¿Qué es la figura de ruido?
La figura de ruido (NF, por sus siglas en inglés) mide cuánto degrada un componente o sistema la relación señal-ruido (SNR) de una señal que lo atraviesa. Se expresa en decibelios (dB) y se utiliza ampliamente en ingeniería de RF y microondas para caracterizar amplificadores, mezcladores y cadenas de recepción completas. Cuanto menor sea la figura de ruido, más silencioso y sensible será el sistema.
Cómo usar esta calculadora
Elige un modo. En el modo A partir de la SNR, introduce la SNR de entrada y de salida en dB: la figura de ruido es simplemente la diferencia entre ambas. En el modo Cascada, introduce la figura de ruido y la ganancia de la etapa 1 junto con la figura de ruido de la etapa 2 (todo en dB); la herramienta aplica la fórmula de Friis para obtener la figura de ruido combinada de la cadena de dos etapas.
La fórmula explicada
El factor de ruido F es la relación lineal entre la SNR de entrada y la SNR de salida. La figura de ruido es su forma en decibelios: \(\text{NF（dB）} = 10\cdot\log_{10}(F)\). Al trabajar en dB, las relaciones de SNR se restan, de modo que
$$\text{NF} = \text{SNR}_{in} - \text{SNR}_{out}$$Para etapas en cascada se aplica la ecuación de Friis: \(F = F_1 + \frac{F_2-1}{G_1} + \frac{F_3-1}{G_1 G_2} + \dots\), donde los valores de F y G son lineales (se convierten desde dB con \(F = 10^{\text{NF}/10}\) y \(G = 10^{\text{Gain}/10}\)). Como el ruido de la primera etapa no se divide entre nada, mientras que el de las etapas posteriores se divide entre la ganancia precedente, el primer amplificador domina la figura de ruido del sistema.
Ejemplo resuelto
Etapa 1: \(\text{NF}_1 = 1\ \text{dB}\), \(G_1 = 15\ \text{dB}\). Etapa 2: \(\text{NF}_2 = 4\ \text{dB}\). Convirtiendo:
$$F_1 = 10^{0{,}1} \approx 1{,}2589, \quad F_2 = 10^{0{,}4} \approx 2{,}5119, \quad G_1 = 10^{1{,}5} \approx 31{,}623$$Entonces
$$F = 1{,}2589 + \frac{2{,}5119-1}{31{,}623} \approx 1{,}3067$$lo que da
$$\text{NF} = 10\cdot\log_{10}(1{,}3067) \approx 1{,}163\ \text{dB}$$La segunda etapa de 4 dB apenas influye gracias a los 15 dB de ganancia de la primera etapa.
Preguntas frecuentes
¿Qué es una buena figura de ruido? En los amplificadores de bajo ruido, los valores por debajo de 1–2 dB son excelentes; los receptores pueden admitir valores más altos.
¿Por qué importa tanto la primera etapa? La fórmula de Friis divide la contribución de cada etapa posterior entre la ganancia acumulada que la precede, así que una primera etapa con alta ganancia y baja NF suprime el ruido de las que vienen después.
¿Puede ser negativa la NF? No. Un sistema pasivo siempre añade ruido, por lo que \(\text{NF} \geq 0\ \text{dB}\) (\(F \geq 1\)).
