Что такое коэффициент шума?
Коэффициент шума (NF, от англ. Noise Figure) показывает, насколько компонент или система ухудшают отношение сигнал/шум (ОСШ) сигнала, проходящего через них. Его выражают в децибелах (дБ) и широко применяют в ВЧ- и СВЧ-технике для оценки усилителей, смесителей и целых приёмных трактов. Чем ниже коэффициент шума, тем «тише» и чувствительнее система.
Как пользоваться калькулятором
Сначала выберите режим. В режиме По ОСШ введите входное и выходное отношение сигнал/шум в дБ — коэффициент шума равен их разности. В режиме Каскад укажите коэффициент шума и усиление первого каскада, а также коэффициент шума второго (всё в дБ); калькулятор применит формулу Фрииса и найдёт суммарный коэффициент шума двухкаскадной цепочки.
Разбор формулы
Шумовой множитель F — это линейное отношение входного ОСШ к выходному. Коэффициент шума — его выражение в децибелах: \( \text{NF（дБ）} = 10\cdot\log_{10}(F) \). Когда расчёты ведутся в дБ, отношения ОСШ просто вычитаются, поэтому $$\text{NF} = \text{SNR}_{in} - \text{SNR}_{out}$$ Для каскадного соединения действует формула Фрииса: $$F = F_1 + \frac{F_2-1}{G_1} + \frac{F_3-1}{G_1 G_2} + \dots$$ где значения F и G — линейные (переводятся из дБ как \( F = 10^{\text{NF}/10} \) и \( G = 10^{\text{Усиление}/10} \)). Поскольку шум первого каскада ни на что не делится, а вклад последующих делится на накопленное усиление, именно первый усилитель в наибольшей степени определяет общий коэффициент шума.
Пример расчёта
Каскад 1: \( \text{NF}_1 = 1 \) дБ, \( G_1 = 15 \) дБ. Каскад 2: \( \text{NF}_2 = 4 \) дБ. Переводим в линейные величины: \( F_1 = 10^{0{,}1} \approx 1{,}2589 \), \( F_2 = 10^{0{,}4} \approx 2{,}5119 \), \( G_1 = 10^{1{,}5} \approx 31{,}623 \). Тогда $$F = 1{,}2589 + \frac{2{,}5119-1}{31{,}623} \approx 1{,}3067$$ откуда $$\text{NF} = 10\cdot\log_{10}(1{,}3067) \approx 1{,}163 \text{ дБ}$$ Второй каскад с шумом 4 дБ почти не влияет на результат благодаря усилению первого каскада в 15 дБ.
Частые вопросы
Какой коэффициент шума считается хорошим? Для малошумящих усилителей значения ниже 1–2 дБ — отличный результат; для приёмников допустимы и более высокие.
Почему первый каскад важнее всех? В формуле Фрииса вклад каждого следующего каскада делится на суммарное усиление предыдущих, поэтому первый каскад с высоким усилением и низким NF подавляет шум всех последующих звеньев.
Может ли NF быть отрицательным? Нет. Пассивная система всегда добавляет шум, поэтому \( \text{NF} \geq 0 \) дБ (\( F \geq 1 \)).
