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Sensibilité du récepteur radio

Sensibilité du récepteur radio

La sensibilité d'un récepteur radio détermine les signaux les plus faibles qui peuvent être reçus avec succès. Qu'il s'agisse d'un signal audio pour lequel la qualité d'écoute se détériore lorsque le signal tombe dans le bruit, ou d'un signal de données où le taux d'erreur binaire augmente et le débit diminue.

De cette manière, la sensibilité du récepteur radio est un paramètre clé qui a un impact sur les performances de toute communication radio, diffusion ou autre système.

En fait, les deux principales exigences de tout récepteur radio sont qu'il doit être capable de séparer une station d'une autre, c'est-à-dire la sélectivité et la sensibilité afin que les signaux puissent être portés à un niveau suffisant au-dessus du bruit pour pouvoir utiliser la modulation appliquée. au transporteur qui a été transmis. En conséquence, les concepteurs de récepteurs se battent avec de nombreux paramètres pour s'assurer que ces exigences et bien d'autres sont toutes remplies.

Méthodes de spécification des performances de sensibilité

Comme les performances de sensibilité RF de tout récepteur sont d'une importance primordiale, il est nécessaire de pouvoir la spécifier de manière significative. Un certain nombre de méthodes et de chiffres de mérite sont utilisés en fonction de l'application envisagée:

  • Rapport signal sur bruit: Il s'agit d'un rapport de comparaison simple d'un niveau de signal donné au bruit dans le système.
  • SINAD: Cette mesure de la sensibilité du récepteur est légèrement plus formalisée et inclut également la distorsion ainsi que le bruit.
  • Facteur de bruit: Cette mesure du récepteur RF compare le bruit ajouté par une unité - il peut s'agir d'un amplificateur ou d'une autre unité du système ou d'un récepteur complet.
  • Chiffre de bruit: Le facteur de bruit, ou NF d'une unité ou d'un système est la version logarithmique du facteur de bruit. Il est largement utilisé pour les spécifications de sensibilité et de performance de bruit d'un récepteur, d'un élément d'un système ou de l'ensemble du système.
  • Rapport porteuse / bruit, CNR: Le rapport porteuse sur bruit est le rapport signal sur bruit (SNR) d'un signal modulé. Ce terme est moins largement utilisé que le SNR, mais peut être utilisé lorsqu'il est nécessaire de faire la distinction entre les performances en ce qui concerne le signal de bande passante radiofréquence et le signal de message de bande de base analogique après démodulation.
  • Signal minimum discernable, MDS: Le signal minimum détectable ou minimum discernable est le plus petit niveau de signal qui peut être détecté par un récepteur radio, c'est-à-dire qui peut être traité par sa chaîne de signaux analogiques et numériques et démodulé par le récepteur pour fournir des informations utilisables en sortie.
  • Ampleur du vecteur d'erreur, EVM: Amplitude du vecteur d'erreur, EVM est une mesure qui peut être utilisée pour quantifier les performances d'un émetteur ou d'un récepteur radio numérique. Il y a divers points sur le diagramme de constellation pour identifier divers états numériques. Dans une liaison idéale, l'émetteur doit générer les données numériques de manière à ce qu'elles tombent aussi près que possible de ces points - la liaison ne doit pas dégrader le signal de telle sorte que les données réellement reçues ne tombent pas sur ces points, et le récepteur ne doit pas non plus dégrader ces positions. En réalité, le bruit pénètre dans le système et les données reçues ne tombent pas exactement sur ces positions. L'amplitude du vecteur d'erreur est une mesure de la distance par rapport aux positions idéales des éléments de données réellement reçus. Parfois, EVM peut également être connu sous le nom d'erreur de constellation de réception, RCE. L'amplitude du vecteur d'erreur est largement utilisée dans les communications de données modernes, y compris le Wi-Fi, le mobile / cellulaire et de nombreux systèmes IoT.
  • Taux d'erreur sur les bits, BER: Le taux d'erreur sur les bits est une forme de mesure utilisée pour les systèmes numériques. À mesure que le niveau du signal diminue ou que la qualité de la liaison se dégrade, le nombre d'erreurs dans la transmission - erreurs sur les bits - augmente. La mesure du taux d'erreur sur les bits donne une indication du rapport signal sur bruit, mais dans un format souvent plus utile pour le domaine numérique.

