Necesito ayuda para comprender por qué se agregan las temperaturas de ruido, pero no las temperaturas reales

Wikipedia dice:

En un receptor de comunicaciones inalámbricas, la temperatura de ruido de entrada equivalente T mi q sería igual a la suma de dos temperaturas de ruido:

T mi q   =   T a norte t   +   T s y s

Entiendo que estos valores de T están relacionados con las temperaturas, pero no son en sí mismas temperaturas reales que se miden con un termómetro.

Si pongo un cubo de hielo de 273K en mi café de 357K (sin juego de palabras) obtendría un café más fresco, no un café de 630K. Lo mismo se aplica si son dos corrientes de fluido que se mezclan en lugar de objetos estáticos.

En otro escenario; a una frecuencia determinada, la potencia de ruido de una fuente de radio externa, como una fuente de cuerpo negro, escalaría como la cuarta potencia de la temperatura, no linealmente.

Necesito ayuda para entender por qué las temperaturas de ruido simplemente se suman, aunque en el mundo real lo último que pensaríamos hacer es sumar dos temperaturas.

Respuestas (2)

Creo que este es un caso de artículos de Wikipedia redactados confusamente. Ese pasaje parecería sugerir que si alguna vez tiene dos temperaturas de ruido, puede simplemente sumarlas. Como has explicado acertadamente, eso no tiene ningún sentido.

Bastante, T s y s es una cifra de mérito que se calcula midiendo el ruido agregado por algún componente. El ruido de entrada es T a norte t . Después de pasar por algún componente, el ruido será T mi q , que debe ser igual o mayor que T a norte t . Y la diferencia es T s y s , por definición.

Si T s y s = 0 , tiene un componente ideal que no agrega ruido.

Si T s y s ≪ T a norte t , tiene un componente realista que agrega solo un ruido insignificante, y la relación señal / ruido (SNR) no disminuye significativamente. Como un buen LNA.

De este modo T s y s hace una figura de mérito conveniente: al compararlo con la temperatura del ruido de entrada, es fácil ver qué tan relevante será el ruido agregado por este componente. Si el ruido de entrada ya es alto, no hay muchas razones para gastar más dinero en componentes con menor T s y s .

Mediante el uso de un LNA con un muy bajo T s y s , la señal y el ruido se pueden amplificar con una disminución mínima de SNR. Una vez realizada la amplificación, el ruido de entrada ( T a norte t ) es mucho mayor (porque se amplificó toda la potencia del ruido), por lo que ahora todos los componentes que siguen pueden tener una potencia mucho mayor T s y s (y por lo tanto un menor costo) sin tener un impacto inaceptable en SNR.

Esto tiene mucho sentido para mí, ¡gracias! Entonces, ¿los valores numéricos "parecen" temperaturas (p. ej., 300 K, 50 K...) porque hacen referencia a los niveles de ruido que producirían los dispositivos que están a esas temperaturas?
Creo que parte de eso es eso, y otra parte es solo convención. El ruido aleatorio de un tipo es como cualquier otro, por lo que tiene sentido elegir un tipo y llamar así a todos los ruidos aleatorios. Supongo que dado que la temperatura es ubicua e inevitable (y en muchos pero no en todos los casos, la más importante), se convirtió en el tipo canónico de ruido.
O tal vez no entendí bien tu comentario... la respuesta es sí, sea cual sea el origen del ruido, pretendemos que todo es ruido térmico equivalente a algo a cierta temperatura.
Veo declaraciones que T a norte t por ejemplo representar la temperatura de un hipotético 50 Ω resistencia en la entrada que haría una cantidad equivalente de ruido. Las temperaturas de ruido suelen estar en el rango de 10K a 1000K. No ves 0.000001K o 1,000,000K en electrónica con tanta frecuencia. Los números "parecen" temperaturas que realmente podrían ocurrir en los receptores, en términos generales.
¡Finalmente llegué al fondo de esto , y resulta que tiene sentido después de todo!

Desde entonces, he escrito una respuesta más larga en otro lugar que resumiré aquí.

La clave es que la mayor parte del tiempo trabajamos en el régimen de Rayleigh-Jeans donde la energía asociada a la temperatura de trabajo es mucho mayor que la de los fotones de la frecuencia de interés.

Por ejemplo, a temperatura ambiente. k B T ≈ 4E-21, mientras que incluso a 32 GHz la energía asociada con los fotones (o cuantos) es solo 2E-23.

Entonces, mientras que la distribución Plank tiene una fuerte dependencia de la temperatura en el extremo superior,

B v ( T ) = 2 h v 3 C 2 1 Exp ⁡ ( h v / k B T ) − 1

en el extremo inferior, el comportamiento se puede escribir como

B v ( T ) = 2 v 2 C 2 k B T

Esto se ve fácilmente en el siguiente gráfico, donde todas las curvas tienen una pendiente de 1 muy por debajo del máximo.

Dado que en el régimen de Rayleigh-Jeans la potencia por unidad de ancho de banda es de hecho proporcional a las temperaturas, sumar dos valores de potencia juntos es efectivamente sumar dos temperaturas equivalentes. Realmente no estás sumando dos temperaturas, estás sumando figuras de ruido, expresadas convenientemente en términos de temperatura.

abajo: Del Instituto de Tecnología de Nueva Jersey, Dr. Dale Gary, Physics 728 Radio Astronomy; Notas de la conferencia #1 :

Rayleigh-Jeans vs Planck

Necesito ayuda para comprender por qué se agregan las temperaturas de ruido, pero no las temperaturas reales
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