雑音指数（NF）の基本：レシーバーの設計に役立つ情報とその使用方法–シングルステージ。

ノイズフィギュア（NF）：神話および重要なRFパラメータ。

これは、多くのRF担当者が実際に理解して適用することが難しい用語のXNUMXつです。

あなたがそれらを介して作業すると、あなたを非常に混乱させる複雑な公式が含まれています。

また、レシーバーを設計するためにそれらを適切に適用することが困難な場合があります。

非常に弱い信号で使用する回路を設計する場合、ノイズは重要な考慮事項です。

雑音指数（NF）は、デバイスが信号対雑音比（SNR）をどの程度低下させるかの尺度であり、値が小さいほどパフォーマンスが良いことを示します。

信号パス内の各デバイスのノイズ寄与は、信号対ノイズ比を大幅に低下させないように十分低くなければなりません。

これらの簡単で一般的なRFの概念を紹介すると、多くのミスをせずに、最終的には非常に短い時間でRFプロジェクトと販売可能な製品を設計および完成できるようになります。

さらに詳細を知りたい方のために、いくつかのリソースも提供します。

「kTB」とは何ですか？
ノイズファクターとノイズフィギュアについて説明する前に、レシーバーノイズについてよく理解する必要があります。

最初に知っておく必要があるのは、空間のいたるところに熱ノイズがあり、これが私たちが向き合って処理する必要がある最小のノイズパワーです。

それを取り除くことはできません。

この基本的なノイズが存在しなければ、レシーバーの設計ははるかに簡単でした。

他のすべてのタイプのノイズは望ましくないため、それらを最小限に抑えるために最善を尽くす必要があります。

ノイズは電力のXNUMXつのタイプであるため、通常はワットで表します。

この熱雑音電力の振幅は次のとおりです。

熱雑音= k（ジュール/˚K）×T（˚K）×B（Hz）

ここで、kはボルツマン定数（ジュール/˚K）、Tは温度（°K）（°K）、Bは帯域幅（Hz）です。

もし仮に、
k = 1.38×10−23
T = 290°K（17°Cまたは62.6°Fに相当）
と、
B = 1Hz
その後、
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002×10−21W / Hz
= 4.002×10-18mW / Hz

それをdBmに変換すると、
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0−180 = −174dBm / Hz
これは、1 Hz帯域幅@ 17°Cでの熱雑音電力量であり、雑音指数を扱う前に、この数値を覚えておく必要があります。

熱雑音と温度：

次の表は、ヘルツあたりの熱ノイズと温度の関係を示しています。

この表からわかるように、これらの2つの極端な温度-40°Cと75°Cの間の熱雑音の違いは、

−173.2−174.9 = 1.7dBm

したがって、便宜上、通常、中間の数値である17°C（290°K）と-174dBmを参照します。

熱雑音と動作周波数帯域幅：

1 MHzの帯域幅の場合、

熱雑音= −174dBm + 10log（1×106）

= −114dBm

この用語についてどれだけ知っているかをテストするために、「熱雑音」を2つの質問でまとめます。 以下で説明するこの重要なパラメータ「ノイズフィギュア」を見続ける前に、それを完全に理解する必要があります。

Q1：  -25°Cでの熱雑音はXNUMX Hzあたり何dBmですか？

Ans。     174.7-dBmの

Q2： 250°Cで帯域幅65 kHzの合計熱ノイズは何dBmですか？

Ans。     119.3-dBmの


信号対雑音比（SNR）
 


レシーバ感度は、レシーバが弱い信号から情報を復調および取得する能力の尺度です。 感度は、有用な情報を取得できる最低の信号パワーレベルとして定量化します。

レシーバーが識別できる最も弱い信号は、レシーバーが信号に加える熱ノイズの量の関数です。 S / N比は、この効果を定量化する最も便利な方法です。

入力信号対ノイズ比の場合、

SNRin = Sin / Nin

ここで、Sinは入力信号レベル、Ninは入力ノイズレベルです。

出力信号対ノイズ比の場合、

SNRout = Sout / Nout

ここで、Soutは出力信号レベル、Noutは出力ノイズレベルです。

kTBはどこにでもあるため、Sout / NoutがSin / Ninよりも優れていることはありません。 したがって、あなたが持つことができる最良の状況は次のとおりです。

Sout / Nout = Sin / Nin、（SNRout = SNRin）
 
雑音指数（F）＆
雑音指数（NF）
先に進む前に、これらのXNUMXつの用語「ノイズファクター」と「ノイズフィギュア」を定義する必要があります。

ノイズ係数（F）= Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
ノイズ係数は、信号対ノイズ比がデバイスによってどのように低下​​するかを示す尺度です。

ノイズフィギュアを使用する前に、この定義を覚えておく必要があります。

完全な電子回路（存在しない）のノイズ係数は1です。

現実の世界では、常に1よりも大きいです。

そして単に、

= log（SNRin）−log（SNRout）

雑音指数は常に0 dBより大きくなります。

以下の2つの例を使用して、これら3つの重要な用語について説明したいと思います。すべてのXNUMXつのステップを順を追って時間をかけていただきたいと思います。

例#1
電子回路が透過的な場合、ゲインは0、内部ノイズレベルNcktも0です。

Ans。

Sin = SoutおよびNin = Noutなので

雑音指数（F）= 1および

雑音指数（NF）= 10log（1）= 0

このタイプの回路はほとんど存在しません。

例#2
電子回路が6 dB抵抗πネットワーク減衰器（-6 DB）である場合、ノイズ係数とは何ですか？

Ans。

SinとNinの両方に6 dBの損失があるため、

Sout =（1/4）Sinそしておそらく、

Nout =（1/4）Nin

しかし、どこでも最小の熱ノイズはkTBです。

そう、
Nout = kTB
したがって、
ノイズ係数（F）= Sin / NinSout / Nout
= Sin / kTB（1/4）Sin / kTB = 4
と、
雑音指数（NF）= 10log（4）= 6dB
予想どおり、雑音指数は減衰6dBとまったく同じです。

例#3

アンプのゲインは12 dBで、雑音指数は3 dBです。

（a）出力ポートでのHzあたりのノイズレベル（dBm）

（b）このアンプで生成されるHzあたりの追加ノイズ（dBm）はどのくらいですか？




Ans。

（a）。
以来、
そう、

Sout = 16×Sin

Sin / Nin16Sin / Nout = 1.995

したがって、 出力ポートのノイズレベル（dBm）は次のとおりです。

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= −159.0dBm

（b）。

Nout = 16×Nin +（x + 1）kTB =（17 + x）kTB

F = Sin / kTB16Sin /（17 + x）kTB = 2

数ステップの操作の後

X = 15

したがって、このアンプで生成される追加のノイズ（dBm）は次のとおりです。

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0×10-17mW = -162.2dBm

 

では、この記事を締めくくります。 ノイズフィギュアとは何か、およびその使用方法を本当に理解しているかどうかを知りたいですか？ 次の2つの質問から確認してください。

Q1：LNAのゲインは20dBです。 出力ポートで測定されたノイズレベルが-152dBm / Hzの場合、このアンプのNFは何ですか？

回答2 dB

Q2：アンプのNFは1.0 dB、動作周波数帯域幅は200 kHzですが、測定された出力ポートのノイズレベルが-132 dBmの場合、このアンプのゲインはどれくらいですか？

答え 18 dB

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