ค่าตัวเลขสัญญาณรบกวน (Noise Figure) คืออะไร?

Noise Figure (NF) หรือ ค่าตัวเลขสัญญาณรบกวน เป็นตัววัดระดับเสียงรบกวนที่เกิดขึ้นในวงจรระหว่างการขยายสัญญาณ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในอุปกรณ์ที่ต้องขยายสัญญาณที่อ่อน เช่น โทรศัพท์มือถือ หรือวิทยุที่ต้องรับสัญญาณจากสถานีส่งระยะไกล การมี Noise Figure สูงแสดงถึงการเพิ่มของสัญญาณรบกวนระหว่างกระบวนการขยายสัญญาณ ทำให้สัญญาณที่ได้รับมีคุณภาพลดลง

Noise Figure ยิ่งต่ำการรบกวนก็จะยิ่งน้อยลง การมี Noise Figure ตํ่าทำให้เสียง หรือสัญญาณที่เราต้องการรับฟังมีความชัดเจนและมีคุณภาพสูงขึ้น การลด Noise Figure จึงเป็นสิ่งสำคัญในการออกแบบวงจร RF ให้มีสัญญาณที่คมชัดและไม่ถูกรบกวนจากเสียง หรือสัญญาณที่ไม่พึงประสงค์

• ตัวอย่างเหตุการณ์ Noise Figureในชีวิตประจำวัน:

ลองนึกภาพการคุยโทรศัพท์ในร้านกาแฟที่มีคนพูดคุยกันเสียงดัง เสียงรบกวนจากรอบข้างเปรียบเสมือน Noise Figure ในวงจร RF ยิ่ง Noise Figure สูง เสียงที่เราจะได้ยินก็จะมีเสียงรบกวนจากรอบข้างมากขึ้น และทำให้เสียงจากปลายสายที่เราต้องการฟังมีคุณภาพลดลง ในทางกลับกัน การออกแบบวงจรที่มี Noise Figure ต่ำ จะช่วยให้เสียงจากปลายสายชัดเจน แม้อยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงรบกวนสูง

• การลด Noise Figure ในการออกแบบวงจร RF:

วิศวกรต้องใช้ส่วนประกอบที่มีคุณภาพสูงเพื่อลด Noise Figure และเพิ่มคุณภาพของสัญญาณที่ได้รับเช่น ตัวขยายสัญญาณที่สามารถควบคุมการเพิ่มขึ้นของสัญญาณรบกวน และใช้วงจรกรองความถี่เพื่อขจัดสัญญาณที่ไม่ต้องการ

ความไวของสัญญาณ (Sensitivity) คืออะไร?

Sensitivity หรือ ความไว หมายถึง ความสามารถในการรับสัญญาณที่มีความแรงต่ำ ได้อย่างมีประสิทธิภาพของวงจร RF   ค่า Sensitivity ที่ดีจะช่วยให้วงจรสามารถตรวจจับสัญญาณ ที่อยู่ไกล หรือมีสัญญาณอ่อนๆ ได้ดีกว่า การมี Sensitivity สูงทำให้เราสามารถรับสัญญาณอ่อนจากระยะไกลได้ดี แม้อยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีสัญญาณแทรกซ้อน

• ตัวอย่างเหตุการณ์ Sensitivity ในชีวิตประจำวัน:

ลองนึกภาพการอยู่ในพื้นห่างไกลที่มีสัญญาณโทรศัพท์อ่อนมาก หากโทรศัพท์ของเรามีค่า Sensitivity ดี โทรศัพท์จะสามารถรับสัญญาณได้ แม้สัญญาณจะอ่อน ทำให้เราสามารถโทรหรือใช้งานอินเทอร์เน็ตโดยไม่สะดุด หากโทรศัพท์มี Sensitivity ต่ำ การรับสัญญาณอาจไม่เสถียร ทำให้สัญญาณขาดหาย

หรือลองดูตัวอย่างอีกหนึ่งอัน การใช้ GPS ระบุตำแหน่ง หาก GPS มีค่า Sensitivity สูง ระบบจะสามารถรับสัญญาณจากดาวเทียมได้ แม้เราจะอยู่ในพื้นที่ที่มีสัญญาณอ่อนเช่น ในอาคาร หรือในที่ที่มีสิ่งกีดขวาง  ระบบจะระบุตำแหน่งแม่นยำ หาก GPS มีค่า Sensitivity ต่ำ ก็จะระบุตำแหน่งคลาดเคลื่อน หรือรับสัญญาณได้ไม่ครบถ้วน

• การเพิ่มค่า Sensitivity ในการออกแบบวงจร RF:

หากต้องการให้ค่า Sensitivity สูง วิศวกรควรเลือกใช้ตัวรับสัญญาณที่มีประสิทธิภาพ รวมถึงออกแบบเสาอากาศให้มีการรับสัญญาณที่ดี การใช้วงจรขยายสัญญาณ และกรองสัญญาณที่เหมาะสมจะช่วยให้วงจรสามารถรับสัญญาณอ่อนได้ดียิ่งขึ้น

Noise Figure และ Sensitivity ทำงานร่วมกันอย่างไร?

