La sensibilità del ricevitore radio include:
Informazioni di base sulla sensibilità del ricevitore Rapporto segnale / rumore SINAD Figura di rumore, NF Noise floor Miscelazione reciproca

Il rapporto segnale / rumore, SNR o rapporto S / N è uno dei metodi più semplici per misurare la sensibilità del ricevitore radio.

Il rapporto segnale / rumore definisce il differenza di livello tra il segnale e il rumore per un dato livello di segnale. Più basso è il rumore generato dal ricevitore, migliore è il rapporto segnale / rumore.

Come per qualsiasi misurazione della sensibilità, le prestazioni del ricevitore radio complessivo sono determinate dalle prestazioni dello stadio dell’amplificatore RF front-end. Qualsiasi rumore introdotto dal primo amplificatore RF verrà aggiunto al segnale e amplificato dai successivi amplificatori nel ricevitore.

Poiché il rumore introdotto dal primo amplificatore RF sarà amplificato maggiormente, questo amplificatore RF diventa il più critico in termini di progettazione complessiva del circuito RF per le prestazioni di sensibilità del ricevitore radio.

Di conseguenza, l’attenzione del progetto del circuito RF per qualsiasi ricevitore radio dovrebbe concentrarsi sulle fasi iniziali della radio in quanto queste hanno di gran lunga il maggiore effetto sulle prestazioni segnale-rumore.

Concetto di rapporto segnale / rumore SNR

Sebbene ci siano molti modi per misurare le prestazioni di sensibilità di un radioricevitore, il rapporto S / N o SNR è uno dei più semplici e viene utilizzato in una varietà di applicazioni.

Il concetto di rapporto segnale / rumore è utilizzato anche in molte altre aree, inclusi i sistemi audio e molte altre aree del circuito è progettato.

Il rapporto segnale / rumore di un segnale in un sistema è facile da comprendere, e quindi è stato ampiamente utilizzato in molte aree.

Tuttavia ha un numero di limitazioni e, sebbene sia ampiamente utilizzato, vengono spesso utilizzati anche altri metodi, inclusa la figura di rumore. Tuttavia il rapporto S / N o SNR è una specifica importante ed è ampiamente utilizzato come misura delle prestazioni di molti progetti di circuiti RF, in particolare per la sensibilità del ricevitore radio

La differenza viene normalmente mostrata come rapporto tra il segnale e il rumore, S / N, ed è normalmente espresso in decibel. Poiché il livello del segnale in ingresso ha ovviamente un effetto su questo rapporto, è necessario fornire il livello del segnale in ingresso. Questo di solito è espresso in microvolt. In genere viene specificato un certo livello di ingresso richiesto per fornire un rapporto segnale / rumore di 10 dB.

Definizione del rapporto segnale / rumore

Spesso è utile avere una definizione concisa di segnale / rumore rapporto in quanto ciò può rendere più facile controllare le specifiche generali nelle schede tecniche del ricevitore radio.

Questa definizione del rapporto segnale / rumore spiega i diversi elementi del rapporto segnale / rumore che devono essere controllati quando si guarda qualsiasi specifica SNR in una scheda tecnica, ecc.

Rapporto segnale / rumore formula

Il rapporto segnale / rumore è il rapporto tra il segnale desiderato e lo sfondo indesiderato rumore. Può essere espresso nella sua forma più elementare utilizzando la formula del rapporto S / N di seguito:

È più comune vedere un rapporto segnale / rumore espresso in una base logaritmica utilizzando decibel con la formula seguente:

Se tutti i livelli sono espressi in decibel, la formula può essere semplificata nell’equazione seguente:

I livelli di potenza possono essere espressi in livelli come dBm (decibel relativi a un milliwatt o ad un altro standard con cui confrontare i livelli.

Effetto della larghezza di banda su SNR

Una serie di altri fattori oltre alle prestazioni di base del set possono influenzano il rapporto segnale / rumore, specifica SNR. La prima è l’effettiva larghezza di banda del ricevitore. Poiché il rumore si diffonde su tutte le frequenze, si trova t tanto più ampia è la larghezza di banda del ricevitore, maggiore è il livello di rumore. Di conseguenza, è necessario dichiarare la larghezza di banda del ricevitore.

