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Elektronisches und hochfrequentes Rauschen

Elektronisches und hochfrequentes Rauschen


Elektrisches und HF-Rauschen tritt in allen elektronischen und HF-Systemen in geringerem oder höherem Maße auf und kann die Leistung vieler Systeme beeinträchtigen und einschränken

Elektrisches und HF-Rauschen gibt es in vielen Formen. Es kann auf viele Arten erzeugt werden und Rauschen kann elektronische und Hochfrequenz-, HF-Schaltungen und Systeme beeinflussen.

Da Rauschen von Natur aus zufällig ist, ist es nicht möglich, seine Auswirkungen zu beseitigen. Sobald es in ein System eingetreten ist, kann es nicht entfernt werden, obwohl es in einigen Fällen durch Filtern reduziert werden kann, obwohl dies das gewünschte Signal beeinflussen kann.

Was ist HF-Rauschen? Die Grundlagen

Obwohl es viele verschiedene Arten von Geräuschen gibt, gibt es viele Aspekte von Geräuschen, die allen Arten gemeinsam sind, zusammen mit den verschiedenen Formen der Beschreibung.

Lärm ist per Definition zufällig. Es erstreckt sich in verschiedenen Formen über das Frequenzspektrum, wenn auch nicht immer in der gleichen Amplitude. Dementsprechend gibt es je nach Häufigkeitsverteilung verschiedene Kategorien von Rauschen:

  • Weißes Rauschen: Weißes Rauschen ist die Art von Rauschen, die alle Frequenzen gleichermaßen beeinflusst. Es breitet sich mit einer flachen Amplitude von der Frequenz Null aufwärts aus. Es hat seinen Namen von der Tatsache, dass weißes Licht alle Farben und damit Frequenzen gleich enthält und weißes Rauschen alle interessierenden Frequenzen gleichermaßen enthält.
  • Lila Geräusch: Rosa Rauschen hat seinen Namen von der Tatsache, dass es keine flache Antwort hat - es enthält einige Frequenzbänder mehr als andere. Bei rosa Rauschen nimmt die Leistungsdichte mit zunehmender Frequenz ab. Es erhält seinen Namen, weil rotes Licht am unteren Ende des Lichtspektrums liegt - seine Leistungsdichte ist auf niedrigere Frequenzen vorgespannt, also auf rosa Rauschen, wo seine Leistungsdichte auf die niedrigeren Frequenzen vorgespannt ist.
  • Bandbegrenztes Rauschen: Das Frequenzband von Rauschen kann entweder durch Filter oder die Schaltung, durch die es läuft, begrenzt werden.

Auswirkungen von elektronischem / HF-Rauschen

Rauschen kann viele Auswirkungen auf ein System haben. Amplitudenrauschen, d. H. Durch Rauschen verursachte Amplitudenschwankungen, können ein Signal maskieren oder Datenfehler verursachen, wodurch die Bitfehlerrate erhöht wird. Für die beste Leistung sollte das Signal offensichtlich so rauschfrei wie möglich sein, obwohl in vielen Fällen eine optimale Rendite erzielt wird, die ein akzeptables Maß an Datenfehlern oder ein Signal-Rausch-Verhältnis gegen die damit verbundenen Kosten abwägt.

Amplitudenbasierte Rauschformen wirken sich tendenziell stärker auf amplitudenbasierte Systeme aus, während Rauschen durch Phasenjitter phasenmodulierte Systeme stärker beeinflusst.

HF / elektronisches Rauschen: Typen

Elektronisches oder hochfrequentes HF-Rauschen kann auf verschiedene Weise durch verschiedene Mechanismen erzeugt werden. Dementsprechend kann HF-Rauschen entsprechend der Art und Weise, wie es erzeugt wird, kategorisiert werden. Dies hilft zu verstehen, woher es kommt und wie es minimiert werden kann:

