Высокоточные измерения коэффициента шума с использованием анализаторов цепей серии PNA-X
Общее представление о коэффициенте шума
Что такое коэффициент шума?Коэффициент шума является показателем качества, который характеризует количество избыточного шума, присутствующего в системе. Минимизация коэффициента шума позволяет улучшить характеристики системы, связанные с избыточным шумом. В нашей повседневной жизни шум ухудшает качество изображения на экране телевизора и неблагоприятно влияет на качество голосовой связи при разговоре по сотовому телефону. В оборонных областях применения, таких как радиолокация, шум приёмника ограничивает эффективный диапазон системы. В цифровых системах связи шум увеличивает коэффициент битовых ошибок (BER). Разработчики систем всегда стараются оптимизировать результирующее отношение сигнал/шум системы. Этого можно добиться либо посредством увеличения уровня сигнала, либо посредством уменьшения уровня шума. В приёмо-передающей системе, такой как радиолокационная станция (РЛС), одна из возможностей заключается в увеличении излучаемой мощности РЛС за счёт использования более мощных усилителей и/или антенн большего размера. Снижение потерь в тракте передачи между передатчиком и приёмником также помогает увеличить отношение сигнал/шум, но потери в тракте передачи часто определяются условиями окружающей среды, которые не могут контролироваться разработчиком системы. Отношение сигнал/шум можно также увеличить за счёт снижения уровня шума, вносимого приёмником, который обычно определяется качеством малошумящего усилителя (МШУ) во входном каскаде приёмника. В большинстве случаев проще и дешевле снизить уровень шума приёмника (и достичь лучшего коэффициента шума), чем увеличивать мощность передатчика.
Определение коэффициента шума является простым и наглядным. Фактор шума (F) (или коэффициент шума в линейных единицах) какой-либо цепи определяется как отношение сигнал/шум на входе цепи к отношению сигнал/шум на выходе цепи:
F = (Si/Ni)/(So/No), где
Si = уровень мощности сигнала на входе
So = уровень мощности сигнала на выходе
Ni = уровень мощности шума на входе
No = уровень мощности шума на выходе
Коэффициент шума (NF) - фактор шума, выраженный в децибелах: NF = 10*lg (F)
Это определение справедливо для любых электрических цепей, в том числе и таких, которые переносят частоту входного сигнала на другое значение частоты на выходе, как, например, преобразователи с повышением или понижением частоты.
Для лучшего понимания понятия коэффициента шума рассмотрим усилитель, в котором уровень сигнала на выходе равен уровню сигнала на входе, умноженному на коэффициент усиления. Если усилитель является идеальным, уровень шума на выходе будет также равен уровню шума на входе, умноженному на коэффициент усиления, следствием чего является одно и то же значение отношения сигнал/шум как на входе, так и на выходе усилителя. Однако для любого реального усилителя уровень шума на выходе больше, чем уровень шума на входе, умноженный на коэффициент усиления, и поэтому отношение сигнал/шум на выходе меньше, чем на входе. В результате фактор шума F обычно больше единицы, а NF - больше 0 дБ.
Важно отметить, что при измерении и сравнении значений коэффициента шума предполагается, что испытательная система должна обеспечить идеальное 50-омное согласование на входе и выходе тестируемого устройства (ТУ). Однако в реальности такого никогда не случается. Позднее мы обсудим, какие последствия для точности измерений возникают в результате неполного 50-омного согласования в испытательной системе, и покажем, каким образом методы калибровки и измерения могут скомпенсировать ошибки, порождаемые из-за неполного 50-омного согласования в источнике.
Содержание
- Общее представление о коэффициенте шума
- Методы измерения коэффициента шума
- Ограничения точности измерений
- Уникальный подход PNA-X
- Обзор калибровки
- Практические рекомендации по измерениям
- Дополнительные ресурсы
СКАЧАТЬ ПРОДОЛЖЕНИЕ СТАТЬИ
