Smíšený

Citlivost rádiového přijímače

Citlivost rádiového přijímače

Citlivost rádiového přijímače určuje nejslabší signály, které lze úspěšně přijímat. Ať už se jedná o zvukový signál, u kterého se kvalita poslechu zhoršuje, protože signál klesá do šumu, nebo o datový signál, kde se zvyšuje bitová chybovost a klesá propustnost.

Tímto způsobem je citlivost rádiového přijímače klíčovým parametrem, který má dopad na výkonnost jakékoli rádiové komunikace, vysílání nebo jiného systému.

Ve skutečnosti jsou dvěma hlavními požadavky jakéhokoli rádiového přijímače to, že by měl být schopen oddělit jednu stanici od druhé, tj. Selektivitu a citlivost tak, aby signály mohly být přivedeny na dostatečnou úroveň nad hluk, aby bylo možné použít aplikovanou modulaci k přepravovanému dopravci. Výsledkem je, že návrháři přijímačů bojují s mnoha parametry, aby zajistili, že budou splněny všechny tyto požadavky i mnoho dalších

Metody stanovení výkonu citlivosti

Vzhledem k tomu, že výkonnost RF citlivosti jakéhokoli přijímače má zásadní význam, je nutné být schopen ji smysluplně specifikovat. V závislosti na předpokládané aplikaci se používá řada metod a čísel zásluh:

  • Poměr signálu k šumu: Jedná se o přímý srovnávací poměr dané úrovně signálu k šumu v systému.
  • SINAD: Toto měření citlivosti přijímače je o něco formalizovanější a zahrnuje také zkreslení i šum.
  • Faktor hluku: Toto měření RF přijímače porovnává šum přidaný jednotkou - může to být zesilovač nebo jiná jednotka v systému nebo to může být kompletní přijímač.
  • Hlučnost: Šumová hodnota nebo NF jednotky nebo systému je logaritmická verze šumového faktoru. Je široce používán pro specifikace citlivosti a šumu přijímače, prvku v systému nebo celého systému.
  • Poměr přenosu k šumu, CNR: Poměr nosič-šum je poměr signálu k šumu (SNR) modulovaného signálu. Tento termín je méně široce používán než SNR, ale lze jej použít, když je po demodulaci potřeba rozlišovat mezi výkonem s ohledem na vysokofrekvenční propustný signál a analogový signál zprávy základního pásma.
  • Minimální rozpoznatelný signál, MDS: Minimální detekovatelný nebo minimální rozpoznatelný signál je nejmenší úroveň signálu, kterou lze detekovat rádiovým přijímačem, tj. Úroveň, která může být zpracována jeho analogovým a digitálním signálním řetězcem a demodulována přijímačem, aby poskytla použitelné informace na výstupu.
  • Velikost vektoru chyby, EVM: Velikost vektoru chyby, EVM je míra, kterou lze použít ke kvantifikaci výkonu digitálního rádiového vysílače nebo přijímače. Na konstelačním diagramu jsou nastaveny různé body k identifikaci různých digitálních stavů. V ideálním spojení by měl vysílač generovat digitální data tak, aby padal co nejblíže k těmto bodům - spojení by nemělo degradovat signál tak, aby skutečná přijatá data nespadala do těchto bodů, a přijímač by také neměl degradovat tyto pozice. Ve skutečnosti do systému vstupuje hluk a přijatá data neklesají přesně do těchto poloh. Velikost vektoru chyby je měřítkem toho, jak daleko od ideálních poloh jsou skutečné přijaté datové prvky. Někdy může být EVM známé také jako Chyba příjmu konstelace, RCE. Velikost vektoru chyby je široce používána v moderní datové komunikaci, včetně Wi-Fi, mobilních / celulárních sítí a mnoha systémů IoT.
  • Bitová chybovost, BER: Bitová chybovost je forma měření používaná pro digitální systémy. Jak úroveň signálu klesá nebo se zhoršuje kvalita spoje, zvyšuje se počet chyb v přenosu - bitové chyby. Měření bitové chybovosti udává poměr signálu k šumu, ale ve formátu, který je pro digitální doménu často užitečnější.