Toutes les méthodes de spécification de la sensibilité d'un récepteur utilisent le fait que le facteur limitant de la sensibilité d'un récepteur radio n'est pas le niveau d'amplification disponible, mais les niveaux de bruit qui sont présents, qu'ils soient générés à l'intérieur ou à l'extérieur du récepteur radio.

Bruit

Aujourd'hui, la technologie est telle qu'il y a peu de problème pour pouvoir atteindre de très grands niveaux d'amplification dans un récepteur radio. Ce n'est pas le facteur limitant. Dans toute station de réception ou système de radiocommunication, le facteur limitant est le bruit - les signaux faibles ne sont pas limités par le niveau de signal réel, mais par le bruit les masque. Ce bruit peut provenir de diverses sources. Il peut être capté par l'antenne ou généré dans le récepteur radio.

On constate que le niveau de bruit capté à l'extérieur par un récepteur de l'antenne diminue à mesure que la fréquence augmente. À HF et à des fréquences inférieures à cela, la combinaison du bruit galactique, atmosphérique et artificiel est relativement élevée et cela signifie qu'il est peu utile de rendre un récepteur particulièrement sensible. Normalement, les récepteurs radio sont conçus de telle sorte que le bruit généré en interne soit beaucoup plus faible que tout bruit reçu, même dans les endroits les plus calmes.

Aux fréquences supérieures à 30 MHz, les niveaux de bruit commencent à atteindre un point où le bruit généré dans le récepteur radio devient beaucoup plus important. En améliorant les performances de bruit du récepteur radio, il devient possible de détecter des signaux beaucoup plus faibles.


Remarque sur le bruit électrique / électronique et RF:

Le bruit est présent dans tous les circuits électroniques et RF. Il présente une limitation sur de nombreux aspects de la performance. Le bruit provient de nombreuses causes et sources. Comprendre quelles formes de bruit sont présentes et permet d'adapter les performances du système pour garantir que les effets du bruit peuvent être minimisés.

En savoir plus sur Bruit électrique / électronique et RF.


Indicateurs de conception clés pour un faible bruit

Dans tout récepteur, il est essentiel que les performances de bruit et donc la sensibilité soient prises en compte dès le début de la conception. Les concepts de conception de base régiront les meilleures performances de sensibilité qui peuvent être obtenues. Les décisions prises au début de la conception peuvent limiter les performances globales pouvant être atteintes.

En termes de performances de bruit de tout récepteur, ce sont les premiers étages ou frontaux qui sont les plus cruciaux. À l'avant, les niveaux de signal sont à leur plus bas et même de très petites quantités de bruit peuvent être comparables avec le signal entrant. Aux stades ultérieurs du récepteur radio, le signal aura été amplifié et sera beaucoup plus grand et donc le bruit aura un effet moindre. En conséquence, il est important que les performances de bruit de l'extrémité avant soient optimisées pour ses performances de bruit.

C'est pour cette raison que les performances de bruit du premier amplificateur de fréquence radio dans le récepteur radio sont d'une grande importance. Ce sont les performances de ce circuit qui sont cruciales pour déterminer les performances de l'ensemble du récepteur radio. Pour obtenir des performances optimales pour le premier étage du récepteur radio, un certain nombre de mesures peuvent être prises. Ceux-ci inclus:

