雜訊指數計算器
根據輸入與輸出訊雜比,計算射頻雜訊指數、線性雜訊因數及等效雜訊溫度。
射頻雜訊效能
以分貝為單位輸入兩個訊雜比。輸入訊雜比必須大於或等於輸出訊雜比。
關於雜訊指數
雜訊指數描述實際電子元件使通過它的訊號之訊雜比劣化了多少。放大器、混頻器、濾波器、纜線與接收機各級都會引入一些雜訊或損耗,因此輸出訊雜比通常低於輸入訊雜比。工程師以雜訊指數比較射頻及微波元件,而不只看增益。數值越低,元件保留微弱訊號的能力越好,這對無線電接收機的第一級尤其重要。
當兩個訊雜比均以分貝表示時,雜訊指數就是輸入訊雜比減去輸出訊雜比。例如,輸入訊雜比為 20 dB、輸出為 18 dB 的元件,其雜訊指數為 2 dB。相關的雜訊因數是線性比值,而非分貝值,等於十的「雜訊指數除以十」次方。理想無雜訊元件的雜訊因數為一,雜訊指數為零分貝。
等效雜訊溫度將相同的劣化程度表示為一個假想匹配雜訊源的溫度。採用慣例的 290 克耳文參考溫度時,等效溫度等於 290 乘以雜訊因數減一後的值。這種表示常用於電波天文學、衛星鏈路、低雜訊放大器規格及天線系統計算。它不是元件的實際溫度,而是方便系統分析的電氣雜訊模型。
雜訊指數在接收機輸入端附近最重要。Friis 分析指出,第一級雜訊因數直接貢獻於總雜訊因數,後續各級的貢獻則除以前級增益。因此,具有足夠增益的低雜訊放大器可減輕後端高雜訊電路對系統雜訊效能的影響。放大器之前的纜線與濾波器等損耗會直接惡化接收機雜訊指數,甚至抵銷高品質放大器的優勢。
本計算器假設輸入與輸出訊雜比量測採用相同的頻寬、阻抗慣例及訊號定義。積分雜訊與頻寬有關,因此量測頻寬不一致會產生誤導性的結果。輸入值也應是以一致方式轉為分貝的功率比。結果可用於元件比較,或作為串接雜訊計算的輸入;完整鏈路預算還須考量天線溫度、路徑損耗、增益、干擾、所需解調裕量及量測不確定度。
雜訊指數範例
| 訊雜比量測值 | 計算結果 | 典型情境 |
|---|---|---|
| 輸入 20 dB,輸出 18 dB | NF 2 dB,雜訊因數 1.5849 | 實用的低雜訊射頻放大器。 |
| 輸入 30 dB,輸出 27 dB | NF 3 dB,雜訊因數 1.9953 | 元件使折算至輸入端的雜訊功率接近加倍。 |
| 輸入 15 dB,輸出 14.5 dB | NF 0.5 dB,雜訊因數 1.1220 | 接收機前端的訊雜比劣化很小。 |
| 輸入 40 dB,輸出 34 dB | NF 6 dB,雜訊因數 3.9811 | 雜訊較大的電路級或被動損耗。 |
如何計算雜訊指數
- 輸入以分貝量測的輸入訊雜比。
- 輸入在相同頻寬下量測的輸出訊雜比。
- 點選「計算雜訊指數」。
- 依雜訊預算需求使用分貝雜訊指數、線性因數或等效溫度。
雜訊指數計算器常見問題
多少雜訊指數算好?
取決於頻率、技術、增益及應用。接收機前端通常追求實際可達到的最低值,後續各級則可容忍較多雜訊。
雜訊指數可以是負值嗎?
被動元件或一般穩定放大器不應改善訊雜比,因此雜訊指數為非負值。表面上的負值通常代表量測、頻寬或校正不一致。
雜訊指數與雜訊因數有何不同?
雜訊因數是輸入訊雜比與輸出訊雜比的線性比值。雜訊指數以分貝表示相同比值,方便比較串接系統及元件規格。
為何等效雜訊溫度採用 290 K?
290 克耳文是雜訊因數計算中公認的標準參考溫度。它接近室溫,可提供一致的比較基準。
放大器增益會影響雜訊指數嗎?
元件自身的雜訊指數描述訊雜比劣化,而非僅由增益決定。但在串接系統中,較高的第一級增益可降低後續各級雜訊因數的影響。