噪聲系數是一個數字,通過它可以指定放大器或無線接收器的噪聲性能。可以從放大器的信噪比開始。
假設我們把功率Ps的信号輸入放大器。當然,除了信号外,放大器的輸入端也會有一些噪聲,假設是Pn,in。因此,放大器的輸出将包括帶功率輸出Ps,out的信号和帶功率輸出Pn,out的噪聲。(也就是說放大器會把噪聲一并放大)
由于放大器有一定的增益,所以輸入端的信号和噪聲在輸出端增加。
為了表征這種系統環境,在無線系統中有一個基本而重要的指标就是信噪比(SNR)。它隻是信号功率與噪聲功率的比值。
也就是說可以這麼理解,在輸入端:SNR=Ps,in/Pn,in。 而在輸出端,SNR=Ps,out/Pn,out
在理想條件下,放大器輸入端的信噪比應等于放大器輸出端的信噪比,因為信号功率和噪聲功率都會被放大。
但在實際情況下,放大器輸出端的信噪比會小于輸入端的信噪比。
這個結果意味着,當信号通過任何微波組件時,信噪比總是會下降!
為什麼放大器輸出的信噪比要小,因為噪聲比信号功率增加得多。這種附加的噪聲是由放大器本身産生的。用噪聲系數表征放大器産生的噪聲量。
在另一方面,噪聲水平增加更多的一個因素,噪聲系數的設備。因此,噪聲系數越小,設備或系統越好。
噪聲系數(NF: Noise figure)和噪聲因子(F: noise factor)是由射頻(RF: radio-frequency)信号鍊中的成分引起的信噪比(SNR)退化的度量。它是一個數字,通過它可以指定放大器或無線接收器的性能,值越低表示性能越好。
總之,有一個指标叫做“噪聲因子”,被定義為輸入信噪比和輸出信噪比之比,如下所示。
噪聲系數是噪聲因子的對數标度值,如下所示。
噪聲系統(NF) = 10*LOG(噪聲因子 F)
也就是說,噪聲系數是以分貝為單位測量的,噪聲因子是以線性單位測量的。
舉個噪聲系數例子
現在假設在接收鍊中有多個設備級聯,需要測量整個接收鍊的噪聲系數。
例如,對于下面的接收器鍊,每個設備的增益(或插入損耗)和噪聲系數由數據表給出。
或者像帶通濾波器這樣的無源器件,噪聲系數等于該器件的插入損耗。
第一步
從各自的數據表中列出所有設備的增益/損耗和噪聲系數。
第二步
使用以下公式計算從分貝到線性單位的給定損耗、增益或噪聲系數:
第三步
然後應用以下級聯噪聲系數公式:
F是接收到的噪聲因子。
F1是第一個設備的噪聲因子
G1是第一個設備線性單位的增益和損耗
F2是第一個設備的噪聲因子
G2是第二個設備線性單位的增益或損耗
以此類推
F = 1.58 (1.26-1)/0.63 (2-1)/(0.63*100) (1.58-1)/(0.63*100*0.5)
F = 2.03
第四步
在計算噪聲系數後,使用以下公式将其轉換為噪聲系數。
NF (dB) = 10 * LOG (2.03) = 3.07
就是這樣進行計算的。
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