Più specificamente, la potenza del rumore può essere calcolata:

Dove:
k = costante di Boltzmann
T = temperatura in gradi assoluti
R = resistenza del circuito

Vale la pena notare che il livello di rumore è indipendente dall’impedenza del sistema in quanto la potenza del rumore è solo proporzionale alla costante, alla larghezza di banda e alla temperatura di Boltzmann.

Per le specifiche del ricevitore radio, l’aspetto principale è la larghezza di banda della misurazione.

In realtà è per questo motivo per cui quando si ricevono segnali deboli in un sistema di comunicazioni radio, la larghezza di banda viene ridotta al livello minimo coerente con la ricezione del segnale con le sue bande laterali. Questo riduce il rumore termico e le interferenze fuori canale.

Misurazione del rapporto segnale / rumore

Il modo in cui viene misurato il rapporto segnale / rumore è relativamente semplice: poca attrezzatura di prova è necessario e il metodo è abbastanza semplice.

L’attrezzatura necessaria per intraprendere il test consiste in due strumenti di test. Il principale è un generatore di segnali RF. Questo strumento di prova deve ovviamente avere una gamma di frequenze che copra quella della radio. Deve anche essere possibile regolare accuratamente il livello di uscita fino a circa e al di sotto del livello previsto di sensibilità della radio sotto test senza che il segnale fuoriesca attorno all’attenuatore finale nel generatore. Il generatore di segnale RF deve anche avere un’impedenza di uscita adatta per la radio – tipicamente 50Ω

L’altro strumento di prova richiesto è un vero voltmetro RMS in grado di misurare l’uscita audio dalla radio.

Con il segnale del generatore spento viene fornito un match di 50Ω al ricevitore e il misuratore audio rileverà il rumore generato dal ricevitore stesso. Questo livello viene annotato e il segnale viene attivato. Il suo livello viene regolato fino a quando il misuratore del livello audio non legge un livello che è di 10 dB più alto del solo rumore. Il livello del generatore è quello richiesto per fornire il rapporto segnale / rumore di 10 dB.

L’ultima affermazione non era del tutto vera. Mentre la prima lettura del rumore è abbastanza accurata, anche la seconda lettura del segnale include del rumore. In considerazione di ciò, molti produttori specificheranno un rapporto leggermente diverso: ovvero segnale più rumore / rumore (S + N / N). In pratica la differenza non è particolarmente grande, ma il rapporto S + N / N è più corretto.

Anche il segnale deve essere a un livello basso, e se possibile il controllo automatico del guadagno deve essere disabilitato altrimenti i risultati possono essere distorti.

Punti da notare quando si misura il rapporto segnale / rumore

SNR, il rapporto segnale / rumore è un metodo molto conveniente per quantificare la sensibilità di un ricevitore, ma ci sono alcuni punti da notare quando si interpreta e si misura il rapporto segnale / rumore.

Per indagare su questi è necessario guardare al modo in cui vengono effettuate le misurazioni del rapporto segnale / rumore, SNR. Un generatore di segnale RF calibrato viene utilizzato come sorgente di segnale per il ricevitore. Deve disporre di un metodo accurato per impostare il livello di uscita fino a livelli di segnale molto bassi. Quindi all’uscita del ricevitore viene utilizzato un voltmetro CA vero RMS per misurare il livello di uscita.

• S / N e (S + N) / N Quando si misura il rapporto segnale / rumore ci sono due elementi fondamentali per la misurazione. Uno è il livello di rumore e l’altro è il segnale. Come risultato del modo in cui vengono effettuate le misurazioni, spesso la misurazione del segnale include anche il rumore, cioè è una misurazione del segnale più il rumore.

  Normalmente questo non è un grosso problema perché il livello del segnale è presume che sia molto più grande del rumore. In considerazione di ciò, alcuni produttori di ricevitori specificheranno un rapporto leggermente diverso: vale a dire segnale più rumore / rumore (S + N / N). In pratica la differenza non è grande, ma il rapporto S + N / N è più corretto.

• PD ed EMF Occasionalmente il livello del generatore di segnale nella specifica menzionerà che è o PD o EMF. Questo è in realtà molto importante perché c’è un fattore di 2: 1 tra i due livelli. Ad esempio 1 microvolt EMF. e 0,5 microvolt PD sono gli stessi.

