详读射频经典知识:噪声系数(Noise Figure)

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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。

4.1

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。

4.2

噪声因子的定义:

噪声系数只是噪声因子的对数值,如下图所示。

4.3

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。

噪声系数(Noise Figure)和噪声因子(Noise Factor)的对应关系

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。

4.4

不管你用什么方法,一旦你得到噪声因子,得到噪声系数(Noise Figure简称NF)是自动的。只需要如下所示的对数尺度。

4.5

级联系统的噪声因子:

4.6

级联放大系统的噪声系数计算结果:

4.7

上面的计算结果可以看到,在G1足够高的情况下,第一级噪声系数1.8决定了整个系统的噪声系数。

来源: 射频美学

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