FACTOR DE RUIDO

En inglés lo encontrará como F = "Noise Factor" y se define como:

     Relación señal-ruido de ENTRADA
F = ---------------------------------    (ec-1)
     Relación señal-ruido de SALIDA

o lo que es lo mismo:

       Señal de entrada
      ------------------
       Ruido de entrada
F = ----------------------   (ec-2)
       Señal de salida
      -----------------
       Ruido de salida

Cuando a esta relación se la expresa en decibeles recibe el nombre  "FIGURA DE RUIDO" (Noise Figure o NF en inglés). Es decir:

NF = 10 log F

   Nótese que en la práctica siempre la Relación señal-ruido de entrada es un número mayor que la relación-señal ruido de salida, pues el receptor no es perfecto y agrega un "exceso de ruido", de manera que este número siempre será mayor que 1 (uno) en la realidad. La bondad del receptor, en este sentido, será mayor cuanto más bajo sea este número. El denominador de la ecuación incorpora el ruido producido por el receptor.

   Es evidente que cuanto mayor sea la relación señal-ruido de entrada (Señal de entrada/Ruido de entrada), mayor será la probabilidad de rescatar la información. La señal de entrada dependerá de la potencia  del emisor y demás condiciones de propagación, pero ¿cuál sería el mínimo ruido de entrada posible teóricamente?. Pues bien: es el "RUIDO DE AGITACION TERMICA". Aunque suprimamos los estáticos, los ruidos industriales, etc. quedará  EL RUIDO DE AGITACION TERMICA, que es el "RUIDO MOLESTO" que por ahora nos ocupa. Los físicos nos dan una forma de conocerlo o calcularlo y es =>

Potencia de ruido térmico = k * To * B   (ec-3)

donde:

·        k es la denominada "Constante de Boltzmann" (1,38 * 10-23 W/°K*Hz o Joules/°K)

·        To es la temperatura en grados Kelvin (0 °C = 273 °K) a la que se encuentra la resistencia de radiación de la antena.

·        B ancho de banda efectivo en Hz del receptor

Suponiendo que la resistencia de ruido sea la misma a lo largo de B.

   Imaginemos un receptor típico que tuviera una ganancia total de potencia  de señal de 170 dB, un ancho de banda de 2.700 Hz con una resistencia de 50 Ohms conectada en su entrada a temperatura ambiente (unos 18 °C = 291 °K). Aplicando la formula tenemos:

Potencia de ruido de agitación termica =      k       *  To   *   B
                                       = 1.38 * 10-23  * 291   * 2700
                                       = 0,00001 pW (pW = picoWatts)                                          = -140 dBm 

(definitivamente esto hay que hacerlo en mathcad)

   Si el receptor fuera perfecto o ideal, multiplicando la potencia de ruido en la resistencia (0,00001 pW) por la ganancia del receptor (170 dB o 10 a la diecisieteava potencia), la potencia de ruido en el parlante debería ser: 1 W
   Supongamos ahora que procedemos a medir el ruido en el parlante del receptor real, en las mismas condiciones, y al hacerlo, sobre el parlante medimos una potencia de ruido de, digamos 5 W.

   Puesto que la ganancia del receptor es de 170 dB para una señal dada, podemos decir que para el ruido la ganancia fue mayor pues obtuvimos en el parlante ¡un valor mayor que el previsto para un receptor ideal!, el cociente entre los 5 W reales y el 1 W teórico representa el "Factor de Ruido del receptor", en este caso = 5. La Figura de Ruido sería, como dijimos, el factor de ruido expresado en dB es decir:

NF = 10 * log 5 = 7 dB, que es un valor típico para los buenos receptores de la banda de HF.

   Podemos realizar las cuentas al revés, con el objeto de averiguar cuál sería la menor señal discernible en este receptor (denominada en inglés "noise floor"). Asumamos que esta condición se presenta cuando la señal en el parlante tiene la misma intensidad que el ruido debido a la agitación térmica. Si dividimos la potencia de ruido real por la ganancia del receptor obtendremos:

  5W (potencia de ruido a la salida)
--------------------------------- = 0,00005 pW (-133 dBm)     (ec-4)
    1017 (ganancia del receptor)

esta potencia de ruido representa (aplicando la ley de Joule) :

      ei2                  ________     _______________________
Pi =  ----  de donde: ei = Ö Pi x Ri = Ö 0,00005pW x 50 Ohms = 0,05 µV
       Ri

una tension de 0,05 µV en los bornes de entrada del receptor. En estas condiciones, una señal de entrada de 0,5 µV (diez veces mayor) nos proveería de una confortable escucha, con una relación señal-ruido de 20 dB, si no olvidamos que:

Relación-señal ruido en dB = 20 x log (0,5µv / 0,05µv)  (ec-5)

    Nótese de la ec-4 que la potencia de ruido es directamente proporcional al ancho de banda "B", de manera que una vez más podemos advertir que la reducción del ancho de banda es una solución que conviene emplear toda vez que sea posible, ya sea reduciendo un exceso del mismo o cambiando de modo de trasmisión.