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Aug 11, 2023

노이즈 피겨 개념 - 전력 이득, 손실이 있는 구성 요소 및 계단식 시스템

잡음 요인의 개념은 합리적으로 직관적입니다.

잡음 인자의 개념은 상당히 직관적입니다. 즉, 신호가 구성 요소를 통과할 때 SNR(신호 대 잡음비)의 저하를 특성화하는 것입니다. 그러나 때때로 충분히 강조되지 않는 노이즈 수치 정의에는 몇 가지 미묘함이 묻혀 있습니다. 완전히 이해해야 할 한 가지 복잡한 점은 잡음 지수 값이 표준 온도 290K에서 알려진 소스 저항(일반적으로 50Ω)에 대해 지정된다는 것입니다.

이 기사에서는 또 다른 중요한 세부 사항, 즉 잡음 지수 정의에 사용되는 전력 이득 유형에 대해 논의하겠습니다. 그런 다음 손실이 많은 구성 요소와 계단식 시스템의 잡음 지수를 살펴보겠습니다.

잡음 인자(F)는 입력 SNR과 출력 SNR의 비율로 정의됩니다.

\[F=\frac{\frac{S_i}{N_i}}{\frac{S_o}{N_o}}\]

어디:

So = GASi를 대체하면 다음과 같은 대체 방정식이 생성됩니다.

\[F=\frac{N_o}{G_A N_i}\]

여기서 GA는 회로의 사용 가능한 전력 이득입니다.

다음으로, 사용 가능한 전력 이득의 정의를 살펴보겠습니다.

그림 1은 주어진 소스 임피던스 ZS = RS + jXS에 대해 모듈의 사용 가능한 전력 이득이 계산되는 방법을 보여줍니다.

모듈의 입출력 임피던스가 ZIn = RIn + jXIn, Zout = Rout + jXout이라고 가정합니다. 그림 1(a)에 표시된 대로 모듈 출력을 공액 정합 부하(예: ZL = Rout - jXout)에 연결하고 부하 PL에 전달되는 전력을 측정할 수 있습니다. 출력이 공액 정합되므로 PL은 네트워크 PAVN에서 사용 가능한 전력입니다.

필요한 또 다른 수량은 소스 PAVS에서 사용 가능한 전력입니다. 이는 그림 1(b)에 설명된 것처럼 소스가 ZS의 켤레 복소수에 전달하는 전력입니다. PAVN과 PAVS의 비율은 모듈 GA의 사용 가능한 전력 이득으로 정의됩니다.

\[G_A = \frac{P_{AVN}}{P_{AVS}}\]

사용 가능한 이득은 ZS에 따라 달라지지만 ZL에는 따라 다릅니다. 이는 부하 임피던스가 정의에 따라 모듈 출력 임피던스의 복소 공액 일치이므로 모듈의 출력 임피던스에 의해 이미 설정되어 있기 때문입니다. 사용 가능한 이득은 DUT(테스트 중인 장치)의 소스와 입력 간의 불일치를 설명한다는 점을 명심하십시오.

잡음 지수 정의(식 1)에서 Si는 신호 소스의 사용 가능한 전력이고 So는 일치하는 부하로 전달될 수 있는 출력 전력입니다. 따라서 So/Si 비율은 가용 전력 이득의 정의를 충족합니다. RF 작업에는 변환기 전력 이득 및 삽입 전력 이득과 같은 여러 가지 전력 이득 정의가 있다는 점을 명심하십시오. NF 계산에서 사용 가능한 이득 이외의 전력 이득을 사용하면 실제 NF 값의 근사치를 얻을 수 있습니다. 예를 들어 실제 노이즈 지수 측정 방법은 DUT의 삽입 이득을 결정하는 경우가 가장 많습니다. 사용 가능한 이득 대신 삽입 이득을 사용하면 잡음 지수 측정에 오류가 발생할 수 있습니다.

또한 계단식 단계를 처리할 때 사용 가능한 게인이 유용하다는 점도 언급할 가치가 있습니다. 캐스케이드의 전체 사용 가능한 이득은 개별 사용 가능한 이득의 곱과 같습니다. 캐스케이드의 사용 가능한 이득을 찾으려면 이전 단계의 출력 임피던스와 동일한 소스 임피던스에 대해 각 단계의 사용 가능한 이득을 지정해야 합니다.

RF 시스템을 설계할 때 신호 체인의 특정 지점에 손실을 도입해야 하는 경우가 종종 있습니다. 예를 들어, 테스트 및 측정 애플리케이션에서는 감쇠기를 통해 불일치 불확실성을 줄일 수 있습니다. 신호를 감쇠시키는 수동 회로에는 물리적 저항이 있어야 하며 저항은 열 잡음을 생성한다는 것을 알고 있습니다. 따라서 수동 감쇠기는 SNR 성능을 저하시킵니다. 이러한 구성요소의 잡음 지수를 어떻게 결정할 수 있는지 살펴보겠습니다. 예를 들어, 아래와 같이 50Ω 시스템용으로 설계된 6dB T형 감쇠기를 생각해 보세요(그림 2).