사용자:Jsung123/Noise figure

통신 시스템에서 noise figure (NF)는 RF 소자들에 의해 야기되는 신호대 잡음비(SNR)의 저하로 측정된다. noise figure는 기준 잡음 온도(통상 290 K)에서 입력 단자에 열잡음에 의해 발생하는 잡음과 소자의 출력 잡음 세기와의 비율이다. 그러므로 noise figure는 소자 자체가 noise를 야기시키지 않는다고 가정했을 때와 실제 출력되는 noise의 비율이다. 그것은 무선 수신기의 성능을 규정지을 수 있는 수치이다.

개념

heterodyne system에서 출력되는 noise power는 image-frequency 변환으로 부터 발생하는 spurious를 포함한다. 하지만 표준 잡음 온도에서 thermal noise에 기인하는 부분은 단지 첫번째 주파수 변환을 통해 출력에서 나타나는 noise만을 포함하고 image-frequency 변환을 통해 나타나는 noise은 제외된다.

근본적으로, noise figure는 표준 잡음 온도 T0(통상 290K)에서 수신가가 신호원에 연결될 때 동일한 전체 이득과 대역폭을 가지는 이상적인 수신기의 잡음 출력과 실제 수신기의 잡음 출력 사이의 차이를 dB로 표시한 것이다. 단순 부하로부터 발생하는 잡음 세기는 kTB와 같다. 여기서 k는 볼츠만 상수, T는 부하(예를 들면 저항)의 절대 온도, 그리고 B는 측정 대역폭이다.

이것은 안테나 유효 온도가 통상적으로 표준 290K와 가까운 지상 시스템 This makes the noise figure a useful figure of merit for terrestrial systems where the antenna effective temperature is usually near the standard 290 K. In this case, one receiver with a noise figure say 2 dB better than another, will have an output signal to noise ratio that is about 2 dB better than the other. However, in the case of satellite communications systems, where the antenna is pointed out into cold space, the antenna effective temperature is often colder than 290 K. In these cases a 2 dB improvement in receiver noise figure will result in more than a 2 dB improvement in the output signal to noise ratio. For this reason, the related figure of effective noise temperature is therefore often used instead of the noise figure for characterizing satellite-communication receivers and LNA.

정의

시스템의 noise figure는 다음과 같이 정의된다.

$NF={\frac {\mathrm {SNR} _{\mathrm {in} }}{\mathrm {SNR} _{\mathrm {out} }}}$

where $\mathrm {SNR} _{\mathrm {in} }$ and $\mathrm {SNR} _{\mathrm {out} }$ are the input and output signal-to-noise ratios, respectively. Alternatively, noise figure may be defined in terms of dB units

$NF_{dB}=10\log \left({\frac {\mathrm {SNR} _{\mathrm {in} }}{\mathrm {SNR} _{\mathrm {out} }}}\right)=\mathrm {SNR} _{\mathrm {in,dB} }-\mathrm {SNR} _{\mathrm {out,dB} }$

where $\mathrm {SNR} _{\mathrm {in,dB} }$ and $\mathrm {SNR} _{\mathrm {out,dB} }$ are in dB. The previous formula is only valid when the input termination is at standard noise temperature $T_{0}$.

These definitions are equivalent, differing only in the use of dB units. The first definition is sometimes referred to as noise factor to distinguish it from the dB form.

The noise factor of a device is related to its noise temperature via

$F=1+{\frac {T_{\mathrm {e} }}{T_{0}}}$

Devices with no gain (e.g., attenuators) have a noise figure equal to their attenuation L (absolute value, not in dB) when their physical temperature equals $T_{0}$. More generally, for an attenuator at a physical temperature $T_{\mathrm {phys} }$, the noise temperature is $T_{\mathrm {e} }=(L-1)T_{\mathrm {phys} }$, thus giving a noise factor of $F=1+{\frac {(L-1)T_{\mathrm {phys} }}{T_{0}}}$

If several devices are cascaded, the total noise factor can be found with Friis' Formula:

$F=F_{1}+{\frac {F_{2}-1}{G_{1}}}+{\frac {F_{3}-1}{G_{1}G_{2}}}+{\frac {F_{4}-1}{G_{1}G_{2}G_{3}}}+\cdots +{\frac {F_{n}-1}{G_{1}G_{2}G_{3}\cdots G_{n-1}}},$

where $F_{n}$ is the noise factor for the n-th device and $G_{n}$ is the power gain (linear, not in dB) of the n-th device.

where Fn is the noise factor for the n-th device and Gn is the power gain (linear, not in dB) of the n-th device.