噪聲因子(F) 的量化定義很簡(jiǎn)單：它是輸入信噪比 (SNR) 與輸出SNR 的比值：

噪聲因子(F) = (輸入信號(hào)/輸入噪聲)/(輸出信號(hào)/輸出噪聲)

即使是諸如電阻器等無(wú)源非增益器件，也具有噪聲因子，其定義為通過(guò)實(shí)際電阻產(chǎn)生的噪聲與理想電阻的簡(jiǎn)單熱噪聲的比值。為實(shí)現(xiàn)比較標(biāo)準(zhǔn)化，噪聲因子在290K的標(biāo)準(zhǔn)溫度下進(jìn)行測(cè)量，選擇這一溫度值主要是依據(jù)哈拉爾·弗里斯 (Harald Friis) 于20世紀(jì)30年代在貝爾電話實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展的開(kāi)創(chuàng)性研究結(jié)果。比較所用的標(biāo)準(zhǔn)噪聲源具有KT噪聲級(jí)，其中K是指玻爾茲曼常數(shù) (1.38 × 10^-23J/K)。

那么，如何得到噪聲系數(shù)(NF) 呢？

其實(shí)關(guān)系很簡(jiǎn)單：NF(單位：dB) = 10 × log (F)。

為什么既有噪聲因子(F)，又有噪聲系數(shù)(NF)呢？這取決于所進(jìn)行的信號(hào)路徑分析類型。對(duì)于某些類型的分析，F(xiàn)更有用，而對(duì)于另一些分析，NF可以簡(jiǎn)化公式。

不過(guò)，隨后還會(huì)介紹一個(gè)“噪聲”參數(shù)：噪聲溫度。噪聲怎么會(huì)有溫度呢？為什么要將噪聲與溫度聯(lián)系起來(lái)呢？

噪聲溫度的用途

阿諾·彭齊亞斯 (Arno Penzias) 和羅伯特·威爾遜 (Robert Wilson) 通過(guò)研究這種“天空噪聲”發(fā)現(xiàn)了“宇宙微波背景輻射”(CMBR) 及其明顯意義（并因這一發(fā)現(xiàn)獲得諾貝爾獎(jiǎng)）；（請(qǐng)參見(jiàn)“宇宙微波背景”）。他們的接收器是一個(gè)巨大的喇叭天線，而無(wú)論天線方向?yàn)楹?，接收器記錄到的天線溫度均超過(guò)4.2K，這一溫度幾乎均勻地彌漫在太空中（圖2）。雖然他們無(wú)法通過(guò)任何電路和系統(tǒng)噪聲分析來(lái)解釋這一現(xiàn)象，但最終通過(guò)分析證明，這一現(xiàn)象很可能是代表“大爆炸”遺留下來(lái)的熱量殘余物，是黑體輻射這一著名物理現(xiàn)象的體現(xiàn)。

圖2：2013年歐洲航天局的普朗克衛(wèi)星拍攝到的宇宙微波背景輻射圖，該圖顯示了天空中的微小變化。（圖片來(lái)源：ESA/Planck Collaboration，通過(guò)Space.com網(wǎng)站）

不過(guò)，切勿因噪聲溫度這種貌似抽象的用途而對(duì)其失去興趣，因?yàn)樽鳛橐环N與噪聲相關(guān)的指標(biāo)，等效噪聲溫度除了可以進(jìn)行宇宙和太空相關(guān)的分析之外，其原理還具有實(shí)際的務(wù)實(shí)用途（不管從字面還是象征意義上講）。例如，天線噪聲溫度可以表示理想無(wú)噪聲接收器輸入端的假想電阻器的溫度，該接收器每單位帶寬產(chǎn)生的輸出噪聲功率與指定頻率下天線輸出端產(chǎn)生的噪聲功率相同。

當(dāng)然，噪聲幾乎是所有系統(tǒng)（無(wú)論是有線系統(tǒng)還是無(wú)線系統(tǒng)）都面臨的主要問(wèn)題和挑戰(zhàn)。此外，我們還有很多能夠而且應(yīng)該討論的地方，例如帶寬及其對(duì)噪聲功率的影響等。噪聲因子、噪聲系數(shù)和噪聲溫度都是測(cè)量噪聲的有效方法，您可以輕松地將一個(gè)標(biāo)度的讀數(shù)轉(zhuǎn)換為另一個(gè)。要使用“正確”的參數(shù)取決于所進(jìn)行的分析以及所需答案的類型。

好東西，要分享

如果小伙伴覺(jué)得這個(gè)內(nèi)容不錯(cuò)

請(qǐng)點(diǎn)下右下角「在看」或分享到朋友圈