Чувствительность приемника в дб. Чувствительность радиоприемника: важные параметры и способы измерения — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое чувствительность приемника. Как измеряется чувствительность в дБм и мкВ. Какие факторы влияют на чувствительность радиоприемника. Как связаны чувствительность, шум и динамический диапазон приемника.

Содержание

Что такое чувствительность радиоприемника

Чувствительность приемника — это минимальный уровень полезного сигнала на входе приемника, при котором обеспечивается заданное качество приема. Чем ниже уровень сигнала, который способен принять приемник, тем выше его чувствительность.

Чувствительность является одной из важнейших характеристик радиоприемника, определяющей его способность принимать слабые сигналы. Высокая чувствительность позволяет обеспечить большую дальность связи при прочих равных условиях.

Единицы измерения чувствительности приемника

Чувствительность приемника может выражаться в разных единицах:

дБм (дБ относительно 1 милливатта)
мкВ (микровольты)
Вт (ватты)

Наиболее распространенными являются единицы дБм и мкВ. Рассмотрим, как связаны эти единицы между собой.

Чувствительность в дБм

дБм — это логарифмическая единица измерения мощности, отсчитываемая относительно уровня 1 милливатт. Значение в дБм рассчитывается по формуле:

P(дБм) = 10 * log₁₀(P(мВт) / 1 мВт)

Например, мощность 1 мВт соответствует 0 дБм, 100 мкВт = -10 дБм, 10 нВт = -50 дБм.

Чувствительность в мкВ

Микровольт (мкВ) — это единица напряжения, равная 10^-6 В. Чувствительность в мкВ показывает минимальное напряжение сигнала на входе приемника.

Для перевода чувствительности из дБм в мкВ используется формула:

U(мкВ) = √(1000 * 10^P(дБм)/10 * Z)

где Z — входное сопротивление приемника (обычно 50 или 75 Ом).

Факторы, влияющие на чувствительность приемника

На чувствительность радиоприемника влияют следующие основные факторы:

Уровень собственных шумов приемника
Коэффициент шума входных каскадов

Полоса пропускания тракта промежуточной частоты
Усиление радиотракта
Чувствительность детектора

Рассмотрим подробнее влияние этих факторов.

Уровень собственных шумов

Собственные шумы приемника определяются тепловыми шумами его элементов. Мощность тепловых шумов рассчитывается по формуле:

P_ш = k * T * B

где k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура, B — полоса частот.

Снижение уровня собственных шумов позволяет улучшить чувствительность приемника.

Коэффициент шума

Коэффициент шума показывает, во сколько раз шумы приемника превышают тепловые шумы на входе. Чем ниже коэффициент шума, тем лучше чувствительность.

Для улучшения чувствительности стремятся минимизировать коэффициент шума входных каскадов приемника.

Полоса пропускания

Сужение полосы пропускания тракта ПЧ позволяет уменьшить мощность шумов и улучшить чувствительность. Однако при этом ухудшается избирательность приемника.

Усиление радиотракта

Увеличение усиления радиотракта позволяет поднять уровень слабого сигнала выше уровня шумов последующих каскадов. Это улучшает чувствительность, но может привести к перегрузке выходных каскадов.

Методы измерения чувствительности приемника

Существует несколько основных методов измерения чувствительности радиоприемников:

Метод стандартного сигнала

На вход приемника подается модулированный сигнал, уровень которого снижают до получения заданного отношения сигнал/шум или заданного качества приема. Полученный минимальный уровень и есть чувствительность.

Метод шумов

Измеряется уровень собственных шумов приемника. Чувствительность определяется как мощность сигнала, равная мощности шумов.

Метод двух генераторов

Используются два генератора — слабого и сильного сигналов. Слабый сигнал настраивают на чувствительность приемника, а сильный — на снижение уровня слабого сигнала на выходе на 3 дБ.

Связь чувствительности и динамического диапазона

Чувствительность и динамический диапазон приемника тесно связаны между собой. Динамический диапазон определяется как отношение максимального неискаженного сигнала к минимальному детектируемому сигналу (чувствительности).

Чем выше чувствительность, тем шире потенциальный динамический диапазон. Однако на практике улучшение чувствительности часто приводит к сужению динамического диапазона из-за снижения верхней границы неискаженного сигнала.

Поэтому при проектировании приемников приходится искать компромисс между чувствительностью и динамическим диапазоном.

