接收机灵敏度的研究

无线电接收机诸多的性能当中，「灵敏度」　（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）　无疑是其中最重要的一项，同时，也可能是遭遇最多误解的一项了。　

　　曾经听说过有位　ＯＭ　试着要在天线和接收机的输入端之间，加装一个高增益的前置放大器，以提高灵敏度。这种作法是否正确，有待我们来探讨。　

杂讯与讯号杂讯比
　
　　直接从字面上的意义，我们了解到，灵敏度是接收微弱讯号的能力。要接收微弱的讯号，一般的想法是设法将讯号储量放大，也就是提高增益　（Ｇａｉｎ），以接收更微弱的讯号，所以增益高的接收机，其灵敏度一定较高。　

　　这一段话，前半段关於灵敏度定义的部份，基本上是正确的；但後半段，增益与灵敏度关系的推论，跟实际情况却相差了十万八千里，这正是一般人对於灵敏度这项特性最人的误解。　

　　在进入正题之前，且让我们谈谈杂讯　（Ｎｏｉｓｅ）　的问题。　

　　打开接收机，当没有讯号进来时，通常都可以听到细小的「沙沙」声，这就是杂讯的声音。当有讯号进来时，强度够的话，这种「沙沙」声就几乎听不到。可是如果讯号微弱的话，我们会把接收机的音量开大，想更清楚地听到讯号，这一来，「沙沙」声也就相对变大。如果讯号更微弱的话，纵然将接收机的音量开到最大，也只是徒然提高「沙沙」声而已，讯号还是听不清楚。　

　　可见要清楚地接收到微弱讯号，问题并不是在将音量开得多大　（提高增益　）。如果纯粹想提高增益的话，实在太简单了，了不起再加一级放大器就是。其关键乃是讯号和杂讯相对的强度，是否讯号有足够的强度，不被杂讯所遮盖过去。　

　　这种讯号强度和杂讯强度的对比就叫「讯号杂讯比」　（Ｓｉｇｎａｌ　ｔｏ　Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ）　或者简称　Ｓ／Ｎ　比；当然，Ｓ／Ｎ　比在习惯上，也经常以　ｄＢ　来表示。　

　　从接收机声频输出端　（如扬声器　）所听到的杂讯。可以区分为两类。第一类是伴随着讯号从天线端接收进来的外部杂讯。对於此「天」电杂讯　（或称背景杂讯　），我们很难有所作为，只好听天由命了。第二类是与外部环境完全无关的内部杂讯，即使将输入端的讯号降低到零，仍可听到的杂讯，这完全是接收机本身所产生的内部杂讯。　

　　对於第二类的内部杂讯，聪明的你，应该已经察觉到跟接收机的灵敏度一定有很密切的关系。　

杂讯指数与杂讯系数　

　　描述一个系统（如接收机）内部杂讯大小，可以用杂讯系数　（Ｎｏｉｓｅ　Ｆａｃｔｏｒ）Ｆ　来表示，或者取其对数值，变成杂讯指数　（Ｎｏｉｓｅ　Ｆｉｇｕｒｅ）ＮＦ。　

Ｆ　＝　（Ｓｉ／Ｎｉ）　／　（Ｓｏ／Ｎｏ）
ＮＦ　＝　１０　ｌｏｇＦ　＝　１０　ｌｏｇＳｉ／Ｎｉ　－　１０　ｌｏｇ　Ｓｏ／Ｎｏ　

　　由於接收机内部杂讯的加入，会使得输出端的讯号杂讯比降低，所以杂讯系数　Ｆ　值一定大於　１，而杂讯指数　ＮＦ　值则大於　０ｄＢ。　

　　对於一个可以分成几级串接起来的系统　（如图一　），其整体的杂讯系数　Ｆ，可以由各级的增益和杂讯系数计算出来。　
　
　　由於第一级的杂讯会经过每一级的放大，所以影响整体的杂讯系数　Ｆ　最显着。第二级则不必经过第一级的放大，影响次之，……　

　　越到後级，其影响程度越不显着，如公式　（１）。通常的计算，只须考虑到第二级就足够的了，以後的各级是可以忽略不计的。　

　　以一般常见的接收机来说，天线输入端之後就是射频　（ＲＦ）　放大级，再进入混波　（ＭＩＸＥＲ）　级、中频　（ＩＦ）　放大级……如图二。　
 
　
　　图二中的混波级为平衡式混波器，所以不但没有增益，反而有损失，但没有杂讯。整个接收机杂讯系数：　

Ｆ　＝　１．５８５　＋　［（１．７７８－１）　／　８＊０．３９８］　＝　１．８２９
ＮＦ　＝　２．６２　ｄＢ　

　　因为有射频放大级的增益　１２ｄＢ，使整个杂讯指数才增加　０．６２ｄＢ　而已。当然，提高射频放大级的增益，是可以降低整体接收机的杂讯系数，但是提高到某个程度以後，效果就不明显了。　

　　相反地，太高的射频放大级增益，也会造成混波级的问题。所以，射频放大级的增益目的，在建立起整体的杂讯系数，不必要求太高，大约在　１０ｄＢ　左右即可。　

　　反倒是射频放大级主宰了整体的杂讯系数，如何选用低杂讯的主动元件、如何去设计偏压电路、尽量降低射频放大级的杂讯，就是一项最重要的课题。依一般专通讯用　ＨＦ　接收机来说，杂讯指数大约在　５～１０ｄＢ　之间。　

灵敏度的定义与量测
　
　　实际上，接收机制造商所标示出来的灵敏度和前面所讨论的杂讯系数，虽然有密切的关系，却有所不同。通常所标示的灵敏度如：输入阻抗　５０Ｑ，频率范围　１．８～３０ＭＨｚ　时，对於　１０ｄＢ　的　Ｓ／Ｎ　比，其灵敏度之　０．２μＶ。　这种表示法可以用实际的量测方法来了解所代表的意义，如图三：　

　
　　在接收机的声频输出，接上一个真正的　ｒｍｓ　电表，在输入端接一个讯号产生器　（必须注意阻抗匹配　）。首先将讯号产生器和接收机设定在特定的量测频率，并调整讯号产生器，使其输出为零，此时在　ｒｍｓ　电表上的读值为接收机本身产生的内部杂讯功率。再慢慢地增加讯号产生器的输出，直到　ｒｍｓ　电表的读值比原来增加　１０ｄＢ，也就是　Ｓ／Ｎ　比为　１０ｄＢ　时，在读出讯号产生器的输出电压位准，如果是　０．２μＶ　的话，则此接收机的灵敏度就是　０．２μＶ。　

　　对於不同的量测频率，接收机会有不同的杂讯系数，所以，要比较接收机的灵敏度，就必须规定量测的频率和　Ｓ／Ｎ　比的大小才有意义。此外，各种不同的调变模式要清楚地抄收讯号所需的　Ｓ／Ｎ　比也不同，如　ＣＷ　模式须　３ｄＢ　即可，ＳＳＢ　模式须　１０ｄＢ，　ＡＭ　模式须　１７ｄＢ。　

　　因此，我们知道在相同的情况下，ＣＷ　模式可以抄到微弱的讯号，ＳＳＢ　模式则次之。　
结论

　
　　讨论至此，相信各位对於接收机的灵敏度与杂讯的密切关系，应该都已经有清楚且正确的认识了。能够澄清一般人对灵敏度的误解，从而建立正确的观念，乃是本文最大目的