Di bidang frekuensi radio (RF) dan teknik gelombang mikro,Gambar Kebisingan (NF)adalah parameter penting yang mengukur penurunan kualitas sinyal yang disebabkan oleh kebisingan dalam suatu sistem. Artikel ini mengeksplorasi interaksi dariperolehan daya, komponen lossy, dan sistem bertingkatdalam menentukan kinerja kebisingan keseluruhan sistem elektronik.
♦1. Apa itu Gambar Kebisingan?
**Noise Figure** (NF) mengukur seberapa besar suatu perangkat (misalnya amplifier, mixer, atau penerima) menurunkan **rasio sinyal-terhadap-noise (SNR)** dari sinyal yang melewatinya. Ini didefinisikan sebagai:
NF yang lebih rendah menunjukkan lebih sedikit noise tambahan, yang penting untuk aplikasi sensitif seperti komunikasi satelit, radar, dan penerima nirkabel.
♦2. Perolehan Daya dan Dampaknya terhadap Kebisingan
Penguatan Daya (G)adalah rasio daya keluaran terhadap daya masukan. Meskipun penguatan tinggi memperkuat sinyal yang diinginkan, hal ini juga memperkuat derau masukan dan derau internal perangkat. Untuk penguat dengan gain \\(G\\) dan noise figure \\(\\text{NF}\\), total daya noise keluaran \\(N_{\\text{out}}\\) dapat dinyatakan sebagai:
Di mana:
- k: Konstanta Boltzmann
- T: Suhu dalam Kelvin
- B: Bandwidth
- F: Faktor kebisingan (NF=10 log{10}(F))
♦3. Komponen Lossy dan Degradasi Kebisingan
Komponen yang merugi(misalnya, kabel, filter, attenuator) perkenalkankerugian penyisipan (L), yang secara langsung menurunkan kinerja kebisingan. Untuk komponen pasif dengan kerugian L (dimana L > 1), angka kebisingannya sama dengan kerugiannya:
Misalnya, attenuator 3 dB (L=2) memiliki NF sebesar 3 dB. Hal ini terjadi karena komponen melemahkan sinyal dan derau secara merata, namun menambahkan derau termal yang sebanding dengan suhu fisiknya.
Implikasi Praktis: Tempatkan{0}}penguat kebisingan rendah (LNA) sebelum komponen yang mengalami kerugian dalam rantai sinyal untuk mengurangi dampak kebisingannya.
♦4. Sistem Berjenjang dan Rumus Friis
Dalam sistem multi-tahap, angka gangguan total bergantung pada penguatan dan angka kebisingan setiap tahap.rumus Friismenghitung angka kebisingan keseluruhan (\\(F_{\\text{total}}\\)) untuk \\(n\\) tahapan bertingkat:
♦5. Penerapan Dunia Nyata-
1. Desain Penerima: Dalam sistem nirkabel, NF LNA pertama mendominasi sensitivitas penerima. Peningkatan NF sebesar 1 dB dapat meningkatkan jangkauan sebesar ~10%.
2. Komunikasi Satelit: Amplifier-NF rendah sangat penting untuk pemulihan sinyal lemah di tautan-ruang angkasa yang dalam.
3. Jaringan 5G: Sistem MIMO yang besar memerlukan-front-end NF yang sangat rendah-untuk menangani interferensi tinggi dan kehilangan jalur.
♦6. Mengurangi Kebisingan dalam Praktek
- Gunakan LNA dengan NF Rendah (<1 dB for mmWave systems).
- Minimalkan Kerugiansebelum amplifikasi (misalnya, memperpendek kabel koaksial).
- Manajemen TermalMendinginkan komponen untuk mengurangi kebisingan termal (\\(kTB\\)).
- Arsitektur Tingkat LanjutGunakan sirkuit-peredam kebisingan atau pendinginan kriogenik untuk aplikasi dengan kebisingan-yang sangat rendah.
Kesimpulan
Noise Figure adalah landasan desain sistem RF, menyeimbangkan perolehan daya, kerugian komponen, dan interaksi bertingkat. Dengan memposisikan LNA dengan gain tinggi-secara strategis dan meminimalkan kerugian-tahap awal, teknisi dapat mengoptimalkan SNR dan membuka performa dalam teknologi-tercanggih seperti 6G, penginderaan kuantum, dan IoT.
