Diverso

Sensibilidad del receptor de radio

Sensibilidad del receptor de radio

La sensibilidad de un receptor de radio determina las señales más débiles que se pueden recibir con éxito. Ya sea una señal de audio cuya calidad de audición se deteriora a medida que la señal cae en el ruido, o una señal de datos en la que la tasa de error de bits aumenta y el rendimiento disminuye.

De esta manera, la sensibilidad del receptor de radio es un parámetro clave que tiene un impacto en el rendimiento de cualquier sistema de radiocomunicación, transmisión u otro sistema.

De hecho, los dos requisitos principales de cualquier receptor de radio son que debe poder separar una estación de otra, es decir, selectividad y sensibilidad para que las señales puedan llevarse a un nivel suficiente por encima del ruido para poder utilizar la modulación aplicada. al portador que se ha transmitido. Como resultado, los diseñadores de receptores luchan con muchos parámetros para asegurarse de que se cumplan tanto estos requisitos como muchos otros.

Métodos para especificar el rendimiento de la sensibilidad

Como el rendimiento de la sensibilidad de RF de cualquier receptor es de suma importancia, es necesario poder especificarlo de manera significativa. Se utilizan una serie de métodos y cifras de mérito en función de la aplicación prevista:

  • Relación señal / ruido: Esta es una relación de comparación sencilla de un nivel de señal dado al ruido dentro del sistema.
  • SINAD: Esta medición de la sensibilidad del receptor está un poco más formalizada y también incluye la distorsión y el ruido.
  • Factor de ruido: Esta medición del receptor de RF compara el ruido agregado por una unidad; podría ser un amplificador u otra unidad dentro del sistema o podría ser un receptor completo.
  • Figura de ruido: La figura de ruido o NF de una unidad o sistema es la versión logarítmica del factor de ruido. Se utiliza ampliamente para especificaciones de sensibilidad y rendimiento de ruido de un receptor, elemento dentro de un sistema o todo el sistema.
  • Relación portadora a ruido, CNR: La relación portadora-ruido es la relación señal-ruido (SNR) de una señal modulada. Este término se utiliza menos que SNR, pero puede utilizarse cuando existe la necesidad de distinguir entre el rendimiento con respecto a la señal de paso de banda de radiofrecuencia y la señal de mensaje de banda base analógica después de la demodulación.
  • Señal mínima discernible, MDS: La señal mínima detectable o mínima discernible es el nivel de señal más pequeño que puede ser detectado por un receptor de radio, es decir, uno que puede ser procesado por su cadena de señal analógica y digital y demodulado por el receptor para proporcionar información utilizable en la salida.
  • Magnitud del vector de error, EVM: Magnitud del vector de error, EVM es una medida que se puede utilizar para cuantificar el rendimiento de un transmisor o receptor de radio digital. Hay varios puntos en el diagrama de constelación para identificar varios estados digitales. En un enlace ideal, el transmisor debe generar los datos digitales de manera que caigan lo más cerca posible de estos puntos; el enlace no debe degradar la señal de manera que los datos reales recibidos no caigan en estos puntos, y el receptor tampoco debe degradar estas posiciones. En realidad, el ruido ingresa al sistema y los datos recibidos no caen exactamente en estas posiciones. La magnitud del vector de error es una medida de qué tan lejos de las posiciones ideales están los elementos de datos recibidos reales. Algunas veces, EVM también se conoce como Error de constelación de recepción, RCE. La magnitud del vector de error se usa ampliamente en las comunicaciones de datos modernas, incluidos Wi-Fi, móviles / celulares y muchos sistemas de IoT.
  • Tasa de error de bit, BER: La tasa de error de bit es una forma de medición utilizada para sistemas digitales. A medida que cae el nivel de la señal o se degrada la calidad del enlace, aumenta el número de errores en la transmisión (errores de bits). La medición de la tasa de error de bits proporciona una indicación de la relación señal / ruido, pero en un formato que suele ser más útil para el dominio digital.

Todos los métodos de especificación de sensibilidad del receptor utilizan el hecho de que el factor limitante de la sensibilidad de un receptor de radio no es el nivel de amplificación disponible, sino los niveles de ruido que están presentes, ya sea que se generen dentro del receptor de radio o en el exterior.

Ruido

Hoy en día, la tecnología es tal que hay pocos problemas para poder lograr niveles muy grandes de amplificación dentro de un receptor de radio. Este no es el factor limitante. En cualquier estación receptora o sistema de comunicaciones por radio, el factor limitante es el ruido: las señales débiles no están limitadas por el nivel real de la señal, sino que el ruido las enmascara. Este ruido puede provenir de una variedad de fuentes. Puede ser captado por la antena o puede generarse dentro del receptor de radio.

Se encuentra que el nivel de ruido que es captado externamente por un receptor de la antena cae a medida que aumenta la frecuencia. En HF y frecuencias por debajo de este, la combinación de ruido galáctico, atmosférico y artificial es relativamente alta y esto significa que no tiene mucho sentido hacer que un receptor sea particularmente sensible. Normalmente, los receptores de radio están diseñados de manera que el ruido generado internamente sea mucho más bajo que cualquier ruido recibido, incluso en los lugares más silenciosos.

A frecuencias superiores a 30 MHz, los niveles de ruido comienzan a alcanzar un punto en el que el ruido generado dentro del receptor de radio se vuelve mucho más importante. Al mejorar el rendimiento de ruido del receptor de radio, es posible detectar señales mucho más débiles.


Nota sobre el ruido eléctrico / electrónico y de RF:

El ruido está presente en todos los circuitos electrónicos y de RF. Presenta una limitación en muchos aspectos del desempeño. El ruido surge de muchas causas y fuentes. Comprender qué formas de ruido están presentes y permite adaptar el rendimiento del sistema para garantizar que se puedan minimizar los efectos del ruido.