Типичные значения чувствительности приемников

Чувствительность современных радиоприемников различного назначения обычно лежит в следующих пределах:

Бытовые FM-приемники: 2-10 мкВ
Профессиональные КВ-приемники: 0.1-1 мкВ

УКВ радиостанции: 0.2-0.5 мкВ
Сотовые телефоны: -100…-110 дБм
GPS-приемники: -130…-140 дБм

Чувствительность зависит от диапазона частот, назначения и класса аппаратуры. Наилучшую чувствительность обеспечивают профессиональные приемники специального назначения.

Способы улучшения чувствительности приемника

Существует ряд способов повышения чувствительности радиоприемников:

Применение малошумящих входных усилителей
Охлаждение входных каскадов
Использование узкополосных фильтров
Применение синхронного детектирования
Использование корреляционной обработки сигнала
Применение высокоэффективных антенн

Выбор конкретных методов зависит от назначения аппаратуры, допустимых затрат и требуемых характеристик.

Заключение

Чувствительность является важнейшим параметром радиоприемника, определяющим его способность принимать слабые сигналы. Знание факторов, влияющих на чувствительность, и методов ее измерения позволяет грамотно выбирать и разрабатывать приемную аппаратуру с требуемыми характеристиками.

При этом важно учитывать взаимосвязь чувствительности с другими параметрами, в частности с динамическим диапазоном, и находить оптимальный баланс характеристик для конкретного применения.

Перевод значения чувствительности приемника из дБм в мкВ

Пароль

Забыли пароль?

Регистрация

Перевод значения чувствительности приемника из дБм в мкВ

Иногда производитель указывает такой параметр как чувствительность приемника радиостанции, не в мкВ, а в дБм.

Для того чтобы перевести дБм в мкВ, можно воспользоваться формулой

Или ввести значение в дБм тут , и получить готовый результат

Позывные

Полный список ->

#1369 Антон
Позывной: Platon
Станция Yosan Stealth 5 Trucker

Антенна: Sirio Super 9+ Blue Line
MMC Pajero

#1158 Михаил
Позывной: Михаил
Станция YOSAN EXCALIBUR

Антенна: Антенна:1,2м врезная
Авто: PRADO 78

#901 Руслан
Позывной: Slon
Станция таис рм43

Антенна: антенна: 1.5м на магните
автомобиль: Delica 4m40

FAQ

Полный список ->

Что такое Аварийные (диспетчерские) каналы связи на гражданском диапазоне?

Какой способ крепления антенны лучше и как настраивают антенну?

Что такое каналы и Российская и Европейская сетки частот?

В каком месте машины лучше всего установить антенну?

На каком канале работаем мы?

VIII.

Требования к приемнику базовой станции \ КонсультантПлюс

Части II, IV, V, VI Правил применения базовых станций и ретрансляторов систем подвижной радиотелефонной связи введены в информационный банк отдельными документами.

VIII. Требования к приемнику базовой станции

19. Частота, присвоенная приемнику базовой станции, должна находиться в строгом соответствии с частотой, присвоенной системе. Приемник базовой станции может быть настроен либо на одну фиксированную частоту, либо на произвольную частоту во всем диапазоне доступных частот. Базовая станция должна поддерживать либо первичный, либо вторичный каналы, либо оба этих канала.

20. Чувствительность приемника базовой станции должна быть не хуже 117 дБ для базовых станций большого радиуса покрытия (более 10 км) и не хуже 114 дБ для базовых станций малого радиуса покрытия (менее 10 км).

21. Динамический диапазон приемника базовой станции должен быть не менее 52 дБм.

22. Ослабление чувствительности приемника базовой станции при воздействии синусоидальной помехи должно быть не более 3 дБ при отношении мощностей синусоидальной помехи/сигнал не менее 87 дБ.

23. Ослабление чувствительности приемника базовой станции вследствие воздействия продуктов интермодуляции должно быть не более 3 дБ при отношении мощностей синусоидального сигнала/полезного сигнала для каждой из двух помех не менее 72 дБ.

24. Уровень нежелательных излучений, измеренный на антенном разъеме, не должен превышать значений, указанных в приложении 3 к Правилам.

25. Требования, относящиеся к режиму 1х.

25.1. Коэффициент искаженных кадров при демодуляции в приемнике в условиях аддитивного белого гауссовского шума не должен превышать значений, полученных путем интерполяции величин для нижнего и верхнего значений отношения сигнал/шум, указанных в приложении 4 к Правилам (таблица П.4.1).

25.2. Коэффициент искаженных кадров при демодуляции в приемнике обратного общего канала управления в условиях многолучевости для каждой скорости передачи данных при управлении мощностью абонентской радиостанцией не должен превышать с доверительной вероятностью 90% значений, полученных путем линейной интерполяции величин для нижнего и верхнего значений отношения сигнал/шум, указанных в приложении 4 к Правилам (таблица П. 4.2).

