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輸入計算

數學公式

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結果

雜訊指數
3
dB
雜訊係數(F,線性值) 1.9953

什麼是雜訊指數?

雜訊指數(Noise Figure,簡稱 NF)用來衡量訊號通過某個元件或系統後,其訊雜比(SNR)會劣化多少。它以分貝(dB)為單位,在射頻(RF)與微波工程中被廣泛用來描述放大器、混頻器,乃至整條接收機鏈路的特性。雜訊指數越低,代表系統越安靜、靈敏度越高。

放大器方塊圖,顯示輸入端訊噪比較高、輸出端訊噪比下降
雜訊係數衡量一個級在輸入與輸出之間使訊噪比下降的程度。

如何使用本計算器

請先選擇計算模式。在 由 SNR 計算 模式中,輸入以 dB 表示的輸入與輸出 SNR——雜訊指數就是兩者的差值。在 級聯 模式中,輸入第一級的雜訊指數與增益,以及第二級的雜訊指數(皆以 dB 為單位);本工具會套用 Friis 公式,算出這兩級鏈路的整體雜訊指數。

公式解析

雜訊係數 \(F\) 是輸入 SNR 與輸出 SNR 的線性比值,而雜訊指數則是它的分貝形式:\(\text{NF(dB)} = 10\cdot\log_{10}(F)\)。由於在 dB 領域中比值相除等於相減,因此

$$\text{NF} = \text{SNR}_{in} - \text{SNR}_{out}$$

對於多級級聯,則套用 Friis 公式:

$$F = F_1 + \frac{F_2 - 1}{G_1} + \frac{F_3 - 1}{G_1 G_2} + \dots$$

其中 \(F\) 與 \(G\) 均為線性值(可由 dB 換算:\(F = 10^{\text{NF}/10}\),\(G = 10^{\text{Gain}/10}\))。因為第一級的雜訊不需除以任何增益,而後續各級則要除以前面累積的增益,所以第一個放大器主導了整個系統的雜訊指數。

兩個級聯射頻級,各自標註增益 G 與雜訊因數 F
弗里斯公式將級聯各級的增益與雜訊因數合成為總雜訊因數。

範例演算

第一級:\(\text{NF}_1 = 1\ \text{dB}\),\(G_1 = 15\ \text{dB}\)。第二級:\(\text{NF}_2 = 4\ \text{dB}\)。換算後:\(F_1 = 10^{0.1} \approx 1.2589\),\(F_2 = 10^{0.4} \approx 2.5119\),\(G_1 = 10^{1.5} \approx 31.623\)。代入後

$$F = 1.2589 + \frac{2.5119 - 1}{31.623} \approx 1.3067$$

因此

$$\text{NF} = 10\cdot\log_{10}(1.3067) \approx 1.163\ \text{dB}$$

多虧第一級有 15 dB 的增益,這 4 dB 的第二級對整體幾乎沒有影響。

常見問題

多少的雜訊指數才算好? 對低雜訊放大器(LNA)而言,低於 1~2 dB 就相當優異;一般接收機則可容許更高的數值。

為什麼第一級最重要? Friis 公式會把後面每一級的貢獻除以它前方累積的增益,因此高增益、低 NF 的第一級能有效壓抑後段的雜訊。

NF 可以是負值嗎? 不行。被動系統永遠會增加雜訊,所以 \(\text{NF} \geq 0\ \text{dB}\)(\(F \geq 1\))。

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