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Particularmente en radiofrecuencia, diseño y desarrollo de RF es necesario realizar cálculos de ruido térmico. En las aplicaciones del receptor de radio, el ruido térmico de RF es un atributo clave que limita la sensibilidad de las radios.
Calcular el ruido térmico y conocer el valor puede ayudar a mejorar el rendimiento de todo el sistema, lo que permite tomar los pasos correctos para optimizar el rendimiento y adoptar los mejores enfoques.Para calcular los niveles de ruido térmico, existen fórmulas o ecuaciones que son relativamente sencillas. Además de esto, hay una calculadora en línea para brindar asistencia adicional.
Cálculos y ecuaciones básicos de ruido térmico.
El ruido térmico es efectivamente ruido blanco y se extiende sobre un espectro muy amplio. La potencia de ruido es proporcional al ancho de banda. Por lo tanto, es posible definir una ecuación generalizada para el voltaje de ruido dentro de un ancho de banda dado como se muestra a continuación:
Dónde:
V = tensión eficaz integrada entre las frecuencias f1 y f2
R = componente resistivo de la impedancia (o resistencia) Ω
T = temperatura en grados Kelvin
(Kelvin es la escala de cero absoluto, por lo tanto, Kelvin = Celsius + 273.16)
f1 & f2 = límites superior e inferior del ancho de banda requerido
En la mayoría de los casos, el componente resistivo de la impedancia permanecerá constante en el ancho de banda requerido. Por tanto, es posible simplificar la ecuación del ruido térmico para:
Dónde:
B = ancho de banda en Hz
Cálculos de ruido térmico para temperatura ambiente
Es posible calcular los niveles de ruido térmico para temperatura ambiente, 20 ° C o 290 ° K. Esto se calcula más comúnmente para un ancho de banda de 1 Hz, ya que es fácil de escalar desde aquí, ya que la potencia de ruido es proporcional al ancho de banda. La impedancia más común es 50 Ω.
Cálculos de potencia de ruido térmico
Si bien los cálculos de ruido térmico anteriores se expresan en términos de voltaje, a menudo es más útil expresar el ruido térmico en términos de un nivel de potencia.
Para modelar esto, es necesario considerar la resistencia ruidosa como una resistencia ideal, R conectada en serie con una fuente de voltaje de ruido y conectada a una carga adaptada.
Nota: se puede ver que la potencia de ruido es independiente de la resistencia, solo en el ancho de banda.
Esta cifra se expresa normalmente en dBm.
El ruido térmico en un sistema de 50 Ω a temperatura ambiente es de -174 dBm / Hz.
Entonces es fácil relacionar esto con otros anchos de banda: debido a que el nivel de potencia es proporcional al ancho de banda, el doble del nivel de ancho de banda da el doble del nivel de potencia (+ 3dB) y diez veces el ancho de banda da diez veces el nivel de potencia (+ 10dB) .
Calculadora de ruido térmico
El cálculo de ruido térmico a continuación proporciona un método sencillo para determinar los distintos valores de ruido térmico que pueden ser necesarios.
Ruido térmico calculado para anchos de banda comunes
La siguiente tabla proporciona los cálculos del piso de ruido térmico para varios anchos de banda comunes y aplicaciones comunes.
| Ancho de banda y potencia de ruido térmico | |
|---|---|
| Banda ancha (Δf) Hz | Potencia de ruido térmico dBm |
| 1 | -174 |
| 10 | -164 |
| 100 | -154 |
| 1k | -144 |
| 10k | -134 |
| 100k | -124 |
| 200k (Canal GSM 2G) | -121 |
| 1 M (Canal de Bluetooth) | -114 |
| 5M (Canal 3G UMTS) | -107 |
| 10M | -104 |
| 20M (Canal de Wi-Fi) | -101 |
Estos valores de potencia de ruido térmico son fáciles de calcular con la calculadora en línea o las fórmulas, pero la tabla proporciona una referencia útil.