25.3. Коэффициент искаженных кадров с доверительной вероятностью 90% при демодуляции обратного канала трафика в условиях аддитивного белого гауссовского шума для каждой скорости передачи данных не должен превышать значений, полученных путем линейной интерполяции величин для нижнего и верхнего значений отношения сигнал/шум, указанных в приложении 4 к Правилам (таблицы П.4.3 … П.4.10).

26. Требования, относящиеся к режиму EVDO <*>.

———————————

Справочно: <*> В международной практике используется аббревиатура EVDO (Evolution Data Only — Эволюция CDMA, оптимизированная только под передачу данных).

26.1. Коэффициент отказа при попытках получить обслуживание с доверительной вероятностью 90% не должен превышать максимальных значений, указанных в приложении 5 к Правилам (таблица П.5.1).

26.2. Коэффициент искаженных пакетов с доверительной вероятностью 90% при демодуляции обратного канала трафика для каждой скорости передачи данных не должен превышать значений, указанных в приложении 6 к Правилам (таблица П. 6.1).

Уравнение чувствительности приемника для систем с расширенным спектром

Abstract
Следующие указания по применению дают представление о том, как определяется чувствительность приложений с расширенным спектром и как можно рассчитать желаемый уровень чувствительности для приемников цифровой связи. В этом техническом документе представлена пошаговая разработка уравнения чувствительности приемника и завершается числовым примером, проверяющим его математическое определение.
Введение
В приемнике цифровой связи с расширенным спектром соотношение между показателем канала E _b /N _o (отношение битовой энергии к спектральной плотности мощности шума) и уровнем радиочастотной мощности для достижения желаемой чувствительности приемника выводится из стандарта определение коэффициента шума, F. Полученное в результате уравнения чувствительности приемника это соотношение используется разработчиками радиочастот для приемников сотовой связи CDMA, WCDMA и других систем с расширенным спектром. Это позволяет разработчику определить компромиссы параметров приемника в бюджете канала с расширенным спектром для любого заданного уровня входного сигнала.

