雷达接收机噪声系数定义 接收机噪声系数是多少

接收机是雷达系统中必不可少的的一部分，而接收机性能也关系到雷达的正作。接收机根据其系统架构可以分成：超外差接收机、宽带中频接收机、零中频接收机、数字中频接收机等。接收机也朝着高集成度、低功耗、射频前端的软件化、数字化发展。

雷达接收机的射频前端主要进行的是滤波、放大、频率转换等信号处理，而固有噪声存在于整个接收机前端系统，从而对接收的雷达信号产生影响，降低了输入射频信号的信噪比。而噪声系数(NF)就是对这种影响的度量。所有接收机的灵敏度都受到热噪声的限制，而在雷达中，主要是来自接收机的热噪声(而不是外部噪声源)。  

噪声系数

  噪声系数是一个衡量接收机在接收和放大信号时引入的额外噪声的参数。噪声系数越低，接收机的性能越好，因为它引入的额外噪声越少。 系统的噪声系数决定了最小可检测有用信号或者接收机的灵敏度。噪声系数的线性描述-噪声因子，是一个无单位的量，它是接收机所有的输出噪声(包括输入信号引入的噪声和接收器本身产生的噪声)和仅有输入噪声产生的输出噪声之比。

式中，SNRin是接收机输入信噪比，SNRout是接收机输出信噪比。

级联系统的噪声系数可由如下公式表征。假设在一系列放大器链路中，第一级放大器的增益是G1、噪声系数为F1，第二级放大器的的增益是G2、噪声系数为F2，第三级放大器的增益是G3、噪声系数为F3，以此类推，那么总的噪声系数F如下式所示：



如果G1值很高，那么除了F1之外，其他项的贡献都可以忽略不计，这是一个良好设计系统追求的目标。因此，系统噪声系数很大程度上取决于接收机链路的第一级。

在大多数现代雷达系统中，采用基于砷化镓(GaAs)或氮化镓(GaN)的半导体低噪声放大器(LNA)。这些部件彻底改变了雷达接收机的设计，使雷达接收机噪声系数轻松提高1dB，这比以前的系统好10倍左右。

当然，做任何事情都是需要代价的，避免失真也是至关重要的，因此低噪声放大器具有线性是至关重要的。一个非常高的增益器件(大的G1)往往缺乏线性度，因此，在线性度和噪声系数之间进行权衡是接收机设计的一个重要方面。

在有源电子扫描阵列(AESA)雷达中，通常在阵列的每个发射/接收模块中包含一个低噪声放大器，这减少或消除了在后续接收机的输入端接入低噪声放大器的需求。任何给定的阵列都有许多低噪放，在典型的机载AESA雷达中可能有1000个或更多。  

灵敏度

我们知道灵敏度越高，接收机的性能越好，因为它能够检测到更弱的信号。接收机灵敏度是指接收机能够输出规定信噪比(S/N)的信号时，该接收机输入端的最小可检测信号功率Smin；灵敏度表示接收机接受微弱信号的能力，接收机的灵敏度取决于它的输出信噪比(SNR)和内部噪声。



其中k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，室温时取290K，B为噪声通带。灵敏度是一个功率电平，一般用dBm表示，通常是一个比较大的负dBm。

由上式可以看出系统所能接收的信号越微弱，则表示接收机的灵敏度越高。常温下的接收机灵敏度由噪声系数、匹配带宽和所需信噪比决定。

噪声系数和灵敏度之间的关系可以概括为：噪声系数越低，接收机的灵敏度越高。这是因为，当接收机引入的额外噪声减少时，它能够检测到的最小信号强度也就降低，因此灵敏度提高。总的来说，为了提高雷达接收机的性能，可以降低噪声系数以提高灵敏度。
 

审核编辑：刘清