  • Lawinenlärm: Dies ist eine Form von Rauschen, das erzeugt wird, wenn eine Sperrschichtdiode nahe dem Punkt des Lawinendurchbruchs betrieben wird. Dies tritt in Halbleiterübergängen auf, wenn die Ladungsträger in einem hohen Spannungsgradienten ausreichend Energie entwickeln, um zusätzliche Ladungsträger durch physikalischen Aufprall zu entfernen. Der dadurch erzeugte Strom ist nicht einmal so, wie er durch hochenergetische Elektronen bestimmt wird, die auf das Kristallgitter treffen, um mehr Lochelektronenpaare zu erzeugen. Infolgedessen ist es ein sehr lauter Prozess.
  • Flimmergeräusch, 1 / f-Geräusch: Diese Art von Rauschen tritt in fast allen elektronischen Geräten auf. Es hat verschiedene Ursachen, die sich jeweils auf den Gleichstrom beziehen. Es hat ein Frequenzspektrum, das stetig in die höheren Frequenzen abfällt. . Lesen Sie mehr über Flimmergeräusch.
  • Phasenrauschen: Phasenrauschen ist eine Form von HF-Rauschen, das auf Hochfrequenz und anderen Signalen sichtbar ist. Es erscheint in Form von Phasenjitter oder Störungen auf dem Signal. Diese manifestieren sich als Seitenbänder, die sich auf beiden Seiten des Signals oder Trägers ausbreiten.

    Phasenrauschen kann ein Signal oder System auf verschiedene Weise beeinflussen. Ein Hauptbereich ist, wenn Phasenmodulation verwendet wird, um digitale Informationen zu übertragen. Phasenrauschen kann die Bitfehlerrate verschlechtern, da das Rauschen die Phasenänderungen stören kann, die den Zustand der zu übertragenden Daten anzeigen.

  • Schuss Lärm: Diese Form von Rauschen entsteht durch zeitabhängige Schwankungen des elektrischen Stroms. Dies wird durch die diskrete Natur der Elektronenladungen verursacht. Schussrauschen macht sich insbesondere bei Halbleiterbauelementen wie Tunnelübergängen, Schottky-Sperrdioden und pn-Übergängen bemerkbar. Lesen Sie mehr über Schuss Lärm.
  • Thermisches Rauschen: Diese Form von Rauschen, auch als Johnson- oder Johnson Nyquist-Rauschen bezeichnet, entsteht durch die thermische Bewegung von Ladungsträgern - typischerweise Elektronen - in einem Leiter. Wenn die Temperatur und damit die Bewegung der Ladungsträger zunimmt, steigt auch der Rauschpegel.

    Dieses Rauschen ist eine Hauptform des Rauschens, das in rauscharmen Verstärkern und dergleichen auftritt. Um dies zu reduzieren, werden Verstärker mit sehr hoher Leistung, z. Diejenigen, die für die Radioastronomie usw. verwendet werden, wurden bei sehr niedrigen Temperaturen betrieben. Zahlen wie die Geräuschtemperatur werden als Maß für den Pegel dieses thermischen Geräusches verwendet. Lesen Sie mehr über Thermisches Rauschen.

  • Berstgeräusch: Ist eine Form von Rauschen in einigen Schaltungen, in denen der Betrieb des Halbleiters einen plötzlichen Impuls hervorruft. Aufgrund des Tons, der auf Audiokreisen zu hören ist, wird er häufig als Popcornrauschen bezeichnet. Lesen Sie mehr über Burst-Rauschen.

Elektrisches oder HF-Rauschen ist ein Schlüsselmerkmal für jedes System. In vielen Fällen kann dies die gesamte Systemleistung steuern. Beispielsweise begrenzt Rauschen in einem Funkempfänger die Empfindlichkeit eines Funkgeräts. Auch Phasenrauschen in einer modernen Datenkommunikationsverbindung unter Verwendung von Phasenumtastung oder QAM führt dazu, dass Datenfehler eingeführt werden. In der Kameratechnik kann die Rauschleistung der Kamera insbesondere bei schlechten Lichtverhältnissen gesehen werden. Es ist ersichtlich, dass das Geräuschverhalten elektronischer Geräte für die Steuerung ihrer Gesamtleistung von entscheidender Bedeutung sein kann.

Schau das Video: Hochfrequentes Weißes Rauschen (Oktober 2020).