnis Formel

Das Signal-Rausch-Verhältnis ist das Verhältnis zwischen dem gewünschten Signal und dem unerwünschten Hintergrund Lärm. Es kann in seiner grundlegendsten Form unter Verwendung der folgenden S / N-Verhältnisformel ausgedrückt werden:

Es ist üblicher, ein Signal-Rausch-Verhältnis in logarithmischer Basis unter Verwendung von Dezibel mit der folgenden Formel auszudrücken:

Wenn alle Pegel in Dezibel ausgedrückt werden, kann die Formel auf die folgende Gleichung vereinfacht werden:

Die Leistungspegel können in Pegeln wie dBm (Dezibel relativ) ausgedrückt werden auf ein Milliwatt oder auf einen anderen Standard, anhand dessen die Pegel verglichen werden können.

Auswirkung der Bandbreite auf das SNR

Eine Reihe anderer Faktoren neben der Grundleistung des Geräts können beeinflussen das Signal-Rausch-Verhältnis, SNR-Spezifikation. Die erste ist die tatsächliche Bandbreite des Empfängers. Da sich das Rauschen über alle Frequenzen ausbreitet, wird t gefunden Je breiter die Bandbreite des Empfängers ist, desto höher ist der Rauschpegel. Dementsprechend muss die Empfängerbandbreite angegeben werden.

Insbesondere kann die Rauschleistung berechnet werden:

Wobei:
k = Boltzmanns Konstante
T = Temperatur in Grad absolut
R = Widerstand der Schaltung

Es ist anzumerken, dass der Geräuschpegel unabhängig von der Systemimpedanz ist Die Rauschleistung ist nur proportional zu Boltzmanns Konstante, Bandbreite und Temperatur.

Für Funkempfängerspezifikationen ist der Hauptaspekt die Bandbreite der Messung.

Dies ist tatsächlich der Fall Grund dafür, dass beim Empfang schwacher Signale in einem Funkkommunikationssystem die Bandbreite auf den Mindestpegel reduziert wird, der mit dem Empfang des Signals mit seinen Seitenbändern übereinstimmt. Dies reduziert das thermische Rauschen sowie Störungen außerhalb des Kanals.

Messen des Signal-Rausch-Verhältnisses

Die Art und Weise, wie das Signal-Rausch-Verhältnis gemessen wird, ist relativ einfach – wenig Testausrüstung wird benötigt und die Methode ist recht einfach.

Die für die Durchführung der Prüfung erforderliche Ausrüstung besteht aus zwei Prüfgeräten. Der wichtigste ist ein HF-Signalgenerator. Dieses Testinstrument muss offensichtlich einen Frequenzbereich haben, der den des Radios abdeckt. Es muss auch möglich sein, den Ausgangspegel genau auf und unter den erwarteten Pegel der Empfindlichkeit des zu testenden Radios einzustellen, ohne dass ein Signal um das endgültige Dämpfungsglied im Generator austritt. Der HF-Signalgenerator muss auch eine für das Radio geeignete Ausgangsimpedanz haben – normalerweise 50 Ω. Das andere erforderliche Testinstrument ist ein echtes RMS-Voltmeter, mit dem die Audioausgabe des Radios gemessen werden kann.

Bei ausgeschaltetem Generatorsignal wird dem Empfänger eine 50Ω-Übereinstimmung gegeben, und das Audiomessgerät erkennt das vom Empfänger selbst erzeugte Rauschen. Dieser Pegel wird notiert und das Signal eingeschaltet. Sein Pegel wird angepasst, bis der Audiopegelmesser einen Pegel anzeigt, der 10 dB höher ist als nur das Rauschen allein. Der Pegel des Generators ist derjenige, der erforderlich ist, um das 10-dB-Signal-Rausch-Verhältnis zu erhalten.

Die letzte Aussage war nicht genau richtig. Während der erste Messwert des Rauschens ziemlich genau ist, enthält der zweite Messwert des Signals auch etwas Rauschen. In Anbetracht dessen werden viele Hersteller ein etwas anderes Verhältnis festlegen: Signal plus Rauschen zu Rauschen (S + N / N). In der Praxis ist der Unterschied nicht besonders groß, aber das S + N / N-Verhältnis ist korrekter.