Všechny metody specifikace citlivosti přijímače využívají skutečnosti, že limitujícím faktorem citlivosti rádiového přijímače není dostupná úroveň zesílení, ale přítomná úroveň šumu, ať už je generována v rádiovém přijímači nebo venku.

Hluk

Dnešní technologie je taková, že existuje malý problém v možnosti dosáhnout velmi vysokých úrovní zesílení v rámci rádiového přijímače. To není omezující faktor. V jakékoli přijímací stanici nebo rádiovém komunikačním systému je omezujícím faktorem šum - slabé signály nejsou omezeny skutečnou úrovní signálu, ale hluk je maskuje. Tento hluk může pocházet z různých zdrojů. Lze jej zachytit anténou nebo generovat v rámci rádiového přijímače.

Bylo zjištěno, že úroveň šumu, který je přijímán externě přijímačem z antény, klesá s rostoucí frekvencí. Při vysokofrekvenčním vysokém kmitočtu a nižších frekvencích je kombinace galaktického, atmosférického a umělého šumu relativně vysoká, což znamená, že nemá smysl dělat přijímač obzvláště citlivým. Normálně jsou rádiové přijímače navrženy tak, aby interně generovaný šum byl mnohem nižší než jakýkoli přijímaný šum, a to i pro nejtišší místa.

Při frekvencích nad 30 MHz úrovně hluku začínají dosahovat bodu, kde se hluk generovaný v rádiovém přijímači stává mnohem důležitějším. Zlepšením šumového výkonu rádiového přijímače je možné detekovat mnohem slabší signály.


Poznámka k elektrickému / elektronickému a RF šumu:

Ve všech elektronických a RF obvodech je přítomný šum. Představuje omezení mnoha aspektů výkonu. Hluk vzniká z mnoha příčin a zdrojů. Pochopení, jaké formy hluku existují, a umožňuje přizpůsobit výkon systému tak, aby bylo možné minimalizovat účinky hluku.

Přečtěte si více o Elektrický / elektronický a RF šum.


Klíčové designové ukazatele pro nízkou hlučnost

U každého přijímače je zásadní, aby byl hlukový výkon, a tedy i citlivost, zohledněn na začátku návrhu. Základní koncepty návrhu budou určovat nejlepší výkon citlivosti, kterého lze dosáhnout. Rozhodnutí učiněná na začátku návrhu mohou omezit celkový výkon, kterého lze dosáhnout.

Pokud jde o výkon šumu jakéhokoli přijímače, nejdůležitější jsou první fáze nebo front-end. Na předním konci jsou úrovně signálu na nejnižší úrovni a dokonce i velmi malé množství šumu lze srovnat s příchozím signálem. V pozdějších fázích rádiového přijímače bude signál zesílen a bude mnohem větší, a proto bude mít šum menší účinek. Proto je důležité, aby hluková výkonnost přední části byla optimalizována pro její hlukovou výkonnost.

Z tohoto důvodu má hlukový výkon prvního vysokofrekvenčního zesilovače v rádiovém přijímači velký význam. Je to výkon tohoto obvodu, který je zásadní pro určení výkonu celého rádiového přijímače. K dosažení optimálního výkonu pro první fázi rádiového přijímače lze provést řadu kroků. Tyto zahrnují:

