ما هو معامل الضوضاء؟
معامل الضوضاء (NF) هو مقياس لمدى تدهور نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) للإشارة عند مرورها عبر مكوّن أو نظام معيّن. يُعبَّر عنه بوحدة الديسيبل (dB)، ويُستخدم على نطاق واسع في هندسة الترددات الراديوية والموجات الميكروية لتوصيف خصائص المضخّمات والخالطات وسلاسل المستقبِلات بأكملها. وكلما انخفض معامل الضوضاء كان النظام أكثر هدوءًا وأعلى حساسية.
كيفية استخدام الحاسبة
اختر أولًا وضع الحساب. في وضع من نسبة SNR، أدخل قيمتي نسبة الإشارة إلى الضوضاء للدخل والخرج بالديسيبل — وعندها يكون معامل الضوضاء هو الفرق بينهما ببساطة. أمّا في وضع التعاقب، فأدخل معامل الضوضاء والكسب للمرحلة الأولى إضافةً إلى معامل الضوضاء للمرحلة الثانية (جميعها بالديسيبل)، لتطبّق الأداة معادلة فريس وتستخرج معامل الضوضاء المجمَّع للسلسلة ذات المرحلتين.
شرح المعادلة
عامل الضوضاء F هو النسبة الخطية بين نسبة SNR للدخل ونسبة SNR للخرج. ومعامل الضوضاء هو صورته بالديسيبل: \( \text{NF(dB)} = 10\cdot\log_{10}(F) \). وعند العمل بوحدة الديسيبل تُطرح نسب SNR، فيكون:
$$ \text{NF} = \text{SNR}_{in} - \text{SNR}_{out} $$أمّا للمراحل المتعاقبة فتنطبق معادلة فريس:
$$ F = F_1 + \frac{F_2 - 1}{G_1} + \frac{F_3 - 1}{G_1 G_2} + \dots $$حيث تكون قيم F وG خطية (حوِّلها من الديسيبل عبر \( F = 10^{\text{NF}/10} \) وG \( = 10^{\text{Gain}/10} \)). وبما أنّ ضوضاء المرحلة الأولى لا تُقسَّم على شيء بينما تُقسَّم ضوضاء المراحل اللاحقة على الكسب السابق لها، فإنّ المضخّم الأول هو المهيمن على معامل الضوضاء الكلي للنظام.
مثال محلول
المرحلة الأولى: \( \text{NF}_1 = 1\ \text{dB} \)، \( G_1 = 15\ \text{dB} \). المرحلة الثانية: \( \text{NF}_2 = 4\ \text{dB} \). بعد التحويل: \( F_1 = 10^{0.1} \approx 1.2589 \)، وF₂ \( = 10^{0.4} \approx 2.5119 \)، وG₁ \( = 10^{1.5} \approx 31.623 \). ومن ثَمّ:
$$ F = 1.2589 + \frac{2.5119 - 1}{31.623} \approx 1.3067 $$فيكون
$$ \text{NF} = 10\cdot\log_{10}(1.3067) \approx 1.163\ \text{dB} $$لاحظ أنّ المرحلة الثانية بقيمتها 4 dB لا تكاد تؤثّر بفضل كسب المرحلة الأولى البالغ 15 dB.
الأسئلة الشائعة
ما هو معامل الضوضاء الجيد؟ بالنسبة للمضخّمات منخفضة الضوضاء (LNA)، تُعدّ القيم الأقل من 1–2 dB ممتازة، في حين قد تتحمّل المستقبِلات قيمًا أعلى.
لماذا تُعدّ المرحلة الأولى الأهم؟ لأنّ معادلة فريس تقسم مساهمة كل مرحلة لاحقة على الكسب المتراكم الذي يسبقها، لذا فإنّ وجود مرحلة أولى عالية الكسب ومنخفضة الضوضاء يكبت ضوضاء المراحل التالية.
هل يمكن أن يكون معامل الضوضاء سالبًا؟ لا. فالنظام السلبي يضيف ضوضاء دائمًا، ومن ثَمّ يكون \( \text{NF} \geq 0\ \text{dB} \) (أي \( F \geq 1 \)).
