소음 온도

전자제품에서 노이즈 온도는 컴포넌트 또는 소스에 의해 도입된 사용 가능한 노이즈 파워의 수준을 나타내는 한 가지 방법입니다.(이는 열역학에서의 온도 소음 또는 서로 다른 소음 유형 간의 교차형 간섭에 대한 주요 간섭 분석과 구별되어야 한다.)소음의 전력 스펙트럼 밀도는 존슨-나이키스트 소음 수준을 생성하는 온도(켈빈 단위)로 표현된다. 따라서 다음과 같다.

\ displaystyle \ frac { P _ \ text \N}}}{B}}=k_{\text{B}}T}

여기서:

$(\$ N $}}$ 은 $P_{\text{N}}$ (는) 노이즈 파워(W 단위)입니다.
$(\displaystyle$ B $)$ 는 $B$ 노이즈 파워가 측정되는 총 대역폭(Hz, 헤르츠)입니다.
$(\$ $B}}}$ 는 $k_{\text{B}}$ 볼츠만 상수(1.381×10⁻²³ J/K, 켈빈당 줄 수)이다.
$\displaystyle$ T는 $T$ 노이즈 온도(K, 켈빈)입니다.

따라서 소음 온도는 소음의 전력 스펙트럼 $P_{\text{N}}/B$ 인 $P_{\text{N}}/B$ P N / $P_{\text{N}}/B$ ({ $디스플레이$ 스타일 $P_{\text$ {N $}}}/B$ 에 비례합니다. 이는 일치하는 부하에 의해 구성 요소 또는 소스에서 흡수되는 전력입니다.노이즈 온도는 모든 주파수에서 단순히 저항의 실제 온도와 동일한 이상적인 저항과 달리 일반적으로 주파수의 함수입니다.

노이즈 전압 및 전류

노이즈가 있는 성분은 노이즈가 있는 $n$ 전압원과 직렬로 노이즈가 없는 성분으로 모델링하거나 노이즈가 있는 $n$ 전류원과 병렬로 노이즈가 없는 성분으로 모델링할 수 있다.이 등가전압 또는 전류는 상기 ${\frac {P}{B}}$ $(\displaystyle\frac {P}{$ B ${\frac {P}{B}}$ 에 해당하며 $대역폭B$ 의 평균 제곱 진폭은 다음과 같습니다.

{\frac {\bar {v}}_{\text{n}}{2}} {B}}&=4k_{\text{B}RT\\{\frac {\bar {i}}_{\text{n}}^{2}}{B}}&=4k_{\text{B}GT\end {aligned}

$여기$ 서 R은 구성요소 임피던스의 저항 $부분$ 이고 G는 구성요소 어드미턴스의 전도도(실제 부분)입니다.따라서 소음 온도에 대해 언급하는 것은 소음 전압을 지정하고 부품의 저항을 언급함으로써 그 수치를 검증하는 것이 아니라 다른 임피던스를 갖는 구성요소 간의 공정한 비교를 제공합니다.또한 상온(290K)에서 이상적인 저항기의 노이즈 레벨과 비교할 수 있는 상온으로 표현되기 때문에 노이즈의 전력 스펙트럼 밀도(헤르츠당 와트 수)를 말하는 것보다 접근성이 더 높습니다.

임피던스가 상당한(및 측정 가능한) 저항성 컴포넌트를 가진 컴포넌트 또는 소스의 노이즈 온도만 언급할 수 있습니다.따라서 캐패시터 또는 전압원의 노이즈 온도를 말하는 것은 의미가 없습니다.앰프의 노이즈 온도는 증폭 후에 관찰되는 추가 노이즈를 설명하기 위해 앰프의 입력 임피던스에 상대적인 노이즈를 말합니다.

시스템 노이즈 온도

RF 수신기 시스템은 일반적으로 안테나와 수신기 및 이 둘을 연결하는 전송 선로로 구성됩니다.이들 각각은 부가적인 노이즈의 원천입니다.수신 시스템의 추가 노이즈는 열 발생(열 노이즈)이거나 다른 외부 또는 내부 노이즈 발생 프로세스에서 발생할 수 있습니다.모든 소음원의 기여도는 일반적으로 하나로 묶어서 열소음 수준으로 간주한다.모든 소스( $P/B$ / $P/B$ { $displaystyle$ P $/B$ )에 의해 생성되는 소음 전력 스펙트럼 밀도는 ^[1]위에서 정의한 $T$ { $displaystyle$ T $}$ 를 $T$ 소음에 할당하여 설명할 수 있습니다.

T=param frac {P}{B}}\cdot {frac {1}{k_{\text}B}}}}}}

RF 수신기에서 전체 시스템 노이즈 $T_{S}$ $T_{S}$ S $(\$ 는 $T_{S}$ 수신기와 전송로의 유효 노이즈 온도와 ^[2]안테나의 노이즈 온도의 합계와 같습니다.

