Sensibilità di un ricevitore
Inviato: 27/07/2020, 22:53
Buonasera,
l’argomento di cui vorrei parlare è noto a tutti i radioamatori, ma forse vale la pena di ragionare su alcuni concetti che spesso sono male interpretati.
Spesso si sente dire che il tale ricevitore è rumoroso, perché “soffia troppo”, mentre il talaltro è silenzioso, perché “soffia poco”. Con queste affermazioni si confonde la sensibilità con il guadagno del ricevitore.
La sensibilità si può misurare solo in un modo, e cioè misurando il livello di segnale necessario per ottenere in uscita del ricevitore un certo rapporto tra la potenza del segnale S e quella del rumore di fondo N (rapporto S/N).
Personalmente misuro la sensibilità fissando lo S/N a 10 volte, o 10dB; su alcuni manuali di ricevitori americani utilizzati da noi rottamai è specificato un S/N di 4 volte, o 6dB.
La procedura di misura è semplice, e se interessa posso descriverla in un prossimo post.
Ma quali sono i fattori che determinano la sensibilità ? Sostanzialmente sono 4, che stabiliscono il livello di rumore di fondo che si genera all’ingresso dell’apparecchio:
1. La temperatura T a cui lavora il ricevitore
2. La costante di Boltzmann (K) che in, insieme alla temperatura, definisce la densità di potenza di rumore ( termico) all’ingresso del ricevitore
3. La banda passante B del ricevitore
4. La figura di rumore (F) che in pratica definisce il rumore introdotto dalla circuiteria del ricevitore.
In formula N = KTBF
Sui primi 3 fattori il progettista del ricevitore non ci può fare niente:
La temperatura T è legata alle condizioni operative dell’apparecchio.
La costante K è appunto una costante e non può cambiare.
La banda passante B è legata alla modalità di lavoro dell’apparecchio: se deve ricevere l’AM, normalmente deve avere una banda di almeno 6KHz, se invece lavora in CW, potrebbero bastare 100Hz.
Il progettista quindi può solo cercare di abbassare la figura di rumore, che come valore minimo vale 1 o 0dB.
0dB significa che il ricevitore non aggiunge rumore a quello che comunque nasce al suo ingresso (che è dovuto alla costante K).
Ad esempio, un ricevitore con una banda passante di 10KHz e figura di rumore di 0dB, alla temperatura ambiente di 20°C genererebbe un rumore di fondo riferito all’ingresso di circa -134dBm o 0.04 microvolt su 50 Ohm. Il segnale necessario per ottenere un S/N di 10dB sarebbe -124dBm.
Quindi la sensibilità di questo teorico ricevitore sarebbe -124dBm o 0.14 microvolt su 50 Ohm.
Mica male come ricevitore vero? Ma allora perché un AR18 ha una sensibilità intorno al microvolt nonostante lavori alla stessa temperatura ambiente e con la stessa banda del ricevitore teorico?
Perché ha una cifra di rumore di 100, o 20dB , e quindi genera con i suoi circuiti un rumore di fondo 100 volte maggiore di quello teorico.
I circuiti responsabili di questo disastro sono quelli di testa, l’amplificatore RF ed il convertitore. L’amplificatore IF contribuisce solo in maniera marginale, sia con la sua figura di rumore che con il suo guadagno; quello di BF praticamente non contribuisce per niente.
Il ricevitore è come il pesce: puzza dalla testa. Il perché è chiaro: il rumore generato dal primo stadio viene amplificato dal guadagno di tutta la catena ricevente, quindi pesa di più di quello generato dagli stadi a valle.
Spiegare come si fa ad abbassare la figura di rumore dell’amplificatore RF, ed in generale di qualunque stadio, esula da questo argomento. Posso solo accennare che le valvole, più griglie hanno, più rumorose sono, ed un triodo come amplificatore RF è più adatto di un esodo.
Comunque combattere per abbassare oltre un certo livello la cifra di rumore non è così importante per un ricevitore HF, perché come tutti sanno il rumore atmosferico (a cui purtroppo sempre più spesso si somma quello prodotto dalle attività umane) supera quello prodotto all’interno del ricevitore. In VHF invece la F è importante perchè il rumore atmosferico diminuisce all'aumentare della frequenza.
La misura strumentale in HF allora non ha più senso: se quando si collega l’antenna il rumore di fondo aumenta vuol dire che il ricevitore è sufficientemente sensibile !
