射频经典知识之噪声系数（Noise Figure）

当你想到“噪声”，通常你会认为噪声来自外面的某个地方。这话也没错，但是有一部分噪声是由组件(DUT)本身产生的。除非设备工作在绝对零度(摄氏零下273度)，否则物体本身总会发出这样的噪声。在大多数情况下，我们只是忽略这种噪声，主要是因为噪声强度不大，不足以干扰正常的信号。但有些情况下，我们不能忽略这些噪声产生的组件本身。对于这种情况，我们制定了一个规格来测量、管理、控制这种类型的噪声，这个指标被称为“噪声系数”。物理噪声系数和噪声系数指标相同，唯一的区别是噪声系数（NoiseFigure）是对数标度(分贝)，噪声因子(NoiseFigure)是线性标度。现在让我们来看看噪音数字的一些细节。假设你有一个虚构的设备，它的增益为1，这意味着它不能放大任何进入设备的信号，并且它完全受到任何外部噪声源的保护。假设您输入如左图所示的输出，并得到如右图所示的输出。你觉得有什么不同吗？是的我没有看到任何不同的大小的信号峰值，这是可以理解的，因为这是一个设备增益1。那噪底呢？你会注意到输入的噪底和输出的噪底之间有很大的区别。为什么会变成这样？既然我们假设这是一个完全不受外界噪声干扰的理想设备，我们唯一能想到的可能性就是噪声是由设备本身（DeviceUnderTest）本身产生的。噪声系数表征的就是这种设备的内部噪声大小。

我们如何用正式的方式来表达这个噪音数字？如果器件的增益总是1，最简单的表示方法就是“输入噪声和输出噪声之间的差值”。但是，如果增益不是1(大于1)，只看噪声级别的差异，你不知道增加的噪声级是由于放大还是内部产生。在这种情况下，估计内部噪声产生的更好方法是比较信噪比(信噪比)，如下所示。

针对这个问题，我们提出了一个称为“噪声因子”--NoiseFactor的指标，定义为输入信噪比和输出信噪比，如下所示。

噪声因子的定义

噪声系数只是噪声因子的对数值，如下图所示。

噪声系数（NoiseFigure）和噪声因子（NoiseFactor）的对应关系

噪底可以从增益(G)、输入噪声(Ni)和内部产生的噪声(Na)导出，如下所示。

不管你用什么方法，一旦你得到噪声因子，得到噪声系数(NoiseFigure简称NF)是自动的。只需要如下所示的对数尺度。

级联系统的噪声因子：

级联放大系统的噪声系数计算结果：

上面的计算结果可以看到，在G1足够高的情况下，第一级噪声系数1.8决定了整个系统的噪声系数。