Коэффициент шума (NF) и коэффициент шума ( F ) являются показателями ухудшения отношения сигнал / шум (SNR), вызванного компонентами в сигнальной цепи . Это число, по которому можно определить производительность усилителя или радиоприемника, при этом более низкие значения указывают на лучшую производительность.
Коэффициент шума определяется как отношение выходной мощности шума устройства к его части, относящейся к тепловому шуму на входной оконечной нагрузке при стандартной температуре шума T 0 (обычно 290 K ). Таким образом, коэффициент шума - это отношение фактического выходного шума к шуму, который остался бы, если бы само устройство не создавало шума, или отношение входного SNR к выходному SNR.
Шум фигура просто шум - фактор выражается в децибелах (дБ). [1]
Общий
Коэффициент шума - это разница в децибелах (дБ) между выходным шумом реального приемника и выходным шумом «идеального» приемника с тем же общим усилением и полосой пропускания, когда приемники подключены к согласованным источникам при стандартной шумовой температуре T 0 (обычно 290 К). Мощность шума от простой нагрузки равна kTB , где k - постоянная Больцмана , T - абсолютная температура нагрузки (например, резистора ), а B - ширина полосы измерения.
Это делает коэффициент шума полезным показателем качества для наземных систем, где эффективная температура антенны обычно близка к стандартной 290 К. В этом случае один приемник с коэффициентом шума, скажем, на 2 дБ лучше другого, будет иметь выходной сигнал отношение к шуму примерно на 2 дБ лучше, чем у другого. Однако в случае спутниковых систем связи, где антенна приемника направлена в холодное пространство, эффективная температура антенны часто ниже 290 К. [2] В этих случаях улучшение коэффициента шума приемника на 2 дБ приведет к увеличению чем улучшение отношения выходного сигнала к шуму на 2 дБ. По этой причине соответствующий показатель эффективной шумовой температуры часто используется вместо коэффициента шума для характеристики приемников спутниковой связи и малошумящих усилителей .
В гетеродинных системах мощность выходного шума включает паразитные составляющие от преобразования частоты изображения , но часть, относящаяся к тепловому шуму на входной оконечной нагрузке при стандартной шумовой температуре, включает только то, что появляется на выходе через основное преобразование частоты системы, и исключает это которое появляется через преобразование частоты изображения .
Определение
Коэффициент шума F системы определяется как [3]
где SNR я и SNR о являются входные и выходные отношения сигнал-шум соответственно. В SNR величины отношения мощности. Коэффициент шума NF определяется как коэффициент шума в дБ:
где SNR i, дБ и SNR o, дБ выражены в децибелах (дБ). Эти формулы действительны только тогда, когда входная оконечная нагрузка находится при стандартной шумовой температуре T 0 = 290 K , хотя на практике небольшие различия в температуре не оказывают существенного влияния на значения.
Коэффициент шума устройства связан с его шумовой температурой T e : [4]
Аттенюаторы имеют коэффициент шума F, равный их коэффициенту ослабления L, когда их физическая температура равна T 0 . В более общем смысле, для аттенюатора при физической температуре T шумовая температура T e = ( L - 1) T , что дает коэффициент шума
Коэффициент шума каскадных устройств
Если несколько устройств подключены каскадом, общий коэффициент шума можно найти по формуле Фрииса : [5]
где F n - коэффициент шума для n-го устройства, а G n - коэффициент усиления мощности (линейный, не в дБ) n-го устройства. Первый усилитель в цепи обычно оказывает наиболее значительное влияние на общий коэффициент шума, поскольку коэффициенты шума следующих каскадов уменьшаются за счет усиления каскада. Следовательно, первый усилитель обычно имеет низкий коэффициент шума, а требования к коэффициенту шума последующих каскадов обычно более мягкие.
Коэффициент шума как функция дополнительного шума
Коэффициент шума может быть выражен как функция дополнительной приведенной мощности шума на выходе. и прирост мощности усилителя.
Вывод
Из определения коэффициента шума [3]
и предполагая, что система имеет шумный одноступенчатый усилитель. Отношение сигнал / шум этого усилителя будет включать собственный приведенный к выходу шум., усиленный сигнал и усиленный входной шум ,
Подставляя выходное ОСШ в определение коэффициента шума, [6]
В каскадных системах не относится к выходному шуму предыдущего компонента. Для отдельного компонента по-прежнему предполагается входная оконечная нагрузка при стандартной шумовой температуре. Это означает, что дополнительная мощность шума, добавляемая каждым компонентом, не зависит от других компонентов.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ http://www.satsig.net/noise.htm
- ^ Agilent 2010 , стр. 7
- ^ a b Agilent 2010 , стр. 5 .
- ^ Agilent 2010 , стр. 7T e = T 0 ( F - 1) . с некоторой перестановкой из
- ^ Agilent 2010 , стр. 8 .
- ^ Ядро осины. Вывод уравнений коэффициента шума (DOCX) , стр. 3–4
- Keysight, Основы измерения коэффициента шума ВЧ- и СВЧ- диапазона (PDF) , Примечание по применению, 57-1, опубликовано 1 сентября 2019 г.
Внешние ссылки
- Калькулятор коэффициента шума 2–30-ступенчатый каскад
- Основы и учебное пособие по методам коэффициента шума и Y-фактора
- Коэффициент шума мобильного телефона
Эта статья включает материалы, являющиеся общественным достоянием, из документа General Services Administration : «Федеральный стандарт 1037С» .(в поддержку MIL-STD-188 )