Получение E
_b /N _o Зависимость от коэффициента шума, F
По определению, F — это отношение сигнал-шум на входе устройства (однокаскадного, многокаскадного или полного приемника) к сигналу-шуму на выходе того же устройства (рис. 1). . Поскольку шум изменяется непредсказуемым образом от одного момента времени к другому, отношение среднеквадратичного сигнала к среднеквадратичному шуму формирует отношение сигнал-шум (SNR).
Рисунок 1.
Ниже приведены определения параметров, используемых на рисунке 1, и уравнения чувствительности:
S _в = доступная мощность входного сигнала (Вт)
N _в = доступная мощность теплового шума на входе (Вт) = KTB _RF
где:
K = постоянная Больцмана = 1,381 × 10 ^-23 Вт/Гц/K,
T = 290K при комнатной температуре и
B _RF = полоса пропускания несущей RF (Гц) = частота элементарных сигналов для системы с расширенным спектром
S _out = доступная мощность выходного сигнала (Вт)
N _out = доступная мощность выходного шума (Вт)
G = усиление устройства (числовое)
F = коэффициент шума устройства (числовое)
F определяется следующим образом
F = (S _из / N _из) / (S _из / N _из) = (S _из / N _из) × (N _из / S из 9)
Решение для N _из с точки зрения входного шума, N _в
N _из = (F × N _из × S _из) / S _из, где S _из = G × S _из
приводит к
N _из = F × N _из × G
Средняя мощность модулирующего сигнала определяется как S = E _b / T, где E _b — энергия в битовом интервале в Вт-с, а T — битовый временной интервал в секундах.
Отношение средней мощности модулирующего сигнала к скорости передачи данных пользователя рассчитывается следующим образом.
1 / T = скорость передачи данных пользователя, R _бит в Гц, что дает S _in = E _b × R _бит
На основании предыдущих уравнений отношение сигнал/шум на выходе устройства в терминах E _b /N _o равно
S _из / N _из = (S _из × G) / (N _из × G × F) =
S _из / (N _из × F) =
(2E
Следующий пример относится к приемнику базовой станции сотовой связи WCDMA с расширенным спектром. Хотя уравнение чувствительности приемника верно для всех уровней входного сигнала, в этом примере используется максимальная указанная мощность входного сигнала при минимальной указанной чувствительности в процентах от коэффициента ошибок по битам (%BER) для данного E _б /N _или . Ниже приведены условия для этого числового примера:
Подстановка этих значений и решение для S _out / N _out = E _b /N _o × R _бит / B _RF дает отношение выходного сигнала к шуму как 5 дБ — 25 дБ = -20 дБ. Это показывает, что системы с расширенным спектром фактически работают с отрицательным SNR для расширенной полосы пропускания.
.
Шаг 1: Максимальный указанный входной сигнал РЧ при желаемой чувствительности составляет -121 дБм для WCDMA.
Шаг 2: Вычтите значение E _b /N _o, равное 5 дБ, что дает максимально допустимый уровень шума в пользовательской полосе пропускания (12,2 кГц) -126 дБм.
Шаг 3: Определите максимальный уровень шума в полосе частот несущей, добавив усиление обработки 25 дБ, что дает максимально допустимый уровень шума -101 дБм.
Шаг 4: Вычтите максимально допустимый уровень шума из уровня входного шума устройства, в результате чего NF _max = 7,1 дБ.
Рисунок 2.
Примечание. Если в конструкции приемника используется более эффективный детектор, для которого требуется только значение E _b /N _o 3 дБ вместо 5 дБ, уровень чувствительности приемника -123 дБм может быть получен для того же приемника NF _макс. 7,1 дБ. С другой стороны, более высокое значение NF _max, равное 9,1 дБ, по-прежнему допустимо и соответствует максимальному заданному уровню входного сигнала -121 дБм при чувствительности для пониженного значения E _b /N _{o 9.0013 значение.}
Заключение
Используя уравнение чувствительности приемника,
S _in (дБм) = NF (дБ) + KTB _RF (дБм) + E _b /N _o (дБ) — PG (дБ)
Используя определение коэффициента шума, проектировщики могут определять компромиссы параметров приемника в бюджете канала с расширенным спектром для любого заданного уровня входного сигнала, что делает его особенно полезным для определения чувствительности системы.
Рекомендации
Справочник по проектированию систем CDMA , Джонг Сэм Ли и Леонард Э. Миллер, издательство Artech House, 1998.
Разработка радиочастотных систем CDMA , Сэмюэл С. Ян, издательство Artech House, 1998.
GBPPR Технический бюллетень № 5. Взаимосвязь шума, чувствительности и динамического диапазона приемника
GBPPR Технический бюллетень № 5. Взаимосвязь шума, чувствительности и динамического диапазона приемника
Правильная конструкция приемника — это концепция, которую радиолюбители не понимают. Когда вы имеете дело с сигналами значительно ниже -100 дБм и интермодуляцией, вызывающей радиочастотную среду, обучение Radio Shack просто не поможет. т сократить его.
Выдержка из Modern Electronic Communication, 4 ^th Edition
Взаимосвязь шума, чувствительности и динамического диапазона приемника
Как будет показано ниже, при работе с высококачественными приемными системами существуют различные компромиссы и отношения между коэффициентом шума, чувствительностью и динамическим диапазоном.
Чтобы полностью понять эти отношения для приемника, сначала необходимо распознать факторы, ограничивающие чувствительность. Одним словом, фактором, непосредственно ограничивающим чувствительность, является «шум». Без шума было бы необходимо только обеспечить достаточное усиление для приема любого сигнала, каким бы слабым он ни был. К сожалению, шум присутствует всегда, и его необходимо понимать и максимально контролировать.
