Radiofrekvenču (RF) un mikroviļņu inženierijas jomāTrokšņa attēls (NF)ir kritisks parametrs, kas nosaka signāla kvalitātes pasliktināšanos, ko izraisa sistēmas troksnis. Šajā rakstā ir apskatīta mijiedarbība arjaudas pieaugums, komponenti ar zudumiem un kaskādes sistēmaselektronisko sistēmu vispārējā trokšņa līmeņa noteikšanā.
♦1. Kas ir trokšņa figūra?
**Noise Figure** (NF) mēra, cik ļoti ierīce (piemēram, pastiprinātājs, mikseris vai uztvērējs) samazina **signāla -līdz -trokšņu attiecību (SNR)** signālam, kas tai iet cauri. Tas ir definēts kā:
Zemāks NF norāda uz mazāku pievienoto troksni, kas ir ļoti svarīgi jutīgām lietojumprogrammām, piemēram, satelītu sakariem, radariem un bezvadu uztvērējiem.
♦2. Jaudas pieaugums un tā ietekme uz troksni
Jaudas pieaugums (G)ir izejas jaudas attiecība pret ieejas jaudu. Lai gan liels pastiprinājums pastiprina vēlamo signālu, tas arī pastiprina gan ievades troksni, gan ierīces iekšējo troksni. Pastiprinātājam ar pastiprinājumu \\(G\\) un trokšņa skaitli \\(\\text{NF}\\) kopējo izejas trokšņa jaudu \\(N_{\\text{out}}\\) var izteikt šādi:
kur:
- k: Bolcmaņa konstante
- T: Temperatūra Kelvinos
- B: Joslas platums
- F: trokšņa koeficients (NF=10 žurnāls{10}(F))
♦3. Zaudējumi komponenti un trokšņa degradācija
Bojātas sastāvdaļas(piem., kabeļi, filtri, attenuatori) ieviestievietošanas zudums (L), kas tieši pasliktina trokšņa veiktspēju. Pasīvajai sastāvdaļai ar zudumu L (kur L > 1), tā trokšņa rādītājs ir vienāds ar tā zudumu:
Piemēram, 3 dB vājinātājam (L=2) NF ir 3 dB. Tas notiek tāpēc, ka komponents vienlīdz vājina signālu un troksni, bet pievieno termisko troksni proporcionāli tā fiziskajai temperatūrai.
Praktiska nozīme: ievietojiet zemu{0}}trokšņu pastiprinātājus (LNA) signāla ķēdē pirms komponentiem ar zudumiem, lai mazinātu to trokšņa ietekmi.
♦4. Kaskādes sistēmas un Friisa formula
Daudzpakāpju sistēmās kopējais trokšņa rādītājs ir atkarīgs no pastiprinājuma un trokšņa rādītāja katrā posmā.Friisa formulaaprēķina kopējo trokšņa rādītāju (\\(F_{\\text{total}}\\)) \\(n\\) kaskādes posmiem:
♦5. Reālas-pasaules lietojumprogrammas
1. Uztvērēja dizains: bezvadu sistēmās pirmais LNA NF dominē uztvērēja jutībā. 1 dB uzlabojums NF var palielināt diapazonu par ~ 10%.
2. Satelīta sakari: zema-NF pastiprinātāji ir ļoti svarīgi vāja signāla atjaunošanai dziļās-telpas saitēs.
3. 5G tīkli: masīvām MIMO sistēmām ir nepieciešamas īpaši -zemas NF-priekšējās daļas, lai tiktu galā ar lieliem traucējumiem un ceļa zudumiem.
♦6. Trokšņa mazināšana praksē
- Izmantojiet LNA ar zemu NF (<1 dB for mmWave systems).
- Samaziniet zaudējumuspirms pastiprināšanas (piemēram, saīsiniet koaksiālos kabeļus).
- Siltuma vadībaVēsas sastāvdaļas, lai samazinātu termisko troksni (\\(kTB\\)).
- Uzlabotas arhitektūrasIzmantojiet trokšņu{0}}summēšanas ķēdes vai kriogēno dzesēšanu īpaši zema-trokšņa ierīcēm.
Secinājums
Trokšņa attēls ir RF sistēmas dizaina stūrakmens, kas līdzsvaro jaudas pieaugumu, komponentu zudumus un kaskādes mijiedarbību. Stratēģiski pozicionējot augstas-pastiprinājuma LNA un minimizējot agrīnās{2}}posma zudumus, inženieri var optimizēt SNR un atbloķēt veiktspēju jaunākajās tehnoloģijās, piemēram, 6G, kvantu sensoros un IoT.
