등가 잡음 온도를 사용하여 RF 잡음 구성 요소 특성화

이전에는 잡음 지수가 RF 작업에서 일반적으로 사용되는 잡음 사양임을 논의했습니다. RF 부품 및 시스템의 잡음 성능을 특성화하는 또 다른 방법은 등가 잡음 온도이며, 이 기사에서는 이에 대해 중점적으로 다룰 것입니다.

일반적으로 소음 지수와 등가 소음 온도는 모두 동일한 정보를 제공합니다. 그러나 소음 온도의 개념에는 다소 익숙하지 않을 수도 있습니다. 잡음 온도는 매우 작은 잡음 수준을 처리하는 전파 천문학 및 우주 지향 무선 링크와 같은 비지상 응용 분야에서 주로 사용됩니다. 틈새 응용 분야에도 불구하고 소음 온도 개념에 익숙해지면 소음 지수 측정 장비가 실제로 어떻게 작동하는지 더 명확하게 파악할 수 있습니다. 실제로 자동 잡음 지수 분석기는 잡음 온도 측면에서 많은 내부 계산을 수행할 수 있습니다.

잡음 온도 개념을 사용하여 안테나나 잡음원과 같은 1포트 장치에서 생성되는 잡음을 지정할 수 있습니다. 이를 더 잘 이해하려면 아래 그림 1(a)에 표시된 것처럼 정합 부하 저항 RL에 연결된 출력 임피던스 R을 갖는 임의의 백색 잡음 소스를 고려해 보십시오.

잡음원이 RL = R에 대해 No라는 잡음 전력을 전달한다고 가정해 보겠습니다(즉, 잡음원의 최대 사용 가능한 잡음 전력은 No입니다). 우리는 저항기의 사용 가능한 잡음 전력이 kTB라는 것을 알고 있습니다. kTB를 No와 동일시하면 저항이 No의 사용 가능한 잡음 전력을 나타내는 온도를 찾을 수 있습니다.

\[T_e = \frac{N_o}{kB}\]

이 관찰은 그림 1(b)에 표시된 잡음 모델을 제공합니다. 여기서 Te 온도에서 단일 저항기 R은 원래 잡음 소스와 동일한 양의 잡음을 생성하는 데 사용됩니다. 여기서 Te는 다음과 같은 잡음 온도입니다. 소음원. 잡음 온도는 온도계로 측정하는 것처럼 저항기의 물리적 온도를 나타내지는 않습니다. 소음 온도는 부품이 생성하는 실제 소음 수준을 모델링할 수 있는 개념일 뿐입니다. 정의에 따르면 잡음 지수 개념은 1포트 장치에 적용할 수 없다는 점도 언급할 가치가 있습니다.

잡음 온도 개념은 2포트 네트워크의 잡음 성능을 설명하는 데에도 사용될 수 있습니다. 예를 들어 그림 2(a)와 같이 이득 G와 대역폭 B가 일치하는 소스 저항기에 연결된 잡음이 많은 증폭기를 생각해 보십시오.

다음으로, 증폭기 출력에서 ​​사용 가능한 잡음은 방정식 1을 사용하여 설명할 수 있습니다.

\[N_o = N_{o(추가)} + kT_0BG\]

어디:

1포트 예제와 유사하게 소스 저항기에 대한 새로운 온도를 찾아 증폭기의 잡음을 모델링하려고 합니다. 이를 위해 먼저 증폭기의 입력 기준 잡음을 찾습니다.

\[N_{i(추가)}=\frac{N_{o(추가)}}{G}\]

위 값을 kTeB와 동일시하면 저항기의 사용 가능한 잡음 전력이 방정식 2의 증폭기의 입력 기준 잡음과 동일한 등가 온도를 얻을 수 있습니다.

\[T_e=\frac{N_{o(추가)}}{kBG}\]

이를 통해 증폭기에 잡음이 없다고 가정할 수 있으며 대신 증폭기의 잡음을 설명하기 위해 Rs의 초기 온도를 Te만큼 높입니다. 이는 그림 2(b)에 나와 있습니다.

이제 총 출력 잡음을 계산하여 모델을 검증해 보겠습니다. 그림 2(b)를 참조하면 다음과 같습니다.

\[\begin{방정식}N_o &=& kTBG = k(T_0+T_e)BG \\&=& k(T_0+\frac{N_{o(추가)}}{kBG})BG \\&=& kT_0BG +N_{o(추가)}\end{같음}\]

이는 방정식 1과 일치합니다(별로 놀라운 일이 아닙니다!). 증폭기의 잡음 온도 Te를 사용하면 소스 임피던스 Rs와 T0 + Te로 제공되는 증폭기를 모두 포함하여 전체 시스템의 잡음 온도를 찾을 수 있습니다. 또한 방정식 2를 아래의 잡음 계수 정의와 결합하면 방정식 3과 같이 등가 잡음 온도로 잡음 지수를 표현하는 유용한 방정식을 얻을 수 있습니다.