T_{S}=T_{A}+T_{E}

안테나 노이즈 $T_{A}$ $(\$ 는 $T_{{A}}$ 안테나 출력에 표시되는 노이즈 전력을 제공합니다.리시버 및 전송 라인 손실 $(\$ 의 $T_{E}$ 복합 노이즈 온도는 리시버 시스템의 나머지 노이즈 기여도를 나타냅니다.이는 수신기 시스템이 완벽하고 노이즈가 발생하지 않은 경우 안테나 입력 단자에 존재하는 유효 노이즈로 계산됩니다.즉, 내부 노이즈 온도가 안테나 입력 단자에 참조되는 증폭기와 손실의 계단식 시스템입니다.따라서 이 두 가지 노이즈 온도의 합계는 "완벽한" 수신기 시스템에 대한 노이즈 입력을 나타냅니다.

잡음 계수 및 잡음

노이즈 온도는 시스템의 노이즈 계수 또는 노이즈 수치를 정의하는 데 사용됩니다.노이즈 계수는 컴포넌트 $T_{0}$ $시스템$ 의 입력 노이즈 온도가 T $T_{0}$ 0({ $displaystyle$ T_ ${0$ 일 때 컴포넌트 또는 시스템에 의한 노이즈 전력(증폭기의 입력)의 증가를 지정합니다.

F=frac {T_{0}+T_{\text{\text}E}} {T_{0}}}

$T_{0}$ 0 $(\$ 은 $T_{0}$ 통상 상온 290 K로 간주됩니다.

소음 계수(선형 용어)는 다음과 같은 변환을 사용하여 소음 수치(데시벨 단위)로 더 자주 표현됩니다.

NF=10\log_{10}(F)

노이즈 수치는 원래 신호의 노이즈 온도가 290 K일 경우 시스템을 통해 신호를 전달함으로써 발생하는 신호 대 잡음 비율(SNR)의 감소로도 볼 수 있습니다.이는 증폭기의 이득에 관계없이 무선 주파수 증폭기가 제공하는 노이즈를 표현하는 일반적인 방법입니다.예를 들어 증폭기의 노이즈 온도가 870K이므로 노이즈 수치가 6dB라고 가정합니다.많은 소스처럼 이 앰프를 사용하여 약 상온(290K)의 노이즈 온도를 가진 소스를 증폭할 경우 해당 앰프를 삽입하면 신호의 SNR이 6dB 감소합니다.수동 변환기는 종종 290 K와 유사한 소음 온도를 가지기 때문에 이 단순한 관계는 선원의 소음이 열원인 경우에 자주 적용된다.

그러나 대부분의 경우 대기 노이즈가 지배적인 저주파 안테나처럼 입력 소스의 노이즈 온도가 훨씬 높습니다.그러면 SNR의 열화는 거의 없습니다.한편, 대기를 통과해 우주로 향하는 양호한 위성 접시(그 때문에 노이즈 온도가 훨씬 낮아짐)는 신호의 SNR이 6dB 이상 저하됩니다.이 경우 실온에 따라 정의된 소음 수치보다는 증폭기의 소음 온도 자체를 참조하는 것이 더 적절합니다.

유효 소음 온도

앰프의 노이즈 온도는 일반적으로 Y 계수 방법을 사용하여 측정됩니다.캐스케이드에 여러 개의 증폭기가 있는 경우, 캐스케이드의 노이즈 온도는 Friis ^[3]방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

\displaystyle T_{\text{E}}=T_{1}+{\frac {T_{2}}{G_{1}}+{\frac {T_{3}}{G_{2}}+\cdots }

어디에

$T_{\text{E}}$ $E}}$ = $T_{\text{E}}$ 입력에 대한 결과 소음 온도
$T_{1}$ 1 $(\$ = $T_{1}$ 캐스케이드 내 첫 번째 구성 요소의 소음 온도
$T_{2}$ 2 $T_{2}$ {\ $displaystyle T_{2}}$ = $T_{2}$ 캐스케이드 내 두 번째 구성 요소의 소음 온도
$T_{3}$ 3 $T_{3}$ {\ $displaystyle T_{3}}$ = $T_{3}$ 캐스케이드 내 세 번째 구성 요소의 소음 온도
$G_{1}$ 1 $(\$ = $G_{1}$ 캐스케이드 내 첫 번째 컴포넌트의 출력 이득
$(\$ = $G_{2}$ 캐스케이드 내 두 번째 컴포넌트의 출력 이득

