噪声系数基础知识一览
定量表示噪声系数和噪声因子有很多方法。最早的定义之一由Harold Friis在20世纪40年代所提出。在Friis的定义中,噪声因子(噪声系数的线性等效物理 量)是特定信号通过特定组件时的信号比(SNR)的降低量。噪声因子和噪声系数均是无单位物理量,噪声因子以线性方式表示,而噪声系数则以对数形式表示。
等式1. 噪声因子作为SNR的函数
如等式1所示,如果LNA输入端的信号的SNR为100dB,噪声系数为5dB,那么 输出端的SNR为100-5dB = 95dB。如图10所示, 噪声系数为XdB的“黑箱”组件将使SNR降低XdB
热噪声之外的固有噪声功率
图10. 噪声系数等于组件的固有噪声功率与热噪声功率之和。
噪声系数的另一个定义是在-174dBm/Hz的常温热噪声功率下,特定有源器件和无源器件额外引入的噪声功率,以dB为单位。该定义与IEEE对噪声因子的 定义相吻合,后者已被广泛接受,用等式2来表示。
其中 k 表示耳兹曼常量
T0表示常温
B 表示带宽
G 表示DUT的增益
等式2. 噪声因子的正式定义
在等式2中,kTo简化为常温下的热噪声,即-174dBm/Hz。因此,噪声因子等于信号功率加上组件引入的噪声功率。
例如,在天线连接至LNA的情况下,LNA输入端的噪声功率为-174dBm/Hz。在LNA的输出端,噪声功率等于-174dBm/Hz加上LNA的噪声系数。在这种情况下,5dB的噪声系数将产生-169dBm/Hz的输出噪声功率。请注意,在这种情况下,由于噪声系数以对数的方式来表示,所以噪声功率直接等于5dB加-174 dBm/Hz。
噪声单位换算
在详细介绍噪声系数测量之前,首先要明确噪声测量常用的的一些单位及术语的定义。最常见的衡量参数包括噪声系数、噪声因子和噪声温度。
噪声系数(NF)等于器件的噪声功率加上热噪声功率,以dB为单位,噪声因子(F)是用线性方式表示器件在热噪声之上引入的噪声功率。利用公式3和4可以将NF换算为F,反之亦然。