  • Stanovení topologie obvodu Prvním krokem v jakékoli konstrukci je rozhodnutí o typu použitého obvodu. Zda má být použit konvenční společný obvod typu emitoru, nebo dokonce zda by měla být použita společná základna. Rozhodnutí bude záviset na faktorech, včetně přizpůsobovacích vstupních a výstupních impedancí, požadované úrovně zisku a použitého přizpůsobovacího uspořádání.
  • Stanovení požadovaného zisku I když se může zdát, že od této fáze může být požadována maximální úroveň zesílení, aby se minimalizovaly úrovně zesílení vyžadované později, a tímto způsobem se zajistí optimalizace výkonu šumu, není tomu tak vždy. Existují pro to dva hlavní důvody. Prvním je, že hlukový výkon obvodu může být snížen požadováním příliš vysoké úrovně zisku. Zadruhé to může vést k přetížení v pozdějších fázích rádiového přijímače, což může snížit celkový výkon. Požadovaná úroveň zisku tedy musí být určena ze skutečnosti, že je nutné optimalizovat hlukovou výkonnost tohoto stupně, a za druhé zajistit, aby pozdější stupně přijímače nebyly přetíženy.
  • Volba aktivního zařízení Důležitý je také typ použitého zařízení. Obecně existují dvě rozhodnutí, zda použít bipolární tranzistor, nebo použít zařízení s efektem pole. Po provedení tohoto je zjevně nutné rozhodnout se pro zařízení s nízkým šumem. Hluková výkonnost tranzistorů a FET je normálně specifikována a pro tyto aplikace jsou k dispozici speciální vysoce výkonná nízkošumová zařízení.
  • Stanovení proudu aktivním zařízením Návrh první etapy rádiového přijímače musí být proveden s opatrností. Chcete-li získat požadovaný výkon RF z hlediska šířky pásma a zisku, může být nutné spustit zařízení s relativně vysokou úrovní proudu. To nebude vždy příznivé pro získání optimálního výkonu šumu. Proto musí být design pečlivě optimalizován, aby byl zajištěn nejlepší výkon celého rádiového přijímače.
  • Optimalizujte přizpůsobení impedance Pro získání nejlepšího šumového výkonu pro celý rádiový přijímač je nutné optimalizovat přizpůsobení impedance. Lze si myslet, že je nutné dosáhnout dokonalé shody impedance. Nejlepší výkon šumu se bohužel obvykle neshoduje s optimální impedanční shodou. Proto je při návrhu vysokofrekvenčního zesilovače nutné provést určitou optimalizaci návrhu, aby bylo zajištěno dosažení nejlepšího celkového výkonu rádiového přijímače.
  • Použití nízkošumových rezistorů Může se to zdát jako samozřejmé tvrzení, ale kromě výběru aktivního zařízení s nízkým šumem je třeba vzít v úvahu i ostatní komponenty v obvodu. Dalšími hlavními přispěvateli jsou odpory. Filmové rezistory z oxidu kovu, které se dnes používají, včetně většiny rezistorů pro povrchovou montáž, nabízejí v tomto ohledu dobrý výkon a lze je použít podle potřeby.
  • Zajistěte, aby byl odstraněn šum napájecího zdroje vstupující do obvodu Napájecí zdroje mohou generovat šum. Z tohoto důvodu je nutné zajistit, aby žádný hluk generovaný napájecím zdrojem rádiového přijímače nevstupoval do vysokofrekvenčního stupně. Toho lze dosáhnout zajištěním adekvátního filtrování na napájecím vedení k RF zesilovači.

To jsou některé z hlavních úvah, jimiž je třeba se zabývat při pohledu na optimalizaci citlivosti rádia - je třeba se zabývat a zvážit také další aspekty.

Citlivost rádiového přijímače lze kvantifikovat mnoha způsoby, ale bez ohledu na použitou metodu je citlivost klíčem k jeho úspěšnému provozu. Čím nižší je produkovaný šum, zejména v předních koncových stupních, tím menší jsou signály, které lze úspěšně přijímat.

Šumový výkon a tedy i citlivost rádia musí být vyváženy proti jiným faktorům, včetně silného výkonu signálu a mnoha dalších faktorů, a proto může být navrhování rádia s dobrou citlivostí náročným úkolem.


Podívejte se na video: 3075kHz. Neznámá stanice. (Leden 2022).