Das Signal muss ebenfalls auf einem niedrigen Pegel liegen, und wenn möglich, muss die automatische Verstärkungsregelung ansonsten deaktiviert werden Die Ergebnisse können verzerrt sein.

Bei der Messung des Signal-Rausch-Verhältnisses zu beachtende Punkte

SNR ist das Signal-Rausch-Verhältnis eine sehr bequeme Methode zur Quantifizierung der Empfindlichkeit eines Empfängers, aber dort Bei der Interpretation und Messung des Signal-Rausch-Verhältnisses sind einige Punkte zu beachten.

Um diese zu untersuchen, muss untersucht werden, wie die Messungen des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) durchgeführt werden. Ein kalibrierter HF-Signalgenerator wird als Signalquelle für den Empfänger verwendet. Es muss eine genaue Methode zum Einstellen des Ausgangspegels auf sehr niedrige Signalpegel vorhanden sein. Am Ausgang des Empfängers wird dann ein echtes RMS-Wechselspannungsmessgerät verwendet, um den Ausgangspegel zu messen.

• S / N und (S + N) / N Bei der Messung des Signal-Rausch-Verhältnisses Die Messung besteht aus zwei Grundelementen. Einer ist der Rauschpegel und der andere ist das Signal. Aufgrund der Art und Weise, wie Messungen durchgeführt werden, umfasst die Signalmessung häufig auch Rauschen, dh es handelt sich um eine Signal-plus-Rausch-Messung.

  Dies ist normalerweise kein allzu großes Problem, da der Signalpegel gleich ist angenommen, viel größer als das Rauschen zu sein. In Anbetracht dessen geben einige Empfängerhersteller ein etwas anderes Verhältnis an: Signal plus Rauschen zu Rauschen (S + N / N). In der Praxis ist der Unterschied nicht groß, aber das S + N / N-Verhältnis ist korrekter.

• PD und EMF Gelegentlich wird der Signalgeneratorpegel in der Spezifikation erwähnen, dass dies der Fall ist entweder PD oder EMF. Dies ist tatsächlich sehr wichtig, da zwischen den beiden Ebenen ein Faktor von 2: 1 liegt. Zum Beispiel 1 Mikrovolt EMF. und 0,5 Mikrovolt PD sind gleich.

  Die EMF (elektromotorische Kraft) ist die Leerlaufspannung, während die PD (Potentialdifferenz) gemessen wird, wenn der Generator geladen wird. Aufgrund der Funktionsweise der Generatorpegelschaltung wird davon ausgegangen, dass eine korrekte Last (50 Ohm) angelegt wurde. Wenn die Last nicht diesen Wert hat, liegt ein Fehler vor. Trotzdem nehmen die meisten Geräte Werte in PD an, sofern nicht anders angegeben. Es lohnt sich jedoch immer, dies nach Möglichkeit zu überprüfen.

Spezifikationen für das Signal-Rausch-Verhältnis

Das Signal-Rausch-Verhältnis ist häufig einer der Parameter, die in der Spezifikation oder im Datenblatt für einen Funkempfänger aufgeführt sind.

Damit die Spezifikation aussagekräftig ist, muss die Spezifikation verschiedene Elemente und Testbedingungen enthalten.

• Signal-Rausch-Verhältnis selbst: Dies ist offensichtlich die Grundvoraussetzung Spezifikation, und es ist der Unterschied zwischen dem gewünschten Signal und dem Rauschen.

• Signalpegel: Der Signalpegel hat einen großen Einfluss auf das Signal-Rausch-Verhältnis. Daher muss der Signalpegel angegeben werden. Typischerweise wird bei der Angabe eines Empfindlichkeitspegels in Bezug auf das SNR der Signaleingangspegel angegeben, der erforderlich ist, um ein Signal-Rausch-Verhältnis einer festen Zahl zu ergeben, typischerweise 10 dB.

