Czułość odbiornika radiowego Obejmuje:
Podstawy czułości odbiornika Stosunek sygnału do szumu SINAD Szum Rysunek, NF Noise floor Miksowanie wzajemne

Stosunek sygnału do szumu, stosunek SNR lub stosunek sygnału do szumu to jedna z najprostszych metod pomiaru czułości odbiornika radiowego.

Stosunek sygnału do szumu określa różnica poziomów między sygnałem a szumem dla danego poziomu sygnału. Im niższy poziom szumów generowanych przez odbiornik, tym lepszy stosunek sygnału do szumu.

Podobnie jak w przypadku każdego pomiaru czułości, wydajność całego odbiornika radiowego jest określana przez wydajność przedniego stopnia wzmacniacza RF. Każdy szum wprowadzony przez pierwszy wzmacniacz RF zostanie dodany do sygnału i wzmocniony przez kolejne wzmacniacze w odbiorniku.

Ponieważ szum wprowadzany przez pierwszy wzmacniacz RF zostanie wzmocniony najbardziej, ten wzmacniacz RF staje się najbardziej krytyczny pod względem ogólnego projektu obwodu RF dla wydajności odbiornika radiowego.

W związku z tym projekt obwodu RF dla dowolnego odbiornika radiowego powinien koncentrować się na początkowych etapach działania radia, ponieważ mają one zdecydowanie największy wpływ na stosunek sygnału do szumu.

Koncepcja sygnału do szumu Stosunek sygnału do szumu SNR

Chociaż istnieje wiele sposobów pomiaru czułości odbiornika radiowego, stosunek sygnału do szumu lub SNR jest jednym z najprostszych i jest używany w różnych zastosowaniach.

Pojęcie stosunku sygnału do szumu jest również używane w wielu innych obszarach, w tym w systemach audio i wielu innych obszarach it design.

Stosunek sygnału do szumu sygnału w systemie jest łatwy do zrozumienia i dlatego był szeroko stosowany w wielu obszarach.

Jednak ma wiele ograniczenia i chociaż jest szeroko stosowany, często stosuje się również inne metody, w tym współczynnik szumów. Niemniej jednak stosunek S / N lub SNR jest ważną specyfikacją i jest szeroko stosowany jako miara wydajności wielu projektów obwodów RF, szczególnie w przypadku czułości odbiornika radiowego.

Różnica jest zwykle pokazywana jako stosunek między sygnałem a szum, S / N i jest zwykle wyrażany w decybelach. Ponieważ poziom sygnału wejściowego ma oczywiście wpływ na ten stosunek, należy podać poziom sygnału wejściowego. Jest to zwykle wyrażane w mikrowoltach. Zwykle określony jest poziom wejściowy wymagany do uzyskania stosunku sygnału do szumu na poziomie 10 dB.

Definicja stosunku sygnału do szumu

Często pomocne jest posiadanie zwięzłej definicji sygnału do szumu , ponieważ może to ułatwić sprawdzenie ogólnych specyfikacji w arkuszach danych odbiornika radiowego.

Ta definicja stosunku sygnału do szumu wyjaśnia różne elementy stosunku sygnału do szumu, które należy sprawdzić, patrząc na dowolną specyfikację SNR w arkuszu danych itp.

Stosunek sygnału do szumu wzór

Stosunek sygnału do szumu to stosunek pożądanego sygnału do niepożądanego tła hałas. Można go wyrazić w najbardziej podstawowej postaci za pomocą poniższego wzoru na stosunek sygnału do szumu:

Zwykle stosunek sygnału do szumu jest wyrażony w postaci logarytmicznej przy użyciu decybeli za pomocą poniższego wzoru:

Jeśli wszystkie poziomy są wyrażone w decybelach, wzór można uprościć do następującego równania:

Poziomy mocy mogą być wyrażone w poziomach takich jak dBm (decybele względne do miliwata lub do innego standardu, według którego można porównać poziomy.

Wpływ szerokości pasma na SNR

Szereg innych czynników oprócz podstawowej wydajności zestawu może wpływają na stosunek sygnału do szumu, specyfikację SNR. Pierwszą jest rzeczywista szerokość pasma odbiornika. Ponieważ szum rozprzestrzenia się na wszystkie częstotliwości, stwierdza się, że t kapelusz im szersze pasmo odbiornika, tym większy poziom szumów. W związku z tym należy podać szerokość pasma odbiornika.

Dokładniej, moc szumów można obliczyć:

Gdzie:
k = stała Boltzmanna
T = temperatura w stopniach bezwzględnych
R = rezystancja obwodu

Warto zauważyć, że poziom szumów jest niezależny od impedancji układu, ponieważ moc szumów jest tylko proporcjonalna do stałej Boltzmanna, szerokości pasma i temperatury.

