噪声系数相关

噪声系数的基本定义：F = total output noise power/output noise power due to input source,其中F称为Noise Factor，如果用dB表示，称为Noise Figure或NF。

输出噪声功率包含两部分：噪声源输入噪声引起的噪声功率输出和系统本身产生的噪声功率输出。

设噪声源输入噪声为KTB，则系统本身产生的噪声功率NA=(F-1)* KTBG，其中G为系统对输入噪声的增益。

F = (SNR

IN )/(SNR

OUT

)，表征系统输入信噪比和输出信噪比的比值。当系统的信号

功率增益和噪声增益相等时该式成立，即系统为线性的。

美国联邦标准1037C的噪声因子定义如下：

噪声系数：标准噪声温度(通常为290 K)时，装置的输出噪声功率与其中由输入端点中热噪声引起的部分之比。注：如果装置本身不产生噪声，噪声系数则为实际输出噪声与残余噪声之比。在外差式系统中，输出噪声功率包括镜像频率变换引起的杂散噪声，但是标准噪声温度下输入端点中热噪声的部分仅包括通过系统的主频率变换出现在输出中的噪声，不包括通过镜像频率变换出现的噪声。

当信号链路中存在混频器时，需要区分双边带噪声系数F

DSB

，单边带噪声系数

F SSB ，单边带有效噪声系数F

SSBe

。

其中F

SSB = 2*F

DSB

;

F SSBe = F

SSB

-1 = 2*F

DSB

-1

传统的单边带噪声系数F

SSB

，假设允许来自于两个边带的噪声折叠至输出信号，但只有一个边带对表示预期信号有用。如果两处响应的转换增益相等，这就自然造成噪声系统增大3dB。相反，双边带噪声系数假设混频器的两处响应包含有预

期信号，则噪声折叠(以及对应的信号折叠)不影响噪声系数。双边带噪声系数被应用于直接转换接收机以及射电天文接收机。

双边带噪声系数：有些情况下，两路响应同样有用，不适合使用术语“系统的主频率变换”。例子有辐射计和直接转换接收机。直接转换接收机中，LO 频率位于有用信号的RF 通带的中心，混频器的两路响应形成全部有用信号频谱的连续两半。这种情况下就需要考虑双边带噪声因子，输入端点中的热噪声包含两个边带。 当转换增益相等时，混频器的SSB 噪声系数比对应的DSB 噪声系数高3dB 。 一般情况下，混频器级的有效单边带噪声系数可由下式给出：

F SSBe = 2*F DSB -1+α (式. 23) 式中，当镜像频率下的端点噪声得到较好抑制时，α = 0；当根本未抑制噪声时，α = 1。注意，如果α = 1，有效SSB 噪声系数降低至F SSBe = 2F DSB ，即先前定义的单边带噪声系数。在有些情况下，α的值会是小数，例如镜像抑制滤波器未直接耦合到混频器输入端，或者镜像和预期响应之间的频率间隔不太大。

备注：上图中最后一种情况镜像抑制合成的公式有误，应该和第二种外差式镜像

滤波的公式一样。因为合成时只能把混频器级前输入的噪声移相抵消，混频器及之后的噪声均无法抵消。

等效噪声温度

定义：任何一个线性网络，如果它产生的噪声是白噪声，则可以用处于网络输入端温度为Te的电阻所产生的热噪声源来替代，而把网络视为无噪的。温度Te 称为线性网络的等效噪声温度。

F =1+Te/T0，其中T0为系统输入端的噪声温度。Te=(F-1)*T0

个人总结：

1.计算噪声系数时，系统本身产生的噪声一般是白噪声，输入端的热噪声也是

白噪声，则噪声功率均以单位带宽计算，即功率谱密度。输入端的热噪声为标准噪声温度时的值（290K）。

2.所谓双边带噪声系数只有涉及混频器才有意义，放大器、衰减器、滤波器均

无此概念。

3.一般而言，混频器规格书中给出的噪声系数均为双边带噪声系数。

4.双边带噪声系数的输入噪声是以双边带带宽计算的。

5.具有镜像抑制的级联系统中，混频的噪声系数需要以单边带有效噪声系数计

算。

6.混频器的单边带噪声系数只是当镜像抑制为0时的单边带有效噪声系数的一

个特例。

7.计算级联噪声系数时，零中频方案使用混频器的双边带噪声系数，且混频器

后的噪声系数计算时需要除2（因为混频器后的信号带宽减半了，对应的噪声带宽也减半）。

8.无源有耗网络的噪声系数是其插入损耗值。

一般性结论

1.设系统对镜像频率的抑制会使增益乘上系数α，即α=0时为完全抑制，α=1时

没有任何抑制。

2.输出的总噪声密度可计算如下：

N

OUT = kT

G

1

G

2

G

3

(1+α)+ N

A1

G

2

G

3

(1+α) + N

A2

G

3

+ N

A3

3.由于级联输入处的热噪声引起的输出噪声为：

N

OT = kT

G

1

G

2

G

3

(1+α) （1和α分别是两个边带噪声功率的增益，当系统输入

信号为单边带时只有一个边带的噪声功率有效，即α=0）

4.F DSBe = F1 + 2(F2DSB - 1)/(G1(1+α)) + (F3 - 1)/( G1G2(1+α))

5.F SSBe = F1(1+α) + 2(F2DSB - 1)/G1 + (F3 - 1)/( G1G2)

6.双边带时，混频器级前S/N带宽比为1，混频器S/N带宽比为2/(1+α)，混

频器级后S/N带宽比为1/(1+α).(双边带应用时α一般为1)

7.单边带时，混频器级前S/N带宽比为1+α，混频器S/N带宽比为2，混频器

级后S/N带宽比为1.

8.当α为0时，双边带信号输入和单边带信号输入的系统级联NF是相同的。噪声系数的测量

1.使用频谱仪直接测量NF时，待测系统的输出噪声密度Nout=-174+Gain+NF

要比频谱仪的底噪高20dB以上.可在DUT和频谱仪之间插入低噪声高增益放大器来提高测量可靠性。