噪声系数（Noise Figure）：射频设备性能的关键指标

发布时间：2021-03-16 14:05:12

来源：RF技术社区 (https://rf.eefocus.com)

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当你想到“噪声” ，通常你会认为噪声来自外面的某个地方。这话也没错，但是有一部分噪声是由组件（DUT）本身产生的。除非设备工作在绝对零度（摄氏零下273度），否则物体本身总会发出这样的噪声。在大多数情况下，我们只是忽略这种噪声，主要是因为噪声强度不大，不足以干扰正常的信号。

但有些情况下，我们不能忽略这些噪声产生的组件本身。对于这种情况，我们制定了一个规格来测量、管理、控制这种类型的噪声，这个指标被称为“噪声系数”。物理噪声系数和噪声系数指标相同，唯一的区别是噪声系数（Noise Figure）是对数标度（分贝），噪声因子（Noise Figure）是线性标度。

现在让我们来看看噪音数字的一些细节。假设你有一个虚构的设备，它的增益为1，这意味着它不能放大任何进入设备的信号，并且它完全受到任何外部噪声源的保护。假设您输入如左图所示的输出，并得到如右图所示的输出。你觉得有什么不同吗？是的...... 我没有看到任何不同的大小的信号峰值，这是可以理解的，因为这是一个设备增益1。那噪底呢？你会注意到输入的噪底和输出的噪底之间有很大的区别。为什么会变成这样？既然我们假设这是一个完全不受外界噪声干扰的理想设备，我们唯一能想到的可能性就是噪声是由设备本身（Device Under Test）本身产生的。噪声系数表征的就是这种设备的内部噪声大小。

我们如何用正式的方式来表达这个噪音数字？如果器件的增益总是1，最简单的表示方法就是“输入噪声和输出噪声之间的差值”。但是，如果增益不是1（大于1），只看噪声级别的差异，你不知道增加的噪声级是由于放大还是内部产生。在这种情况下，估计内部噪声产生的更好方法是比较信噪比（信噪比），如下所示。

针对这个问题，我们提出了一个称为“噪声因子”--Noise Factor的指标，定义为输入信噪比和输出信噪比，如下所示。

噪声因子的定义：

噪声系数只是噪声因子的对数值。

NF单位是dB，NF（dB）一定大于0，也就是说经过新系统，噪声一定会增加，且信噪比一定会变差。

噪底可以从增益（G）、输入噪声（Ni）和内部产生的噪声（Na）导出，如下所示。

无论您使用何种方法，一旦获得了噪声因子，计算噪声系数（Noise Figure，简称NF）就变得自动化。只需使用如下的对数尺度即可。

考虑一个级联系统的噪声因子计算示例：

假设我们有一个级联放大系统，由两个放大器组成，分别是G1和G2。我们已经通过测试获得了每个放大器的噪声因子，分别为NF1和NF2。现在我们想计算整个系统的噪声系数。

根据级联系统的噪声因子计算公式，我们可以得到以下结果：

系统的噪声因子 = NF1 + (NF2 - 1) / G1

接下来，我们将使用这个公式来计算级联放大系统的噪声系数。

假设NF1 = 1.8，NF2 = 2.5，以及G1 = 10。代入公式，我们可以得到：

系统的噪声因子 = 1.8 + (2.5 - 1) / 10 = 1.8 + 1.5 / 10 = 1.95

从上面的计算结果可以看出，在第一级的增益足够高（G1 = 10）的情况下，第一级的噪声系数1.8决定了整个系统的噪声系数。