W przypadku specyfikacji odbiornika radiowego głównym aspektem jest szerokość pasma pomiaru.

W rzeczywistości chodzi o to powód, dla którego przy odbiorze słabych sygnałów w systemie radiokomunikacji szerokość pasma jest redukowana do minimalnego poziomu zgodnego z odbiorem sygnału z jego pasmami bocznymi. Zmniejsza to szum termiczny, a także zakłócenia poza kanałem.

Pomiar stosunku sygnału do szumu

Sposób, w jaki mierzony jest stosunek sygnału do szumu, jest stosunkowo prosty – mało sprzętu testowego jest potrzebne, a metoda jest dość prosta.

Sprzęt wymagany do przeprowadzenia testów składa się z dwóch przyrządów testowych. Głównym z nich jest generator sygnału RF. Ten przyrząd testowy musi oczywiście mieć zakres częstotliwości pokrywający zakres częstotliwości radia. Musi również istnieć możliwość dokładnej regulacji poziomu wyjściowego w dół do około i poniżej przewidywanego poziomu czułości testowanego radia bez wycieku sygnału wokół końcowego tłumika w generatorze. Generator sygnału RF musi również mieć impedancję wyjściową odpowiednią dla radia – zwykle 50 Ω

Innym wymaganym przyrządem testowym jest woltomierz prawdziwej wartości skutecznej RMS, który może mierzyć wyjście audio z radia.

Gdy sygnał generatora jest wyłączony, do odbiornika podawana jest wartość dopasowania 50Ω, a miernik dźwięku wykryje szum generowany przez sam odbiornik. Ten poziom jest odnotowywany i sygnał jest włączony. Jego poziom jest regulowany, aż miernik poziomu dźwięku wskaże poziom, który jest o 10 dB wyższy niż sam szum. Poziom generatora jest taki, jaki jest wymagany do uzyskania 10 dB stosunku sygnału do szumu.

Ostatnie stwierdzenie nie było do końca prawdziwe. Podczas gdy pierwszy odczyt szumu jest dość dokładny, drugi odczyt sygnału zawiera również pewien szum. W związku z tym wielu producentów określi nieco inny stosunek: a mianowicie sygnał plus szum do szumu (S + N / N). W praktyce różnica nie jest szczególnie duża, ale stosunek S + N / N jest bardziej poprawny.

Sygnał również musi być na niskim poziomie i jeśli to możliwe, automatyczna regulacja wzmocnienia musi być wyłączona w przeciwnym razie wyniki mogą być wypaczone.

Na co należy zwrócić uwagę podczas pomiaru stosunku sygnału do szumu

SNR, stosunek sygnału do szumu to bardzo wygodna metoda ilościowego określania czułości odbiornika, ale to kilka punktów, na które należy zwrócić uwagę podczas interpretacji i pomiaru stosunku sygnału do szumu.

Aby je zbadać, konieczne jest przyjrzenie się sposobowi pomiaru stosunku sygnału do szumu, SNR. Jako źródło sygnału dla odbiornika używany jest skalibrowany generator sygnału RF. Musi mieć dokładną metodę ustawiania poziomu wyjściowego do bardzo niskich poziomów sygnału. Następnie na wyjściu odbiornika używany jest prawdziwy woltomierz AC RMS do pomiaru poziomu wyjściowego.

• S / N i (S + N) / N Podczas pomiaru stosunku sygnału do szumu pomiar składa się z dwóch podstawowych elementów. Jeden to poziom szumów, a drugi to sygnał. Ze względu na sposób wykonywania pomiarów często pomiar sygnału obejmuje również szum, tj. Jest to sygnał plus pomiar szumu.

  Zwykle nie jest to zbyt duży problem, ponieważ poziom sygnału jest zakładał, że jest znacznie większy niż hałas. W związku z tym niektórzy producenci odbiorników określają nieco inny stosunek: a mianowicie sygnał plus szum do szumu (S + N / N). W praktyce różnica nie jest duża, ale stosunek S + N / N jest bardziej poprawny.

• PD i EMF Czasami poziom generatora sygnału w specyfikacji wspomina, że jest albo PD lub EMF. W rzeczywistości jest to bardzo ważne, ponieważ między tymi dwoma poziomami występuje współczynnik 2: 1. Na przykład 1 mikrowolt EMF. i 0,5 mikrowolta PD są takie same.

  SEM (siła elektromotoryczna) to napięcie w obwodzie otwartym, podczas gdy wyładowanie niezupełne (różnica potencjałów) jest mierzone, gdy generator jest obciążony. Ze względu na sposób, w jaki działa obwód poziomu generatora, zakłada się, że zostało przyłożone prawidłowe (50 Ohm) obciążenie. Jeśli obciążenie nie ma tej wartości, wystąpi błąd. Mimo to większość urządzeń przyjmuje wartości PD, chyba że zaznaczono inaczej, ale zawsze warto to sprawdzić, jeśli to możliwe.

