噪声系数、等效噪声温度(一)

文章目录

    • 前言:
    • 一、黑体辐射定律
    • 二、等效噪声温度
    • 三、噪声系数
    • 四、两者的关系 & 级联公式
    • 未完待续。。。下期见!

前言:

最近在看NF系数相关文档,有些体会~我怕自己忘了,把东西整理一下,同时分享给大家。因为内容有点多,所以我会分成好几个部分。如果大家有什么思考、建议、意见、想法,非常欢迎私信或者留言

一、黑体辐射定律

有个大神提出了黑体辐射定律,恩~就是普朗克!他说:电阻中的电子随机运动在电阻两端产生随机电压为:
在这里插入图片描述
这个公式很复杂,但是在微波频段,利用近似条件:hf <,
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
用功率表示成:
在这里插入图片描述
对于一个阻值为R电阻来说,其产生的噪声功率也就是上式Pn=4KTBR,根据最大功率传输定理,电阻R向外传输的最大噪声功率仅为PN=KTB,术语叫做:最大资用噪声功率

划重点:该项与电阻值无关

二、等效噪声温度

从上面的公式中,我们看到温度与噪声功率电平有直接的关系,那我们很容易想到,是不是可以定义一个参量,该参量的高低可以直接反应出噪声功率的高低。这就是噪声温度

1、等等~你是不是漏了两个字?

是的,漏了“等效”二字,那“等效”二字说明了什么呢?说明我们对噪声温度做过一定的处理。“等效”?等效到哪里?怎么等效?和谁等效?(下面我会一一解答)

2、想象一下,如果我们想要量化一个放大器引入噪声的能力,我们怎样定义指标才对呢?

输入信号会引入噪声,经过放大器 输出,会被放大。输出的噪声包含两部分:
Pn1=PNOISE_IN * G1(输入信号本身携带的噪声)
Pn2=PAMP(放大器引入的噪声)

方式一:从输出直接看噪声功率~可以吗?

答:可以!但是有一个问题,如果两个放大器增益不一样,那增益高的放大器不就吃亏了吗?就因为增益高,对噪声的放大能力强,导致输出噪声功率电平变高,实际上放大器自身贡献的噪声可能还更低呢?那这怎么办?

方式二:从输入看噪声功率?
1)其实,噪声的测量总归发生在输出端,从输入看噪声功率,这就是一种等效(回答了:等效到哪里?)
2)将Pn_total ÷ Gain去除增益的影响,可将输出噪声功率等效到输入。(回答了:怎么等效?)

3、等效噪声温度是怎么定义呢?

想象一下,现有一个待测器件DUT(比如:放大器),DUT的输入接50Ω电阻,输出接一个Noise Measuring Receiver。

我们在DUT输出端得到的噪声包括两部分:一个是由50Ω在290K温度下产生的热噪声;另一个是由DUT自己产生的,但是receiver并不能分辨噪声是由谁产生的。

在这种情况下,我们假定DUT是无噪的,所有的噪声都来自于DUT的输入,那么为了产生相同的噪声输出,50Ω电阻所处的温度就必须更高(290+Te),高出的温度部分就是DUT的等效噪声温度。(回答了:和谁等效?)
噪声系数、等效噪声温度(一)_第1张图片

三、噪声系数

噪声系数是另外一种衡量元件/系统引入噪声能力的指标参量。

定义:输入信噪比/输出信噪比在这里插入图片描述
关于噪声系数有两件事情很重要:
1、噪声系数是在输入噪声源匹配的情况下定义的;

2、噪声源的噪声温度是T0=290K(参考温度)

注:这点特别重要,因为在天线系统中,天线是单口元件,NF定义不适用。所以,在已知天线的噪声温度推导系统输出噪声功率输出时,不要用噪声系数,改用噪声温度。

四、两者的关系 & 级联公式

既然是对同一种类型的指标进行量化,两者有什么关系呢?
在这里插入图片描述
多级放大器级联,其等效噪声温度如下:
在这里插入图片描述
G1:第一级放大器的增益;
G2:第二级放大器的增益;以此类推
Te1:第一级放大器的等效噪声温度;以此类推

噪声系数级联公式如下:
在这里插入图片描述

未完待续。。。下期见!

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