噪聲係數（NF）基礎知識：它是什麼以及如何使用它來幫助您設計接收機-單級。

噪聲係數（NF）：神話以及重要的RF參數。

這是許多RF人員難以真正理解和應用的術語之一。

一旦涉及到復雜的公式，就會使您非常困惑。

而且您可能難以正確應用它們來設計接收器。

當設計用於極弱信號的電路時，噪聲是重要的考慮因素。

噪聲係數（NF）衡量設備降低信噪比（SNR）的程度，其值越小表明性能越好。

每個設備在信號路徑中的噪聲貢獻必須足夠低，以免顯著降低信噪比。

我將向您展示那些簡單而通用的RF概念，您最終將能夠在很短的時間內設計並完成RF項目和可售產品，而不會犯很多錯誤。

我還將為想了解更多高級細節的人們提供一些資源。

什麼是“ kTB”？
在討論噪聲因子和噪聲係數之前，我們需要更好地了解接收器噪聲。

我們需要知道的第一件事是空間中到處都有熱噪聲，這是我們需要面對和處理的最小噪聲功率。

我們無法擺脫它。

如果不存在這種基本噪聲，則接收機設計本來會容易得多。

所有其他類型的噪音都不可取，我們應盡最大努力將其降至最低。

通常我們以瓦特表示噪聲，因為它是一種功率。

該熱噪聲功率的幅度為：

熱噪聲= k（焦耳/˚K）×T（˚K）×B（Hz）

其中k是以焦耳/ sK為單位的玻爾茲曼常數，T是以開爾文（°K）為單位的溫度，B是以Hz為單位的帶寬。

如果，
k = 1.38×10-23
T = 290°K（相當於17°C或62.6°F）
此外，
B = 1赫茲
然後，
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002×10-21W / Hz
= 4.002×10−18mW / Hz

如果我們將其轉換為dBm，
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0−180 = −174dBm / Hz
這是在1 Hz的17 Hz帶寬中的熱噪聲功率量，在使用噪聲係數之前，您應該記住這個數字。

熱噪聲和溫度：

下表顯示了每赫茲相對於溫度的熱噪聲：

如您在此表中所見，這兩個極端溫度-2°C和40°C之間的熱噪聲差異僅為

−173.2−174.9 = 1.7dBm

因此，為方便起見，我們通常以中間數17°C（290°K）和-174 dBm為參考。

熱噪聲和工作頻率帶寬：

對於1 MHz的帶寬，

熱噪聲= −174dBm + 10log（1×106）

= −114dBm

我們將用兩個問題來包裹“熱噪聲”，以測試您對該術語的了解程度。 您必須徹底了解它，然後才能繼續看到我們將在下面討論的重要參數“噪聲係數”：

Q1：  -25°C時的熱噪聲每赫茲多少dBm？

答。     -174.7 dBm

Q2： 在250°C時帶寬為65 kHz的總熱噪聲為多少dBm？

答。     -119.3 dBm


信噪比（SNR）
 


接收器靈敏度是接收器解調並從微弱信號中獲取信息的能力的度量。 我們將靈敏度量化為可以從中獲得有用信息的最低信號功率電平。

接收器可辨別的最弱信號取決於接收器添加到信號的熱噪聲量。 信噪比是量化此影響的最便捷方法。

對於輸入信噪比，

SNRin =正弦/正弦

其中Sin是輸入信號電平，Nin是輸入噪聲電平。

對於輸出信噪比，

SNRout =輸出/無輸出

其中Sout是輸出信號電平，Nout是輸出噪聲電平。

由於kTB無處不在，因此Sout / Nout永遠不會比Sin / Nin更好。 因此，最好的情況是：

Sout / Nout = Sin / Nin，（SNRout = SNRin）
 
噪聲係數（F）和
噪聲係數（NF）
在繼續之前，我們需要定義這兩個術語“噪聲係數”和“噪聲係數”。

噪聲係數（F）= Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
噪聲因子是設備如何降低信噪比的一種度量。

您必須先牢記這個定義，然後才能使用噪聲係數。

完美的電子電路（不存在）的噪聲係數為1。

在現實世界中，它始終大於1。

簡單地說，

= log（SNRin）−log（SNRout）

噪聲係數始終大於0 dB。

我想使用下面的2個示例來解釋這兩個重要術語，希望您能花一些時間來完成每一步。

示例#1
如果電子電路是透明的，則增益為0，內部噪聲電平Nckt也為0。

答。

由於Sin = Sout和Nin = Nout

噪聲係數（F）= 1且

噪聲係數（NF）= 10log（1）= 0

這種電路幾乎不存在。

示例#2
如果電子電路是6 dB電阻π網絡衰減器（-6 DB），則噪聲係數是多少？

答。

Sin和Nin都有6 dB的損耗，所以

Sout =（1/4）Sin，據推測，

Nout =（1/4）Nin

但是任何地方的最小熱噪聲為kTB。

因此，
Nout = kTB
因此，
噪聲係數（F）= Sin / NinSout / Nout
= Sin / kTB（1/4）Sin / kTB = 4
此外，
噪聲係數（NF）= 10log（4）= 6dB
預期的噪聲係數與6dB衰減完全相同。

示例#3

放大器的增益為12 dB，噪聲係數為3 dB，

（a）輸出端口每Hz的噪聲水平是多少（以dBm為單位），以及

（b）在此放大器中每Hz產生的額外噪聲是多少？




答。

（一個）。
以來，
因此，

Sout = 16×Sin

Sin / Nin16Sin / Nout = 1.995

因此， 輸出端口的噪聲水平（以dBm為單位）為：

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= −159.0dBm

（b）中。

和

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

F = Sin / kTB16Sin /（17 + x）kTB = 2

經過幾步操作

x = 15

因此，此放大器產生的額外噪聲（以dBm為單位）為：

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0×10−17mW = −162.2dBm

 

好了，該寫這篇文章了。 您是否想知道自己是否真正了解噪聲係數以及如何使用它？ 從以下兩個問題中找出答案：

Q1：LNA的增益為20 dB。 如果在輸出端口測得的噪聲電平為-152 dBm / Hz，那麼該放大器的NF是多少？

Ans。 2分貝

Q2：放大器的NF為1.0 dB，工作頻率帶寬為200 kHz，如果測得的輸出端口噪聲電平為-132 dBm，那麼該放大器的增益是多少？

Ans。 18分貝

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