Specyfikacje stosunku sygnału do szumu

Stosunek sygnału do szumu jest często jednym z parametrów wyszczególnionych w specyfikacji lub arkuszu danych odbiornika radiowego.

Aby specyfikacja miała znaczenie, specyfikacja musi określać różne elementy i warunki testowe.

• Sam stosunek sygnału do szumu: jest to oczywiście podstawowa specyfikacji i jest to różnica między pożądanym sygnałem a szumem.

• Poziom sygnału: poziom sygnału ma duży wpływ na stosunek sygnału do szumu, dlatego poziom sygnału musi być określony. Zwykle przy określaniu poziomu czułości w kategoriach SNR podaje się poziom wejściowy sygnału wymagany do uzyskania stosunku sygnału do szumu o stałej wartości, zwykle 10 dB.

• Przepustowość: Ponieważ szerokość pasma ma bezpośredni wpływ na poziom szumów, szerokość pasma musi być określona w specyfikacji. Wartości przepustowości używane zwykle odnoszą się do używanych typów modulacji, często 6 kHz dla AM, 3 kHz dla SSB i węższe dla Morse’a.

• Modulacja: Stosunek sygnału do szumu będzie zależał od rodzaj zastosowanej modulacji. Zwykle stosunek sygnału do szumu jest używany dla AM i SSB.

  Dodatkowo okazuje się, że przy używaniu AM poziom modulacji ma wpływ. Im wyższy poziom modulacji, tym wyższy poziom dźwięku z odbiornika. Podczas pomiaru wydajności szumów mierzony jest sygnał audio z odbiornika i odpowiednio poziom modulacji AM ma wpływ. Zwykle do tego pomiaru wybiera się poziom modulacji 30%.

• Temperatura: Teoretycznie temperatura ma wpływ na poziom hałasu, ponieważ większość szumów odbiornika jest termiczna. Stąd temperatura ma wpływ, ale w rzeczywistości przyjmuje się, że temperatura jest temperaturą pokojową, 20 ° C.

• PD / EMF: Specyfikacje powinny określać, czy poziom sygnału wejściowego to PD lub EMF. W praktyce jest to rzadko wykonywane i zwykle przyjmuje się, że pomiarem jest różnica potencjałów.

• Częstotliwość: W większości specyfikacji czułości stosunku sygnału do szumu stosowanych w arkuszach danych odbiorników radiowych, stosunek sygnału do szumu jest podany dla różnych pasm częstotliwości. Ponieważ czułość samego radia będzie się zmieniać dla różnych częstotliwości i pasm, konieczne jest podanie wartości czułości odpowiednich punktów.

Porównywanie specyfikacji stosunku sygnału do szumu dla różnych odbiorników jest dość standardowe, generalnie wydajność jest podawana dla ustawionych parametrów. Zwykle podaje się napięcie wejściowe dla stosunku sygnału do szumu wynoszącego 10 dB.

W przypadku odbiornika radiokomunikacyjnego HF zwykle można się spodziewać liczby w zakresie 0,5 mikrowolta dla 10 dB S / N przy szerokości pasma 3 kHz dla SSB lub Morse’a. W przypadku AM można zaobserwować wartość 1,5 mikrowolta dla 10 dB S / N w paśmie 6 kHz przy modulacji 30%.

Ponieważ czułość będzie się różnić w zależności od zastosowanego typu modulacji, szerokości pasma i pasm częstotliwości obsługiwanych przez radio, często podaje się tabelę liczb, aby uwzględnić wszystkie wymagane kombinacje.

Chociaż istnieje wiele parametrów używanych do określania czułości odbiorników radiowych, stosunek sygnału do szumu jest jednym z najbardziej podstawowych i łatwych do zrozumienia. Dlatego jest szeroko stosowany w wielu odbiornikach radiowych wykorzystywanych w aplikacjach, od odbioru do stacjonarnej lub komórkowej łączności radiowej.

Więcej podstawowych tematów radiowych:
Sygnały radiowe Typy modulacji & techniki Modulacja amplitudy Modulacja częstotliwości Mieszanie częstotliwości OFDM RF Pętle z blokadą faz Syntezatory częstotliwości Pasywna intermodulacja Tłumiki RF Filtry RF Cyrkulator RF Typy odbiorników radiowych Superhet radio Selektywność odbiornika Czułość odbiornika Obsługa silnego sygnału Zakres dynamiczny odbiornika
Wróć do menu tematów radia. . .