Существует много источников шума. Преобладающим эффектом в приемнике является тепловой шум, вызванный активностью электронов в сопротивлении. Мощность шума (P _n ) равна:
P _n = k * T * BW
k = постоянная Больцмана, 1,38 * 10 ^-23 Дж/К
T = температура резистора в градусах Кельвина (K)
BW = Ширина полосы частот рассматриваемой системы
Для полосы пропускания 1 Гц и 290 К:
П _н = 1,38*10 ^-23*290*1 P _n = 4 * 10 ^-21 Вт P _n = -174 дБмВт
Для полосы пропускания 1 Гц и 1 К:
P _n = 1,38 * 10 ^-23 Вт P _n = -198 дБмВт
Предыдущее показывает, что переменная температуры представляет интерес, поскольку можно понизить температуру контура и уменьшить шум без изменения других параметров системы. При 0 К шум не генерируется. К сожалению, даже при температуре около 0 К очень дорого и сложно эксплуатировать системы. Большинство приемных систем работают при температуре окружающей среды. Другим возможным способом снижения теплового шума является уменьшение полосы пропускания. Однако возможности конструктора в этом отношении ограничены.
Шум и чувствительность приемника
Какова чувствительность приемника? На этот вопрос нельзя ответить прямо, не делая определенных предположений или не зная определенных фактов, которые повлияют на результат. Изучение следующей формулы иллюстрирует зависимые факторы при определении чувствительности (S).
S = -174 дБм + NF + 10 log ₁₀ BW + желаемый S/N
, где -174 дБм — мощность теплового шума при комнатной температуре (290 K) в полосе пропускания 1 Гц (BW). Это характеристики, которые можно получить при комнатной температуре, если не задействованы другие ухудшающие факторы. Коэффициент полосы пропускания 10log ₁₀ представляет собой изменение мощности шума из-за изменения полосы пропускания выше 1 Гц. Чем шире полоса пропускания, тем больше мощность шума и выше уровень шума. S/N — желаемое отношение сигнал/шум в дБ. Его можно определить для уровня сигнала, который едва заметен, или его можно считать уровнем, позволяющим выводить сигнал с различными рейтингами или точностью. Часто используется отношение сигнал/шум 0 дБ, что означает, что мощность сигнала и шума на выходе равны. Таким образом, можно также сказать, что сигнал равен минимальный уровень шума приемника. Минимальный уровень шума приемника и шум на выходе приемника — это одно и то же.
Рассмотрим приемник с полосой пропускания 1 МГц и коэффициентом шума 20 дБ. Если требуется отношение сигнал/шум 10 дБ, чувствительность (S) составляет:
S = -174 + 20 + 10 log ₁₀ 1 000 000 + 10 S = -84 дБм
Из этого видно, что если требуется более низкое отношение сигнал/шум, необходима более высокая чувствительность приемника. Если используется отношение сигнал/шум 0 дБ, чувствительность станет равной -9.4 дБм. Значение -94 дБм соответствует уровню, при котором мощность сигнала равна мощности шума в полосе пропускания приемника. Если бы полоса пропускания была уменьшена до 100 кГц при сохранении того же уровня входного сигнала, отношение сигнал/шум на выходе увеличилось бы до 10 дБ из-за снижения мощности шума.
Динамический диапазон
динамический диапазон усилителя или приемника — это диапазон входной мощности, в котором он производит полезный выходной сигнал. Следует подчеркнуть, что динамический диапазон приемника и диапазон АРУ обычно являются двумя разными величинами. Низкий предел мощности — это, по сути, характеристики чувствительности, обсуждавшиеся в предыдущих параграфах. Это функция шума. Верхний предел связан с точкой, в которой система больше не обеспечивает такой же линейный рост, как связанный с увеличением ввода. Это также связано с некоторыми компонентами искажения и степенью их воздействия.
При тестировании приемника (или усилителя) на предмет верхнего предела динамического диапазона обычно применяют одну тестовую частоту и определяют точку сжатия 1 дБ (P1 _дБ ). Как показано на рисунке 1, это точка на соотношении вход/выход, где выходной сигнал только что достиг уровня, на 1 дБ ниже идеального линейного отклика. Затем входная мощность в этой точке определяется как определение верхнего предела мощности динамического диапазона.
Рисунок 1
На практике некоторые характеристики искажения, влияющие на обычно встречающиеся многочастотные сигналы, часто являются основным фактором. При усилении двух частот ( f ₁ и f ₂ ) продукты искажения второго порядка обычно выходят за пределы полосы пропускания системы и поэтому не представляют проблемы. Встречаются по адресам 2 f ₁ , 2 f ₂ , f ₁ + ф ₂ и ф ₁ — ф ₂ . Unfortunately, the third-order products at 2 f ₁ + f ₂ , 2 f ₁ — f ₂ , 2 f ₂ — f ₁ и 2 f ₂ + f ₁ обычно имеют компоненты в полосе пропускания системы. Вносимое таким образом искажение называется интермодуляционные искажения . Интермодуляционные эффекты настолько сильно влияют на верхний динамический диапазон приемника (или усилителя), что они часто задаются через точку пересечения третьего порядка . Это показано на рис. 1. Это входная мощность в точке, где пересекаются прямолинейные продолжения требуемых отношений ввода/вывода третьего порядка. На рис. 1 он составляет около 20 дБм. Он используется только в качестве показателя качества. Чем лучше система в отношении интермодуляционных искажений, тем выше будет ее перехват третьего порядка.
Динамический диапазон системы обычно приблизительно равен:
динамический диапазон (дБ) = 2/3 * (пересечение третьего порядка — минимальный уровень шума)
Плохой динамический диапазон вызывает проблемы, такие как нежелательные помехи и искажения, при приеме сильного сигнала.