  L’EMF (forza elettromotrice) è la tensione a circuito aperto, mentre la PD (differenza di potenziale) viene misurata quando il generatore è carico. Come risultato del modo in cui funziona il circuito a livello del generatore, si presume che sia stato applicato un carico corretto (50 Ohm). Se il carico non è questo valore, si verificherà un errore. Nonostante ciò la maggior parte delle apparecchiature assumerà valori in PD se non diversamente specificato, ma vale sempre la pena controllare se possibile.

Specifiche del rapporto segnale / rumore

Il rapporto segnale / rumore è spesso uno dei parametri dettagliati nelle specifiche o nella scheda tecnica di un ricevitore radio.

Affinché la specifica sia significativa, la specifica deve indicare vari elementi e condizioni di test.

• Rapporto segnale / rumore stesso: questo è ovviamente il specifica, ed è la differenza tra il segnale desiderato e il rumore.

• Livello del segnale: il livello del segnale ha un impatto importante sul rapporto segnale / rumore, e quindi il livello del segnale deve essere dichiarato. Tipicamente, quando si specifica un livello di sensibilità in termini di SNR, viene indicato il livello di ingresso del segnale richiesto per fornire un rapporto segnale / rumore di una cifra fissa, tipicamente 10dB.

• Larghezza di banda: poiché la larghezza di banda ha un effetto diretto sul livello di rumore, la larghezza di banda deve essere indicata all’interno delle specifiche. I dati sulla larghezza di banda utilizzati normalmente si riferiscono ai tipi di modulazione utilizzati, spesso 6 kHz per AM, 3 kHz per SSB e più stretti per Morse.

• Modulazione: il rapporto segnale / rumore dipenderà dal tipo di modulazione utilizzato. In genere il rapporto segnale / rumore viene utilizzato per AM e SSB.

  Inoltre si è riscontrato che quando si utilizza AM il livello di modulazione ha un effetto. Maggiore è il livello di modulazione, maggiore è l’uscita audio dal ricevitore. Quando si misura la prestazione del rumore, viene misurata l’uscita audio dal ricevitore e di conseguenza il livello di modulazione dell’AM ha un effetto. Di solito per questa misurazione viene scelto un livello di modulazione del 30%.

• Temperatura: in teoria la temperatura ha un effetto sul livello di rumore poiché la maggior parte del rumore del ricevitore è termico. Quindi la temperatura ha un effetto, ma in realtà si presume che la temperatura sia la temperatura ambiente, 20 ° C.

• PD / EMF: le specifiche dovrebbero indicare se il livello del segnale in ingresso è PD o EMF. In pratica, questo viene fatto raramente e normalmente si presume che la misurazione sia la differenza di potenziale.

• Frequenza: nella maggior parte delle specifiche di sensibilità del rapporto segnale / rumore utilizzate nelle schede tecniche dei ricevitori radio, il rapporto segnale / rumore viene fornito per varie bande di frequenza. Poiché la sensibilità della radio stessa varierà per diverse frequenze e bande, è necessario dare alle cifre di sensibilità punti adatti.

È abbastanza standard per la specifica del rapporto S / N da confrontare per diversi ricevitori, generalmente le prestazioni sono indicate per parametri impostati. Tipicamente viene indicata la tensione di ingresso per un rapporto segnale / rumore di 10dB.

Per un ricevitore per comunicazioni radio HF, in genere ci si potrebbe aspettare di vedere una figura nella regione di 0,5 microvolt per un S / N di 10 dB in una larghezza di banda di 3 kHz per SSB o Morse. Per AM si potrebbe vedere una cifra di 1,5 microvolt per un rapporto S / N di 10 dB in una larghezza di banda di 6 kHz con una modulazione del 30%.

Poiché la sensibilità varierà in base al tipo di modulazione utilizzato, alla larghezza di banda e alle bande di frequenza coperte dalla radio, spesso viene fornita una tabella di cifre per coprire tutte le combinazioni richieste.

Sebbene vi siano molti parametri utilizzati per specificare le prestazioni di sensibilità dei ricevitori radio, il rapporto segnale / rumore è uno dei più elementari e di facile comprensione. È quindi ampiamente utilizzato per molti ricevitori radio utilizzati in applicazioni che vanno dalla ricezione delle trasmissioni alle comunicazioni radio fisse o mobili.

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