噪声系数的四个W

现代接收系统通常必须处理非常弱的信号，但系统组件添加的噪声往往会掩盖那些非常弱的信息。

灵敏度、误码率（BER），最重要的是，我们今天的主题，噪声系数是表征接收系统处理低电平信号能力的系统参数。

下面我们将讨论表征系统噪声系数（NF）以处理低电平信号和改进产品设计的内容、原因、时间和位置。
 

噪声系数，也称为噪声因子，可以定义为信号通过系统网络时信噪比（SNR）的降低。

噪声系数的独特之处在于，它不仅适用于表征单个部件，如低噪声放大器、下变频器和IF滤波器，而且适用于整个系统本身。在我们的案例中，“网络”是频谱或信号分析仪（SA）。

基本上，较低的数值意味着网络添加的噪声非常少（好），较高的噪声数值意味着它添加了大量噪声（坏）。该概念仅适用于那些处理信号并具有至少一个输入和一个输出端口的网络。

图中提供了噪声系数的基本表达式。

噪声系数是当输入源温度为290°K时，输入端和输出端各自的信噪功率比之比。

此外，噪声系数通常以分贝表示：

Why and When

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在处理小信号时，噪声系数是一个关键的系统参数，它可以让我们通过量化添加的噪声来进行比较。知道了噪声系数的值，我们就可以根据系统的带宽来计算系统的灵敏度。

重要的是要记住，系统的噪声系数与其增益是分开的。一旦将噪声添加到信号中，随后的增益级将信号和噪声放大相同的量，并且这不会改变SNR。

图中.a显示了放大器的输入，峰值比本底噪声高40dB；图中.b显示了产生的输出信号。增益使信号和噪声水平提高了20 dB，并增加了自身的噪声。结果，输出信号的峰值现在仅比本底噪声高30dB。因为信噪比的降低是10dB，所以放大器具有10dB的噪声系数。

在放大器的输入和输出处比较的相对信号和噪声水平。由于放大器添加的噪声，噪声电平比信号电平增加得更多。

图中:放大器输入端（a）和输出端（b）的信号示例。注意，由于放大器电路添加的噪声，噪声电平比信号电平上升得更多。这种信号和噪声的变化就是放大器噪声系数。

通过控制系统组件的噪声系数和增益，RF设计者可以直接控制整个系统的噪声系数，一旦您确定了噪声系数的值，就可以很容易地根据系统带宽估计系统灵敏度。

Where (& How)

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悬而未决的问题是：影响噪声系数的系统噪声源在哪里？大多数噪声由电气设备中的普通现象引起的自发波动组成，这种噪声通常是平的。我们对这种噪声进行测量以表征噪声系数。这些噪声源分为两大类：热噪声和散粒噪声。

还有一点需要注意：重要的是要考虑到，在噪声系数测量中测量的一些功率可能是某种类型的干扰，而不是噪声。因此，至关重要的是要警惕和防范这种情况，在屏蔽室中进行测量，以确保我们只看到我们想要测量的自发噪声。

可以使用信号分析仪、噪声源和专用的噪声系数测量应用程序进行噪声系数测量。

图中使用信号分析仪、噪声源和专用噪声系数应用程序在DUT上进行噪声系数测量所需的两个步骤的高级视图。

测量噪声系数最常用的方法是Y因子法，它需要两个步骤：校准和DUT的噪声系数测量。首先通过将噪声源连接到信号分析仪的前端来校准信号分析仪。在第二步中，将DUT连接到信号分析仪的前端，并将噪声源连接到DUT的输入端——然后，信号分析仪的噪声系数测量应用程序可以表征DUT的噪声系数。

Wrapping Up

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回顾一下，噪声系数是衡量信号通过系统或设备时信噪比（SNR）退化的指标。
 

您可以对完整的系统或组件进行噪声系数测量。噪声数字告诉我们在信号通过系统或设备时，信号中加入的噪声的相对量。低噪声值表示DUT的性能更好。

噪声系数是一种快速而简单的测量方法，用于表征信号通过系统或设备时设备信噪比（SNR）的下降，告诉您信号中添加的相对噪声量。而且，在考虑设计时，请记住，噪声系数是一种可以用来提高设备性能的方法。