رنج دینامیکی و تعاریف مختلف آن ,

رنج دینامیکی (Dynamic Range) یکی از پارامترهای اصلی گیرنده های مخابراتی است. برای رنج دینامیکی دو تعریف در کتب مخابراتی ذکر شده است. در بین مهندسان مخابرات و الکترونیک، همیشه این ابهام درمورد رنج دینامیکی وجود داشت که چه تعریفی برای آن صحت دارد و آیا میتوان به صورت خاص، یکی از آنها را برگزید و به کار برد و تعاریف دیگر را دور انداخت؟

در این گزارش، به بررسی این دو تعریف درمورد رنج دینامیکی می‌پردازیم و این موضوع را با شکل های گرافیکی توضیح داده و در مورد آن توضیحاتی می‌دهیم. به امید آنکه مفید واقع شود.

تعریف اول رنج دینامیکی به شرح زیر است: حد بالای رنج دینامیکی نقطه ای است که در آن سیستم اشباع می‌گردد. حد پایین نیز حساسیت سیستم است (نقطه ای که اگر سیگنال از آن ضعیف تر گردد، گیرنده عملکرد مطلوب خود را از دست می‌دهد). رنج دینامیکی سیستم نیز حاصل تفریق این دو نقطه از یکدیگر است.

تعریف دوم رنج دینامیکی بشرح زیر است: دو سیگنال سینوسی به گیرنده اعمال می‌گردد. توان این دو سیگنال به آرامی افزایش می‌یابد تا به نقطه ای برسیم که بر اثر خاصیت غیر خطی گیرنده، اینترمدولاسیون ها و یا همان مولفه های IM3 ظاهر گردند. باز هم توان سیگنالها را افزایش میدهیم تا به نقطه ای برسیم که توان اینترمدولاسیون ها مساوی با سطح نویز قرار بگیرد.

در شکل پایین هر دو تعریف رنج دینامیکی ارائه شده است. همانطور که در شکل سمت چپ نشان داده شده است، رنج دینامیکی (DR) از بالا به نقطه اشباع و از پایین به کف نویز محدود شده است که در این تعریف، عبارت Dynamic Range به کار برده می‌شود.
اما در شکل راست، زمانی که حد بالا، توسط حداکثر توانی از ورودی که سطح اینترمدولاسیون مرتبه سوم تولید شده به سطح کف نویز برسد، محدود شود، عبارت SFDR برای رنج دینامیکی به کار برده می‌شود که مخفف Spurious Free Dynamic Range است. در این تعریف نیز، حد پایین توسط کف نویز محدود می‌شود که در ادامه تشریح می‌گردد.

برگرفته از کتاب میکروالکترونیک RF- نوشته پرفسور بهزاد رضوی – ویرایش دوم – فصل 2

گفتیم که در تعریف SFDR، حد پایین توسط کف نویز محدود می‌شود. این بدان معنی است که سیگنال بایستی به اندازه ((حداقل SNR مورد نیاز)) از سطح نویز بالاتر باشد. شکل زیر این امر را نشان می‌دهد.

برگرفته از مستندات شرکت Analog Devices

نمایش گرافیکی و فرمولی که در اینجا نشان داده شده است، بیانگر صحت تعریف بیان شده توسط کتاب پروفسور رضوی است. این عبارت برای تمامی گیرنده‌های مخابراتی صادق است.

برگرفته از مستندات شرکت Agilent Technologies

در اینجا هم تعاریف مختلفی از رنج دینامیکی نشان داده شده است. طبق تعاریف قبل، قسمت نارنجی در عکس بالا، همان DR و قسمت بنفش مربوط به SFDR است. لازم به ذکر است که رنج قابل اندازه گیری (Measurement Range) گیرنده ها نیز به صورت اختلاف میان حداکثر توان قابل تحمل ورودی و سطح کف نویز محاسبه می‌شود که در شکل بالا، با رنگ قرمز نشان داده شده است.