無處不在的噪聲是射頻和微波設(shè)計師的敵人,對此不應(yīng)感到驚奇。噪聲限制了通信接收器檢測弱信號的能力,從而妨礙設(shè)計師實現(xiàn)最佳的接收器性能。
傳輸信號中的噪聲惡化了性能,不僅是對傳輸信號,而且同樣是對周圍的頻譜。由于噪聲是普遍存在的,多年以前,射頻和微波行業(yè)就建立了一個稱為噪聲系數(shù)的測量參數(shù),以定量元件或系統(tǒng)給通過它的信號增加了多少噪聲。
雖然噪聲系數(shù)是一種用于描述射頻和微波系統(tǒng)噪聲和接收器靈敏度的參數(shù),但它也是最重要和廣泛使用的參數(shù)。對于各次測量和使用不同儀器的測量,噪聲系數(shù)測量總是要求高精度和重復(fù)性。精度和重復(fù)性保證了元件和子系統(tǒng)制造商和他們的客戶所進行規(guī)定性能測量的一致性。
作為測量參數(shù)的噪聲系數(shù)早在二十世紀四時年代就開始使用,工程師Harold Friis把它定義為用分貝(dB)表示的射頻或微波器件輸入處的信噪比(SNR)除以輸出處的SNR
從它的名稱可知,SNR是在給定傳輸環(huán)境中的信號電平與噪聲電平之比。SNR越高,就有越多的信號超過噪聲,使信號更容易檢測。
因此噪聲系數(shù)是越低越好,因為在理想情況下,微波元件、子系統(tǒng)或系統(tǒng)應(yīng)沒有噪聲施加到通過的信號上。但實際上所有電子器件都會增加一些噪聲,疊加低噪聲的是好的器件,這些器件有低的噪聲系數(shù)。
噪聲系數(shù)的重要性有多高?
不管如何估計噪聲系數(shù)對系統(tǒng)整體性能和成本的重要性都不會過高。例如,把直播衛(wèi)星的噪聲系數(shù)降一半,即從 2 dB降到 1 dB,與把衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率增加 25% 在性能上有相同的效果。顯然,制造商會發(fā)現(xiàn)增加空間發(fā)射機功率的成本要遠遠高于改進地面站接收器低噪聲放大器(LNA)性能。
在衛(wèi)星接收器生產(chǎn)線中,只需調(diào)整阻抗電平或選擇適合的晶體管,就能把噪聲系數(shù)降低 1 dB。1dB噪聲系數(shù)的降低與增加天線 25% 的面積有同樣效果。增加天線尺寸也增加了成本,加大了操縱和支持機構(gòu)的體積和重量,對于有美學(xué)考慮的 DBS 這類應(yīng)用,這樣的天線是太大了。
在無線通信系統(tǒng)中,具有低噪聲系數(shù)的基站可減小與之通信的移動臺發(fā)射功率,這對于電池壽命,大小和重量都有積極的影響。
在發(fā)射機設(shè)計中噪聲也極為重要。例如,無線基站線性功率放大器中過高的噪聲會降低鄰道接收質(zhì)量,也就是達不到規(guī)章對干擾的要求。
進行噪聲系數(shù)測量
有幾種技術(shù)和儀器可用于噪聲系數(shù)的測量,從專用噪聲系數(shù)分析儀到聲音頻譜檢測,網(wǎng)絡(luò)分析儀和真有效值功率計。如所預(yù)期的,專用的噪聲系數(shù)分析儀提供低的測量不確定度,其次是聲音頻譜檢測(如果配備前置放大器)。