  • Détermination de la topologie du circuit La première étape de toute conception consiste à décider du type de circuit à utiliser. Si un circuit de style émetteur commun conventionnel doit être utilisé, ou même si une base commune doit être utilisée. La décision dépendra de facteurs comprenant les impédances d'entrée et de sortie d'adaptation, le niveau de gain requis et les dispositions d'adaptation à utiliser.
  • Détermination du gain requis S'il peut sembler que le niveau maximum de gain puisse être requis à partir de cet étage pour minimiser les niveaux d'amplification nécessaires ultérieurement et ainsi garantir que les performances de bruit sont optimisées, ce n'est pas toujours le cas. Il y a deux raisons majeures à cela. La première est que les performances de bruit du circuit peuvent être altérées en exigeant un niveau de gain trop élevé. Deuxièmement, cela peut entraîner une surcharge dans les étapes ultérieures du récepteur radio et cela peut dégrader les performances globales. Ainsi le niveau de gain requis doit être déterminé à partir du fait qu'il est nécessaire d'optimiser les performances de bruit de cet étage, et d'autre part de s'assurer que les étages ultérieurs du récepteur ne sont pas surchargés.
  • Choix de l'appareil actif Le type d'appareil à utiliser est également important. Il y a généralement deux décisions, soit utiliser un transistor bipolaire, soit utiliser un dispositif à effet de champ. Une fois cela fait, il est évidemment nécessaire de se prononcer sur un appareil à faible bruit. Les performances de bruit des transistors et des transistors FET sont normalement spécifiées, et des dispositifs spéciaux à faible bruit haute performance sont disponibles pour ces applications.
  • Détermination du courant à travers le dispositif actif La conception du premier étage du récepteur radio doit être entreprise avec soin. Pour obtenir les performances RF requises en termes de bande passante et de gain, il peut être nécessaire de faire fonctionner l'appareil avec un niveau de courant relativement élevé. Cela ne sera pas toujours propice à l'obtention de performances acoustiques optimales. En conséquence, la conception doit être soigneusement optimisée pour assurer les meilleures performances pour l'ensemble du récepteur radio.
  • Optimiser l'adaptation d'impédance Afin d'obtenir les meilleures performances de bruit pour l'ensemble du récepteur radio, il est nécessaire d'optimiser l'adaptation d'impédance. On peut penser qu'il est nécessaire d'obtenir une parfaite adaptation d'impédance. Malheureusement, les meilleures performances de bruit ne coïncident généralement pas avec la correspondance d'impédance optimale. Par conséquent, lors de la conception de l'amplificateur RF, il est nécessaire d'entreprendre une certaine optimisation de la conception pour garantir que les meilleures performances globales soient obtenues pour le récepteur radio.
  • Utilisation de résistances à faible bruit Cela peut sembler évident, mais en plus du choix d'un dispositif actif à faible bruit, il convient également de prendre en compte les autres composants du circuit. Les autres principaux contributeurs sont les résistances. Les résistances à film d'oxyde métallique utilisées ces jours-ci, y compris la plupart des résistances à montage en surface, offrent normalement de bonnes performances à cet égard et peuvent être utilisées selon les besoins.
  • Assurez-vous que le bruit d'alimentation entrant dans le circuit est supprimé Les blocs d'alimentation peuvent générer du bruit. Compte tenu de cela, il est nécessaire de s'assurer qu'aucun bruit généré par l'alimentation du récepteur radio n'entre dans l'étage RF. Ceci peut être réalisé en s'assurant qu'il y a un filtrage adéquat sur la ligne d'alimentation de l'amplificateur RF.

Ce sont quelques-unes des principales considérations à prendre en compte lorsque l'on cherche à optimiser les performances de sensibilité d'une radio - d'autres aspects devront également être abordés et pris en compte.

La sensibilité du récepteur radio peut être quantifiée de plusieurs façons, mais quelle que soit la méthode utilisée, la sensibilité est la clé de son bon fonctionnement. Plus le bruit produit est faible, en particulier dans les étages frontaux, plus petits sont les signaux qui peuvent être reçus avec succès.

Les performances de bruit et, par conséquent, la sensibilité radio doivent être équilibrées par rapport à d'autres facteurs, y compris des performances de signal élevées et de nombreux autres facteurs.


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