노이즈 수치

노이즈 수치(NF) 및 노이즈 계수(F)는 신호 체인 내의 컴포넌트에 의해 발생하는 Signal-to-Noise Ratio(SNR; 신호 대 잡음 비)의 열화를 나타내는 수치입니다.이러한 메리트 수치는 앰프 또는 무선 수신기의 성능을 평가하는 데 사용되며, 값이 작을수록 성능이 향상됩니다.

노이즈 팩터는 표준 노이즈 온도₀ T(일반적으로 290K)에서 입력 터미네이션의 열 노이즈에 기인하는 부분의 디바이스 출력 노이즈 파워의 비율로 정의됩니다.따라서 노이즈 팩터는 디바이스 자체가 노이즈를 도입하지 않은 경우에 유지되는 실제 출력 노이즈 비율 또는 입력 SNR 대 출력 SNR 비율입니다.

소음 수치와 소음 계수는 관련이 있으며, 전자는 단위 없는 비율이고 후자는 동일하지만 데시벨(dB)^[1] 단위로 표시됩니다.

일반

노이즈 수치는 수신기가 표준 노이즈 온도₀ T(일반적으로 290K)에서 일치하는 소스에 접속되어 있는 경우, 실제 수신기의 노이즈 출력과 "이상적인" 수신기의 노이즈 출력 사이의 데시벨(dB).단순 로드의 노이즈 전력은 kTB와 같습니다. 여기서 k는 볼츠만 상수, T는 로드의 절대 온도(예: 저항), B는 측정 대역폭입니다.

이로 인해 안테나 유효 온도가 보통 표준 290 K에 근접하는 지상 시스템에서 소음 수치는 유용한 수치입니다.이 경우 노이즈 수치(예를 들어 다른 수신기보다 2dB)가 좋은 수신기는 다른 수신기보다 출력 신호 대 노이즈 비율이 약 2dB 더 높습니다.그러나 수신 안테나가 차가운 공간에 있는 위성 통신 시스템의 경우 안테나 유효 온도가 290 ^[2]K보다 낮은 경우가 많습니다.이 경우 수신기 노이즈 수치가 2dB 개선되면 출력 신호 대 노이즈 비율이 2dB 이상 개선됩니다.따라서 위성통신수신기 및 저소음증폭기의 특성화에는 노이즈 수치 대신 유효 노이즈 온도의 관련 수치를 사용하는 경우가 많다.

헤테로다인 시스템에서 출력 노이즈 전력은 이미지 주파수 변환의 스플리어스 기여를 포함하지만 표준 노이즈 온도에서의 입력 종단에서의 열 노이즈에 기인하는 부분은 시스템의 주요 주파수 변환을 통해 출력에 나타나는 부분만을 포함하며 vi로 나타나는 부분은 제외한다.영상 주파수 변환.

정의.

시스템의 소음 $계수$ F는 다음과 같이 정의됩니다^[3].

$F=mathrm {SNR}_{\text{i}}{\mathrm {SNR}_{\text{o}}}$

$여기$ 서_i $SNR$ 과_o SNR은 각각 입력 및 출력 신호 대 잡음비입니다. $SNR$ 의 수량은 유닛리스 전력비입니다.소음 $수치$ NF는 데시벨(dB) 단위로 정의됩니다.

$\displaystyle \mathrm {NF} = 10\log _{10}(F)= 10\log _{10}\frac {\text{i}}{\mathrm {SNR}}}{\right}=\mathrm {SNR}_{\text}}}{\mathrm {SNR}_{{\text-B}}}}$

$여기$ 서_{i, dB} SNR과 $SNR$ 은_{o, dB} (dB) 단위입니다.이러한 공식은 입력 종단이 표준 소음 $온도 0$ T = $290$ K일 때만 유효하지만 실제로는 온도의 작은 차이가 값에 큰 영향을 미치지 않습니다.

디바이스의 노이즈 계수는 노이즈 $온도 e$ ^[4]T에 관련되어 있습니다.

F=1+{\frac {T_{\text{e}}}{T_{0}}}.

감쇠기는 물리 온도가 $T일 0$ 때 감쇠비 $L$ 과 같은 노이즈 계수 $F$ 를 가집니다.보다 일반적으로 물리적 $온도$ T에서 감쇠기의 경우 소음 온도는 T = ( $L$ $- 1$ ) $T$ 이므로_e 소음 계수는

F=1+{\frac {(L-1)T}{T_{0}}}.

캐스케이드 디바이스의 노이즈 계수

여러 장치가 계단식으로 연결된 경우 총 소음 계수는 Friis의 [5]공식으로 확인할 수 있습니다.