Noise Figure และ Sensitivity สัมพันธ์กันโดยตรง การมี Noise Figure ต่ำจะทำให้ค่า Sensitivity เพิ่มขึ้น เพราะสัญญาณที่ได้รับไม่ถูกเสียงรบกวนบดบัง วงจรจึงตรวจจับสัญญาณอ่อนได้ชัดเจนขึ้น ดังนั้นการลด Noise Figure และเพิ่มค่า Sensitivity เป็นการทำงานร่วมกันที่ทำให้คุณภาพของสัญญาณดีเยี่ยม

• ตัวอย่างการทำงานร่วมกันระหว่าง Noise Figure และ Sensitivity ในชีวิตประจำวัน: เหตุการณ์ขับรถผ่านพื้นที่ที่มีสัญญาณวิทยุ FM อ่อน การมีเครื่องรับสัญญาณที่มี Noise Figure ต่ำและ Sensitivity สูงจะทำให้เราสามารถฟังเพลง หรือฟังข่าวสารได้ชัดเจน โดยไม่มีเสียงรบกวน แม้อยู่ในพื้นที่ที่สัญญาณอ่อนมาก ในทางกลับกันหากเครื่องรับสัญญาณมี Noise Figure สูงและ Sensitivity ต่ำ เราอาจได้ยินเสียงรบกวนซ่า ๆ ตลอดเวลา และทำให้คุณภาพของเสียงแย่ลง

• การใช้ Wi-Fi ในสถานที่ที่มีการใช้งานหนาแน่น เช่น สนามบินหรือมหาวิทยาลัย การมี Noise Figure ต่ำและ Sensitivity สูงจะทำให้เราสามารถรับสัญญาณได้อย่างเสถียร และมีประสิทธิภาพ แม้ว่าจะมีสัญญาณรบกวนจากอุปกรณ์อื่น ๆ ในบริเวณใกล้เคียง

เทคนิคการออกแบบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ Noise Figure และ Sensitivity

การออกแบบวงจร RF ที่มีค่า Noise Figure ต่ำและ Sensitivity สูงต้องใช้เทคนิค และส่วนประกอบที่มีคุณภาพสูง ซึ่งจะช่วยลดการรบกวนและเพิ่มความไวในการรับสัญญาณ การใช้ตัวขยายสัญญาณที่มีค่า Noise Figure ต่ำจะทำให้สัญญาณขยายออก โดยไม่มีสัญญาณรบกวน การใช้วงจรกรองสัญญาณที่ดีจะขจัดสัญญาณที่ไม่ต้องการ ก่อนทำการขยายสัญญาณ

การออกแบบเสาอากาศให้มีประสิทธิภาพสูงเป็นอีกหนึ่งปัจจัยที่ช่วยเพิ่มค่า Sensitivity ให้สูงขึ้น เสาอากาศที่มีการจับสัญญาณที่ดีในทิศทางต่าง ๆ และมีคุณภาพ จะทำให้การรับสัญญาณมีประสิทธิภาพมากขึ้น นอกจากนี้ การปรับโครงสร้างของเส้นทางสัญญาณ และการเลือกใช้วัสดุคุณภาพสูงยังช่วยลดการเกิดสัญญาณรบกวนภายในวงจรได้

สรุป

Noise Figure และ Sensitivity เป็นปัจจัยสำคัญในการออกแบบวงจร RF ให้มีประสิทธิภาพสูง ความสามารถในการลด Noise Figure และเพิ่มค่า Sensitivity ทำให้วงจรรับสัญญาณได้ชัด และมั่นคงในสภาวะที่ท้าทาย หรือในสถานที่ที่มีสัญญาณแทรกซ้อนสูง การออกแบบวงจรที่มีคุณสมบัติดังกล่าวไม่เพียงช่วยให้การสื่อสารมีคุณภาพสูง แต่ยังช่วยให้ผู้ใช้สามารถใช้งานอุปกรณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสะดวกสบายในชีวิตประจำวัน ไม่ว่าจะเป็นการคุยโทรศัพท์ในที่ที่มีสัญญาณแทรกซ้อน การเชื่อมต่อ Wi-Fi ในพื้นที่แออัด หรือการใช้ GPS ในสถานที่ที่มีสิ่งกีดขวาง

ในการออกแบบวงจรที่มีประสิทธิภาพสูง วิศวกรไม่เพียงแต่ต้องคำนึงถึงค่าของ Noise Figure และ Sensitivity เท่านั้น แต่ยังต้องพิจารณาถึงการจัดการพลังงาน เพื่อให้วงจรสามารถทำงานได้นาน โดยไม่สิ้นเปลืองพลังงานมากเกินไป อุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อลดการใช้พลังงานจะช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ โดยเฉพาะในอุปกรณ์พกพาที่ต้องการความสะดวกในการใช้งานแบบไร้สาย

ยิ่งไปกว่านั้น การใช้เทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น วัสดุที่ช่วยลดสัญญาณรบกวน และการใช้เสาอากาศที่ปรับตัวเองได้ตามสภาพแวดล้อม ยังช่วยให้การออกแบบวงจร RF มีความยืดหยุ่น และปรับปรุงคุณภาพการรับส่งสัญญาณได้มากขึ้น

การออกแบบวงจร RF ที่มีคุณสมบัติด้าน Noise Figure ต่ำและ Sensitivity สูงจึงเป็นเรื่องที่ซับซ้อน และต้องอาศัยความเชี่ยวชาญในความรู้หลายๆ ด้าน ทั้งด้านวัสดุศาสตร์ ด้านการออกแบบวงจรไฟฟ้า และด้านการจัดการพลังงาน เพื่อให้การสื่อสารไร้สายมีประสิทธิภาพในทุกสถานการณ์ ผู้ใช้งานจึงสามารถมั่นใจได้ว่า อุปกรณ์มีการออกแบบที่ดี ทำให้ใช้งานในชีวิตประจำวันง่ายขึ้น ไม่ว่าจะใช้ในกิจกรรมใดก็ตาม

‍