• Bandbreite: Da sich die Bandbreite direkt auf den Rauschpegel auswirkt, muss die Bandbreite in der Spezifikation angegeben werden. Die verwendeten Bandbreitenangaben beziehen sich normalerweise auf die verwendeten Modulationstypen, häufig 6 kHz für AM, 3 kHz für SSB und schmaler für Morse.

• Modulation: Das Signal-Rausch-Verhältnis hängt von der Art der verwendeten Modulation. Typischerweise wird das Signal-Rausch-Verhältnis für AM und SSB verwendet.

  Zusätzlich wird festgestellt, dass bei Verwendung von AM der Modulationspegel einen Effekt hat. Je höher der Modulationspegel ist, desto höher ist die Audioausgabe des Empfängers. Bei der Messung der Rauschleistung wird der Audioausgang des Empfängers gemessen und dementsprechend wirkt sich der Modulationspegel des AM aus. Normalerweise wird für diese Messung ein Modulationspegel von 30% gewählt.

• Temperatur: Theoretisch wirkt sich die Temperatur auf den Geräuschpegel aus, da der größte Teil des Empfängerrauschens thermisch ist. Daher hat die Temperatur einen Effekt, aber in der Realität wird angenommen, dass die Temperatur Raumtemperatur von 20 ° C beträgt.

• PD / EMF: In den Spezifikationen sollte angegeben werden, ob der Eingangssignalpegel erreicht wird ist PD oder EMF. In der Praxis wird dies selten durchgeführt und normalerweise wird angenommen, dass die Messung die Potentialdifferenz ist.

• Frequenz: In den meisten in den Datenblättern für Funkempfängern verwendeten Empfindlichkeitsspezifikationen für das Signal-Rausch-Verhältnis wird das Signal-Rausch-Verhältnis für verschiedene Frequenzbänder angegeben. Da die Empfindlichkeit des Radios selbst für verschiedene Frequenzen und Bänder variiert, ist es notwendig, den Empfindlichkeitswerten fette geeignete Punkte zu geben.

Es ist ziemlich normal, dass die S / N-Verhältnis-Spezifikation für verschiedene Empfänger verglichen wird. Im Allgemeinen wird die Leistung für eingestellte Parameter angegeben. Typischerweise wird die Eingangsspannung für ein Signal-Rausch-Verhältnis von 10 dB angegeben.

Bei einem HF-Funkkommunikationsempfänger ist normalerweise zu erwarten, dass bei einem 10-dB-Rauschabstand in einer 3-kHz-Bandbreite für SSB oder Morse ein Wert im Bereich von 0,5 Mikrovolt angezeigt wird. Für AM kann eine Zahl von 1,5 Mikrovolt für ein 10 dB S / N in einer 6 kHz-Bandbreite bei 30% Modulation gesehen werden.

Da die Empfindlichkeit je nach verwendetem Modulationstyp, Bandbreite und vom Radio abgedeckten Frequenzbändern variiert, wird häufig eine Tabelle mit Abbildungen angegeben, um alle erforderlichen Kombinationen abzudecken.

Während es viele Parameter gibt, die zur Angabe der Empfindlichkeitsleistung von Funkempfängern verwendet werden, ist das Signal-Rausch-Verhältnis einer der grundlegendsten und am einfachsten zu verstehenden. Es wird daher häufig für viele Funkempfänger verwendet, die in Anwendungen verwendet werden, die vom Rundfunkempfang bis zur Fest- oder Mobilfunkkommunikation reichen.

Wesentlichere Funkthemen:
Modulationsarten für Funksignale & Techniken Amplitudenmodulation Frequenzmodulation OFDM HF-Mischung Phasenregelkreise Frequenzsynthesizer Passive Intermodulation HF-Dämpfungsglieder HF-Filter HF-Zirkulator Funkempfängertypen Superhet-Funkempfängerselektivität Empfängerempfindlichkeit Empfängerempfindlichkeit Empfänger Signalbereich
Kehren Sie zum Menü Radio-Themen zurück. . .