在射频领域描述器件或系统的噪声的参数通常有 3 个:噪声指数 NF、噪声系数 F 与等效噪声温度 Te。
1、噪声指数与噪声系数的定义
噪声指数与噪声系数的关系很简单,噪声指数就是用分贝为单位表示的噪声系数:
有几种噪声系数的定义,它们都可以相互转换。常见的一种定义是,噪声系数等于输入信号的信噪比与 输出信号的信噪比的比值:
显然,用分贝计算会稍稍简便些:
或者
根据上述定义,可以写出其他几种定义噪声系数的公式。
其中,GP是器件或系统的功率增益,PNI 或 PNO表示在器件或系统的输入端或输出端看到的总噪声功率。 上式中,分子上的 PNO是在输出端看到的噪声功率,它由两部分组成:外部的信号源提供的噪声经过系 统后出现在输出端的功率,以及系统内部噪声出现在输出端的功率。分母上的 PNI 是在系统输入端看到的噪 声功率,它全部由外部的信号源提供,乘以系统的增益 GP后就是在输出端看到的由信号源提供的噪声功率。 所以上式也可以写成
下标 source 表示由外部信号源的噪声引起的输出噪声,下标 system 表示由系统内部噪声引起的输出噪声。 有些时候,也可以将输出端看到的所有噪声等效到系统的输入端,就有
当然,上面公式成立的前提是假设在有用的频带内,系统的功率增益是平坦的。 由 7 式可见,噪声系数 F 不仅与系统内部的噪声功率有关,还与信号源的噪声功率有关。当器件或系 统的内部噪声功率一定时,信号源输入的噪声功率越大,其噪声系数越小。
生产厂商在测定器件的噪声系数时,将外部噪声源定义为由一个与被测器件的输入阻抗匹配的电阻产 生的热噪声。电阻的热噪声功率可以由下式表达:
其中 k=1.38×10e-23(J/K) 是玻尔兹曼常数,T 是绝对温标下的温度,B 是噪声带宽。
当外部电阻与被测器件的输入阻抗匹配时,器件或系统得到的输入噪声功率为
通常取室温 T=T0=290K,此时这个电阻的噪声功率谱密度为
在此条件下,噪声系数为
通常将上述式子中的 PNO(total)/B 作为输出端的噪声功率谱密度,记为 DNO,则有
改用分贝的形式,就是