噪声系数（NF）基础知识：它是什么以及如何使用它来帮助您设计接收机-单级。

噪声系数（NF）：神话以及重要的RF参数。

这是许多RF人员难以真正理解和应用的术语之一。

一旦涉及到复杂的公式，就会使您非常困惑。

而且您可能难以正确应用它们来设计接收器。

当设计用于极弱信号的电路时，噪声是重要的考虑因素。

噪声系数（NF）衡量设备降低信噪比（SNR）的程度，其值越小表明性能越好。

每个设备在信号路径中的噪声贡献必须足够低，以免显着降低信噪比。

我将向您展示那些简单而通用的RF概念，您最终将能够在很短的时间内设计并完成RF项目和可售产品，而不会犯很多错误。

我还将为希望了解更多高级细节的人们提供一些资源。

什么是“ kTB”？
在讨论噪声因子和噪声系数之前，我们需要更好地了解接收器噪声。

我们需要知道的第一件事是空间中到处都有热噪声，这是我们需要面对和处理的最小噪声功率。

我们无法摆脱它。

如果不存在这种基本噪声，则接收机设计本来会容易得多。

所有其他类型的噪音都不可取，我们应尽最大努力将其降至最低。

通常我们以瓦特表示噪声，因为它是一种功率。

该热噪声功率的幅度为：

热噪声= k（焦耳/˚K）×T（˚K）×B（Hz）

其中k是以焦耳/˚K为单位的玻尔兹曼常数，T是以开尔文（°K）为单位的温度，B是以Hz为单位的带宽。

如果，
k = 1.38×10-23
T = 290°K（相当于17°C或62.6°F）
而且，
B = 1赫兹
然后，
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002×10-21W / Hz
= 4.002×10−18mW / Hz

如果我们将其转换为dBm，
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0−180 = −174dBm / Hz
这是在1 Hz的17 Hz带宽中的热噪声功率量，在使用噪声系数之前，您应该记住这个数字。

热噪声和温度：

下表显示了每赫兹相对于温度的热噪声：

如您在此表中所见，这两个极端温度-2°C和40°C之间的热噪声差异仅为

−173.2−174.9 = 1.7dBm

因此，为方便起见，我们通常以中间数17°C（290°K）和-174 dBm为参考。

热噪声和工作频率带宽：

对于1 MHz的带宽，

热噪声= −174dBm + 10log（1×106）

= −114dBm

我们将用两个问题来包裹“热噪声”，以测试您对该术语的了解程度。 您必须彻底了解它，然后才能继续看到我们将在下面讨论的重要参数“噪声系数”：

Q1：  -25°C时的热噪声每赫兹多少dBm？

答。     174.7-dBm的

Q2： 在250°C时带宽为65 kHz的总热噪声为多少dBm？

答。     119.3-dBm的


信噪比（SNR）
 


接收器灵敏度是接收器解调并从微弱信号中获取信息的能力的度量。 我们将灵敏度量化为可以从中获得有用信息的最低信号功率电平。

接收器可辨别的最弱信号取决于接收器添加到信号的热噪声量。 信噪比是量化此影响的最便捷方法。

对于输入信噪比，

SNRin =正弦/正弦

其中Sin是输入信号电平，Nin是输入噪声电平。

对于输出信噪比，

SNRout =输出/无输出

其中Sout是输出信号电平，Nout是输出噪声电平。

由于kTB无处不在，因此Sout / Nout永远不会比Sin / Nin更好。 因此，最好的情况是：

Sout / Nout = Sin / Nin，（SNRout = SNRin）
 
噪声系数（F）和
噪声系数（NF）
在继续之前，我们需要定义这两个术语“噪声系数”和“噪声系数”。

噪声系数（F）= Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
噪声因子是设备如何降低信噪比的一种度量。

您必须先牢记这个定义，然后才能使用噪声系数。

完美的电子电路（不存在）的噪声系数为1。

在现实世界中，它始终大于1。

简单地说，

= log（SNRin）−log（SNRout）

噪声系数始终大于0 dB。

我想使用下面的2个示例来解释这两个重要术语，希望您能花些时间逐步完成每个步骤。

例如#1
如果电子电路是透明的，则增益为0，内部噪声电平Nckt也为0。

答。

由于Sin = Sout和Nin = Nout

噪声系数（F）= 1且

噪声系数（NF）= 10log（1）= 0

这种电路几乎不存在。

例如#2
如果电子电路是6 dB电阻π网络衰减器（-6 DB），则噪声系数是多少？

答。

Sin和Nin都有6 dB的损耗，所以

Sout =（1/4）Sin，据推测，

Nout =（1/4）Nin

但是任何地方的最小热噪声为kTB。

所以，
Nout = kTB
因此，
噪声系数（F）= Sin / NinSout / Nout
= Sin / kTB（1/4）Sin / kTB = 4
而且，
噪声系数（NF）= 10log（4）= 6dB
预期的噪声系数与6dB衰减完全相同。

例如#3

放大器的增益为12 dB，噪声系数为3 dB，

（a）输出端口每Hz的噪声水平是多少（以dBm为单位），以及

（b）在此放大器中每Hz产生的额外噪声是多少？




答。

(a).
以来，
所以，

Sout = 16×Sin

Sin / Nin16Sin / Nout = 1.995

因此， 输出端口的噪声水平（以dBm为单位）为：

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= −159.0dBm

(b).

和

Nout = 16×Nin +（x + 1）kTB =（17 + x）kTB

F = Sin / kTB16Sin /（17 + x）kTB = 2

经过几步操作

X = 15

因此，此放大器产生的额外噪声（以dBm为单位）为：

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0×10−17mW = −162.2dBm

 

好了，该写这篇文章了。 您是否想知道自己是否真正了解噪声系数以及如何使用它？ 从以下两个问题中找出答案：

Q1：LNA的增益为20 dB。 如果在输出端口测得的噪声电平为-152 dBm / Hz，那么该放大器的NF是多少？

Ans。 2分贝

Q2：放大器的NF为1.0 dB，工作频率带宽为200 kHz，如果测得的输出端口噪声电平为-132 dBm，那么该放大器的增益是多少？

Ans。 18分贝

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