Leer más sobre Ruido eléctrico / electrónico y RF.


Indicadores clave de diseño para reducir el ruido

En cualquier receptor, es esencial que el rendimiento del ruido y, por lo tanto, la sensibilidad se consideren desde el principio del diseño. Los conceptos básicos de diseño regirán el mejor rendimiento de sensibilidad que se pueda lograr. Las decisiones tomadas al comienzo del diseño pueden limitar el rendimiento general que se puede lograr.

En términos de rendimiento de ruido de cualquier receptor, son las primeras etapas o el front-end las más cruciales. En el extremo frontal, los niveles de señal están en su nivel más bajo e incluso cantidades muy pequeñas de ruido pueden ser comparables con la señal entrante. En etapas posteriores en el receptor de radio, la señal se habrá amplificado y será mucho mayor y, por lo tanto, el ruido tendrá un efecto menor. Por consiguiente, es importante que el rendimiento de ruido del extremo frontal esté optimizado para su rendimiento de ruido.

Es por esta razón que el comportamiento de ruido del primer amplificador de radiofrecuencia dentro del receptor de radio es de gran importancia. El rendimiento de este circuito es crucial para determinar el rendimiento de todo el receptor de radio. Para lograr el rendimiento óptimo de la primera etapa del receptor de radio, se pueden seguir varios pasos. Éstos incluyen:

  • Determinación de la topología del circuito. El primer paso en cualquier diseño es decidir el tipo de circuito que se utilizará. Si se va a utilizar un circuito de estilo de emisor común convencional, o incluso si se debe emplear una base común. La decisión dependerá de factores que incluyen las impedancias de entrada y salida correspondientes, el nivel de ganancia requerido y las disposiciones de adaptación que se utilizarán.
  • Determinación de la ganancia requerida Si bien puede parecer que se puede requerir el nivel máximo de ganancia en esta etapa para minimizar los niveles de amplificación requeridos más adelante y de esta manera asegurar que se optimice el rendimiento del ruido, este no es siempre el caso. Hay dos razones principales para esto. La primera es que el rendimiento de ruido del circuito puede verse afectado al requerir un nivel de ganancia demasiado alto. En segundo lugar, puede provocar una sobrecarga en etapas posteriores del receptor de radio y esto puede degradar el rendimiento general. Por lo tanto, el nivel de ganancia requerido debe determinarse a partir del hecho de que es necesario optimizar el rendimiento de ruido de esta etapa y, en segundo lugar, garantizar que las etapas posteriores del receptor no se sobrecarguen.
  • Elección de dispositivo activo El tipo de dispositivo que se utilizará también es importante. Generalmente hay dos decisiones, si usar un transistor bipolar o si usar un dispositivo de efecto de campo. Habiendo hecho esto, obviamente es necesario decidirse por un dispositivo de bajo ruido. El rendimiento de ruido de los transistores y los FET normalmente se especifica, y para estas aplicaciones se encuentran disponibles dispositivos especiales de alto rendimiento y bajo ruido.
  • Determinación de corriente a través del dispositivo activo. El diseño de la primera etapa del receptor de radio debe realizarse con cuidado. Para obtener el rendimiento de RF requerido en términos de ancho de banda y ganancia, puede ser necesario ejecutar el dispositivo con un nivel de corriente relativamente alto. Esto no siempre favorecerá la obtención de un rendimiento acústico óptimo. En consecuencia, el diseño debe optimizarse cuidadosamente para garantizar el mejor rendimiento para todo el receptor de radio.
  • Optimizar la adaptación de impedancia Para obtener el mejor rendimiento de ruido para todo el receptor de radio, es necesario optimizar la adaptación de impedancia. Se puede pensar que es necesario obtener una impedancia perfecta. Desafortunadamente, el mejor rendimiento de ruido no suele coincidir con la impedancia óptima. Por consiguiente, durante el diseño del amplificador de RF es necesario realizar algunas optimizaciones de diseño para garantizar que se logre el mejor rendimiento general para el receptor de radio.
  • Uso de resistencias de bajo ruido Puede parecer una afirmación obvia, pero además de elegir un dispositivo activo de bajo ruido, también deben tenerse en cuenta los demás componentes del circuito. Los otros contribuyentes principales son las resistencias. Las resistencias de película de óxido metálico que se utilizan en la actualidad, incluida la mayoría de las resistencias de montaje en superficie, normalmente ofrecen un buen rendimiento a este respecto y se pueden utilizar según sea necesario.
  • Asegúrese de que se elimine el ruido de la fuente de alimentación que ingresa al circuito Las fuentes de alimentación pueden generar ruido. En vista de esto, es necesario asegurarse de que cualquier ruido generado por la fuente de alimentación del receptor de radio no ingrese a la etapa de RF. Esto se puede lograr asegurándose de que haya un filtrado adecuado en la línea de suministro al amplificador de RF.

Estas son algunas de las principales consideraciones que se deben tener en cuenta cuando se busca optimizar el rendimiento de sensibilidad de una radio; también se deberán abordar y considerar otros aspectos.

La sensibilidad del receptor de radio se puede cuantificar de muchas formas, pero cualquiera que sea el método que se utilice, la sensibilidad es clave para su funcionamiento exitoso. Cuanto menor sea el ruido producido, especialmente en las etapas frontales, menores serán las señales que se puedan recibir con éxito.

El rendimiento del ruido y, por lo tanto, la sensibilidad de la radio deben equilibrarse con otros factores, incluido el rendimiento de la señal fuerte y muchos otros factores, por lo que diseñar una radio con buena sensibilidad puede ser una tarea desafiante.

Ver el vídeo: Haz tu propio Radio. con 3 transistores! (Octubre 2020).