따라서 앰프 체인은 $G_{1}\cdot G_{2}\cdot G_{3}\cdots$ $G_{1}\cdot G_{2}\cdot G_{3}\cdots$ $G_{1}\cdot G_{2}\cdot G_{3}\cdots$ $⋯$ { $displaystyle$ G_ ${2}\cdot G_{3}\cdots$ }의 $G_{1}\cdot G_{2}\cdot G_{3}\cdots$ $NF=10\log _{10}(1+T_{\text{E}}/290)$ 과 $NF=10\log _{10}(1+T_{\text{E}}/290)$ $=$ $NF=10\log _{10}(1+T_{\text{E}}/290)$ $NF=10\log _{10}(1+T_{\text{E}}/290)$ $10$ ( $NF=10\log _{10}(1+T_{\text{E}}/290)$ + $NF=10\log _{10}(1+T_{\text{E}}/290)$ / 290 $)$ 의 노이즈 수치로 모델링할 수 있습니다 $.$ 증폭기 단의 이득이 1보다 훨씬 큰 일반적인 경우, 초기 단계의 소음 온도가 체인 후반의 소음 온도보다 결과 소음 온도에 훨씬 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.예를 들어 첫 번째 단계에서 도입된 노이즈는 모든 단계에서 증폭되는 반면, 이후 단계에서 도입된 노이즈는 증폭률이 낮다는 것을 알 수 있다.또 다른 관점에서 보면, 이전 스테이지에 의한 노이즈 증폭에 의해 후단에 적용되는 신호는 이미 높은 노이즈 레벨을 가지고 있기 때문에, 이미 증폭된 신호에 대한 해당 스테이지의 노이즈 기여는 그다지 중요하지 않습니다.

따라서 앰프 체인에서 프리앰프 또는 RF앰프의 품질이 특히 중요한 이유가 설명됩니다.대부분의 경우 첫 번째 단계의 소음 수치만 고려하면 된다.단, 두 번째 스테이지의 노이즈 수치가 높지 않은지(또는 첫 번째 스테이지의 게인이 너무 낮은지)를 확인해야 합니다.어차피 두 번째 스테이지에 의한 SNR 열화가 있습니다.1단계의 소음 수치와 해당 단계의 이득(데시벨 단위)이 2단계의 소음 수치보다 크지 않은 경우 이 문제가 우려된다.

프리즈 방정식의 결과 중 하나는 첫 번째 증폭기 이전의 감쇠기가 증폭기로 인해 노이즈 수치를 저하시킨다는 것입니다.예를 들어 스테이지 1이 6dB 감쇠기를 $G_{1}={\frac {1}{4}}$ $G_{1}={\frac {1}{4}}$ $G_{1}={\frac {1}{4}}$ 1 $G_{1}={\frac {1}{4}}$ { { $displaystyle G_$ {1} = 4 $frac$ { 4 $}$ $G_{1}={\frac {1}{4}}$ 이면 $T_{\text{E}}=T_{1}+4T_{2}+\cdots$ $T_{\text{E}}=T_{1}+4T_{2}+\cdots$ $T_{\text{E}}=T_{1}+4T_{2}+\cdots$ + $T_{\text{E}}=T_{1}+4T_{2}+\cdots$ + ${\$ { \ $displaystyle T_$ { \ $T_{\text{E}}=T_{1}+4T_{2}+\cdots$ text } $E}}=T_{1}+4$ $T_{2}+\cdots$ 실제로 $T_{2}$ T2({ $displaystyle T_{2$ 의 노이즈 온도가 4배로 증가했으며, 감쇠기 $T_{1}$ T1({ $displaystyle$ T_ ${1$ })( $T_{1}$ 감쇠기가 저항기로 구성되어 있는 경우 보통 실온)에 기인하는 (작은) 기여도가 높아졌습니다.효율이 낮은 안테나가 이 원리의 예입니다. $G_{1}$ 1 (\ $displaystyle G_{1})$ 은 $G_{1}$ 안테나 효율을 나타냅니다.

「」를 참조해 주세요.

소음 스펙트럼 밀도

레퍼런스

^ 스콜닉, 메릴 I., 레이더 핸드북(2판).맥그로힐, 1990년 ISBN 978-0-07-057913-2
^ Skolnik, Merrill I. (2001). Introduction to Radar Systems (Third ed.). Boston: McGraw-Hill. pp. 731–732. ISBN 0-07-290980-3.
^ 맥클래닝, 케빈, 그리고 톰 비토.무선 수신기의 설계.애틀랜타, 캘리포니아: 노블 출판사, 2000.ISBN 1-884932-07-X.

[1] 스콜닉, 메릴 I., 레이더 핸드북(2판).맥그로힐, 1990년 ISBN 978-0-07-057913-2

[2] Skolnik, Merrill I. (2001). Introduction to Radar Systems (Third ed.). Boston: McGraw-Hill. pp. 731–732. ISBN 0-07-290980-3.

[mcclaning-3] 맥클래닝, 케빈, 그리고 톰 비토.무선 수신기의 설계.애틀랜타, 캘리포니아: 노블 출판사, 2000.ISBN 1-884932-07-X.

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