21、噪声因子与最大功率的权衡及电路噪声分析

噪声因子与最大功率的权衡及电路噪声分析

在电子电路设计中，信号的功率传输和噪声控制是两个关键的考量因素。小幅度和低功率的信号容易被噪声淹没而丢失，因此对电路噪声进行分析至关重要。下面将详细介绍噪声因子与最大功率之间的权衡关系，以及如何对电路的噪声进行分析和计算。

1. 基本概念

• 噪声因子（Noise Factor，NF） ：噪声因子用于衡量电路引入的噪声程度，其定义为 $NF_{dB} = 10 \log_{10}(NF)$。
• 归一化功率（Normalized Power） ：从源传输到二端口电路输入的归一化功率 $\eta$ 由公式 $\eta = \frac{P_L}{P_{max}} = \frac{4 \text{Re}[Y_S] \text{Re}[Y_{in}]}{|Y_S + Y_{in}|^2}$ 给出。

一般情况下，使传输功率最大的输入导纳 $Y_{in}$ 可能与使噪声因子最小的输入导纳不同。当 $Y_{in} = Y_S$ 时，电路获得最大功率；当 $Y_{in} = Y_N$ 时，噪声因子最小。$Y_N$ 取决于电路的设计，需要针对每个电路单独计算。为了确保高功率传输和低噪声因子，通常将输入导纳 $Y_{in}$ 设计在 $Y_S$ 和 $Y_N$ 之间。

2. 示例分析

2.1 单端口电阻电路示例

使用两个测试平台来提取该电路的电压和电流噪声因子。
- 电流噪声因子（Current Noise Factor） ：