F=F_{1}+{G_{1}{G_{3}-1}+{G_{2}+{\frac {F_{1}G_{2}+{\frac {F_{4}-1}{G_1}{G_{2}}+{\frac {F_{F_{1}+{G}}{G_{G}}}}{1}{G}}}{G}}}}{G}{G}}}}}{G}}}}}{G}}}}}}{G}}}}}}}}}}

$여기$ 서_n F는 n번째 장치의 소음 계수이고 $G$ 는_n n번째 장치의 전력 이득(dB 단위가 아닌 선형)입니다.체인의 첫 번째 증폭기는 다음 단계의 소음 수치가 단계 이득에 의해 감소하기 때문에 일반적으로 총 소음 수치에서 가장 큰 영향을 미친다.따라서 제1증폭기는 통상 노이즈 수치가 낮아 후속단 노이즈 수치 요건이 보다 완화된다.

추가 소음의 함수로서의 소음 계수

소스는

S_{i}

({

})와

S_{i}

N_{i}

({

의 신호를 출력합니다.신호와 노이즈가 모두 증폭됩니다.그러나 소스로부터 증폭된 노이즈와 더불어 앰프는

N_{a}

에 N(\

displaystyle N_{a

으로

N_{a}

된 노이즈를 추가합니다.따라서 앰프 출력의 SNR은 입력보다 낮습니다.

노이즈 계수는 추가 출력 참조 노이즈 $N_{a}$ $(\$ 및 증폭기의 전력 $게인$ G(\ $displaystyle$ G $)$ 의 $G$ 함수로 나타낼 수 있습니다.

$F=1+{\frac {N_{a}}{N_{i}G}$

파생

소음^[3] 인자의 정의에서

F=mathrm {SNR} _{\text{i}} {\mathrm {SNR} _{\text{o}} =mathfrac {S_{i}} {\frac {S_{o}}} {\frac {N_{o}}}} }

노이즈가 있는 1단 증폭기를 가진 시스템을 가정합니다.이 앰프의 신호 대 노이즈 비에는 자체 출력 참조 $N_{a}$ N $N_{a}$ {\ $displaystyle N_{a$ 증폭 $S_{i}G$ $S_{i}G$ $S_{i}G$ { $displaystyle S_{i}G}$ 및 $S_{i}G$ 증폭 입력 $N_{i}G$ $N_{i}G$ G { $displaystyle N_{i}G$ 가 포함됩니다.

{S_{o}} {N_{o}} = flac {S_{i}G} {N_{a}+N_{i}G}}

출력 SNR을 소음률 정의에 ^[6]대입하여

F=frac {S_{i}}{N_{i}}{\frac {S_{i}G}{N_{a}+N_{i}G}}}=black {N_{a}+N_{i}G}{N_{i}G}}=1+{\frac {N_{a}}{N_{i}G}}

캐스케이드 $N_{i}$ 에서는 $(\$ i $N_{i}$ })는 이전 컴포넌트의 출력 노이즈를 참조하지 않습니다.개별 구성요소에 대해서는 표준 소음 온도에서의 입력 종단이 여전히 가정된다.즉, 각 구성요소에 의해 추가된 추가 소음 전력은 다른 구성요소와 독립적입니다.

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

^ "Noise temperature, Noise Figure and Noise Factor".
^ 애질런트 2010, 7페이지 harvnb 오류: 대상 없음: CITREFAgilent 2010(도움말)
^ ^a ^b 애질런트 2010, 페이지 5 harvnb 오류: 대상 없음: CITREFAgilent2010(도움말).
^ 애질런트 2010, 페이지 7 harvnb 오류: 대상 없음: CITREFAgilent 2010(도움말)과 T = $T 0 (F$ - 1 $)$ 의 $일부 e$ 재배열.
^ 애질런트 2010, 8페이지 harvnb 오류: 대상 없음: CITREFAgilent2010(도움말).
^ 아스펜 코어소음 수치 방정식의 도출(DOCX), 페이지 3-4

Keysight, Fundamentals of RF and Microwave Noise Figure Measurements (PDF), Application Note, 57-1, Published September 01, 2019.

외부 링크

이 문서에는 General Services Administration 문서의 퍼블릭 도메인 자료가 포함되어 있습니다(MIL-STD-188 지원).

[1] "Noise temperature, Noise Figure and Noise Factor".

[2] 애질런트 2010, 7페이지 harvnb 오류: 대상 없음: CITREFAgilent 2010(도움말)

[:0-3] 애질런트 2010, 페이지 5 harvnb 오류: 대상 없음: CITREFAgilent2010(도움말).

[4] 애질런트 2010, 페이지 7 harvnb 오류: 대상 없음: CITREFAgilent 2010(도움말)과 T = $T 0 (F$ - 1 $)$ 의 $일부 e$ 재배열.

[5] 애질런트 2010, 8페이지 harvnb 오류: 대상 없음: CITREFAgilent2010(도움말).

[6] 아스펜 코어소음 수치 방정식의 도출(DOCX), 페이지 3-4

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