Paolo IW5AFV
l’argomento di cui vorrei parlare è noto a tutti i radioamatori, ma forse vale la pena di ragionare su alcuni concetti che spesso sono male interpretati.
Spesso si sente dire che il tale ricevitore è rumoroso, perché “soffia troppo”, mentre il talaltro è silenzioso, perché “soffia poco”. Con queste affermazioni si confonde la sensibilità con il guadagno del ricevitore.
La sensibilità si può misurare solo in un modo, e cioè misurando il livello di segnale necessario per ottenere in uscita del ricevitore un certo rapporto tra la potenza del segnale S e quella del rumore di fondo N (rapporto S/N).
Personalmente misuro la sensibilità fissando lo S/N a 10 volte, o 10dB; su alcuni manuali di ricevitori americani utilizzati da noi rottamai è specificato un S/N di 4 volte, o 6dB.
La procedura di misura è semplice, e se interessa posso descriverla in un prossimo post.
Ma quali sono i fattori che determinano la sensibilità ? Sostanzialmente sono 4, che stabiliscono il livello di rumore di fondo che si genera all’ingresso dell’apparecchio:
1. La temperatura T a cui lavora il ricevitore
2. La costante di Boltzmann (K) che in, insieme alla temperatura, definisce la densità di potenza di rumore ( termico) all’ingresso del ricevitore
3. La banda passante B del ricevitore
4. La figura di rumore (F) che in pratica definisce il rumore introdotto dalla circuiteria del ricevitore.
In formula N = KTBF
Sui primi 3 fattori il progettista del ricevitore non ci può fare niente:
La temperatura T è legata alle condizioni operative dell’apparecchio.
La costante K è appunto una costante e non può cambiare.
La banda passante B è legata alla modalità di lavoro dell’apparecchio: se deve ricevere l’AM, normalmente deve avere una banda di almeno 6KHz, se invece lavora in CW, potrebbero bastare 100Hz.
Il progettista quindi può solo cercare di abbassare la figura di rumore, che come valore minimo vale 1 o 0dB.
0dB significa che il ricevitore non aggiunge rumore a quello che comunque nasce al suo ingresso (che è dovuto alla costante K).
Ad esempio, un ricevitore con una banda passante di 10KHz e figura di rumore di 0dB, alla temperatura ambiente di 20°C genererebbe un rumore di fondo riferito all’ingresso di circa -134dBm o 0.04 microvolt su 50 Ohm. Il segnale necessario per ottenere un S/N di 10dB sarebbe -124dBm.
Quindi la sensibilità di questo teorico ricevitore sarebbe -124dBm o 0.14 microvolt su 50 Ohm.
Mica male come ricevitore vero? Ma allora perché un AR18 ha una sensibilità intorno al microvolt nonostante lavori alla stessa temperatura ambiente e con la stessa banda del ricevitore teorico?
Perché ha una cifra di rumore di 100, o 20dB , e quindi genera con i suoi circuiti un rumore di fondo 100 volte maggiore di quello teorico.
I circuiti responsabili di questo disastro sono quelli di testa, l’amplificatore RF ed il convertitore. L’amplificatore IF contribuisce solo in maniera marginale, sia con la sua figura di rumore che con il suo guadagno; quello di BF praticamente non contribuisce per niente.
Il ricevitore è come il pesce: puzza dalla testa. Il perché è chiaro: il rumore generato dal primo stadio viene amplificato dal guadagno di tutta la catena ricevente, quindi pesa di più di quello generato dagli stadi a valle.
Spiegare come si fa ad abbassare la figura di rumore dell’amplificatore RF, ed in generale di qualunque stadio, esula da questo argomento. Posso solo accennare che le valvole, più griglie hanno, più rumorose sono, ed un triodo come amplificatore RF è più adatto di un esodo.
Comunque combattere per abbassare oltre un certo livello la cifra di rumore non è così importante per un ricevitore HF, perché come tutti sanno il rumore atmosferico (a cui purtroppo sempre più spesso si somma quello prodotto dalle attività umane) supera quello prodotto all’interno del ricevitore. In VHF invece la F è importante perchè il rumore atmosferico diminuisce all'aumentare della frequenza.
La misura strumentale in HF allora non ha più senso: se quando si collega l’antenna il rumore di fondo aumenta vuol dire che il ricevitore è sufficientemente sensibile !
Paolo IW5AFV