噪聲溫度

在電子設備中，噪聲溫度是表達組件或源引入的可用噪聲功率水平的一種方法。（這應與熱力學或主噪聲類型之間的跨型乾擾的主要干涉率分析中的溫度噪聲區分開來） –Nyquist噪音，因此：

{\frac {P_{\text{N}}}{B}}=k_{\text{B}}T

在哪裡：

$P_{\text{N}}$ 是噪聲力量（在W，瓦特中）
是測量噪聲功率的總帶寬（Hz，Hertz）
是Boltzmann常數（1.381×10-23 J/K，Joules每Kelvin）
$T$ 是噪聲溫度（K，Kelvin）

因此，噪聲溫度與噪聲的功率譜密度成正比。這就是通過匹配的負載從組件或源吸收的功率。噪聲溫度通常是頻率的函數，與理想電阻器的函數不同，該電阻在所有頻率下都等於電阻的實際溫度。

噪聲電壓和電流

可以將嘈雜的組件模擬為串聯的無噪聲組件，該組件具有嘈雜的電壓源，產生了VN的電壓，或與嘈雜的電流源與嘈雜的電流源同時產生的電流。功率頻譜密度，並在帶寬B上具有平均平方幅度：

{\begin{aligned}{\frac {{\bar {v}}_{\text{n}}^{2}}{B}}&=4k_{\text{B}}RT\\\\{\frac {{\bar {i}}_{\text{n}}^{2}}{B}}&=4k_{\text{B}}GT\end{aligned}}

其中 $r$ 是組件阻抗或 $G$ 的電阻部分，是組件入場的電導（實際部分）。因此，談到噪聲溫度，可以在具有不同阻抗的組件之間進行公平的比較，而不是通過提及組件的電阻來指定噪聲電壓和資格。它比談到噪聲的功率譜密度（每赫茲的瓦）更容易獲得，因為它被表示為普通溫度，可以將其與室溫下（290 K）的理想電阻器的噪聲水平進行比較。

請注意，一個人只能說出阻抗具有強大（且可測量的）電阻組件的噪聲溫度。因此，談論電容器或電壓源的噪聲溫度是沒有意義的。放大器的噪聲溫度是指在放大器輸入（相對於放大器的輸入阻抗）上添加的噪聲，以說明放大後觀察到的噪聲。

系統噪聲溫度

RF接收器系統通常由天線和接收器組成，以及將兩者連接在一起的傳輸線。這些都是加性噪聲的來源。接收系統中的添加噪聲可以是熱源（熱噪聲），也可以來自其他外部或內部噪聲生成過程。所有噪聲源的貢獻通常都會結合在一起，並被視為熱噪聲水平。任何源（）產生的噪聲功率頻譜密度可以通過分配給上述定義的溫度來描述：

T={\frac {P}{B}}\cdot {\frac {1}{k_{\text{B}}}}

在RF接收器中，總體系統噪聲溫度等於接收器和傳輸線的有效噪聲溫度以及天線的有效噪聲溫度之和。

T_{S}=T_{A}+T_{E}

天線噪聲溫度給出了天線輸出處的噪聲功率。接收器的複合噪聲溫度和傳輸線損耗代表接收器系統其餘部分的噪聲貢獻。如果接收器系統是完美的並且沒有噪聲，則將其計算為在天線輸入端子上存在的有效噪聲。換句話說，它是一個級聯的放大器和損耗系統，其中內部噪聲溫度被稱為天線輸入端子。因此，這兩個噪聲溫度的總和代表了“完美”接收器系統的噪聲輸入。

噪聲因子和噪聲圖

噪聲溫度的一種用途是系統的噪聲因子或噪聲圖。噪聲因子指定噪聲功率的增加（轉移到放大器的輸入），這是由於其輸入噪聲溫度為時的組件或系統。

F={\frac {T_{0}+T_{\text{E}}}{T_{0}}}

$T_{0}$ 通常被視為室溫，290 K.

噪聲因子（線性術語）通常用轉換為噪聲圖（分貝）表示：

NF=10\log _{10}(F)

如果原始信號的噪聲溫度為290 K通過射頻放大器，無論放大器的增益如何。例如，假設放大器的噪聲溫度為870 K，因此具有6 dB的噪聲圖。如果該放大器被用來放大具有大約室溫（290 K）的噪聲溫度的源，那麼該放大器的插入將減少6 dB的信號SNR。這種簡單的關係通常適用於源的噪聲是熱起源的，因為被動傳感器通常具有與290 K相似的噪聲溫度。

但是，在許多情況下，輸入源的噪聲溫度要高得多，例如在大氣噪聲主導的較低頻率下的天線。然後，SNR幾乎沒有降解。另一方面，一條很好的衛星盤中通過大氣中的空間（以便看到噪聲溫度要低得多）會使信號的SNR降解超過6 dB。在這種情況下，提到放大器的噪聲溫度本身，而不是根據室溫定義的噪聲圖。

有效的噪聲溫度

通常使用Y因子方法測量放大器的噪聲溫度。如果級聯反應中有多個放大器，則可以使用Friis方程來計算級聯反應的噪聲溫度：

T_{\text{E}}=T_{1}+{\frac {T_{2}}{G_{1}}}+{\frac {T_{3}}{G_{1}G_{2}}}+\cdots

在哪裡

$T_{\text{E}}$ =結果溫度參考輸入
$T_{1}$ =級聯中第一個成分的噪聲溫度
$T_{2}$ =級聯中第二個成分的噪聲溫度
$T_{3}$ =級聯中第三個成分的噪聲溫度
$G_{1}$ =級聯中第一個組件的功率增益
$G_{2}$ =級聯中第二部分的功率增益

因此，可以將放大器鏈建模為具有增益和噪聲圖的黑匣子。在通常的情況下，放大器的階段的收益遠大於一個，那麼可以看出，早期階段的噪聲溫度對所得噪聲溫度的影響要比鏈中後期的噪聲溫度大得多。可以欣賞的是，例如，第一階段引入的噪聲被所有階段所放大，而以後階段引入的噪聲會受到較小的擴增。查看它的另一種方法是，由於以前的階段對噪聲擴增，應用於後期的信號已經具有很高的噪聲水平，因此該階段對該階段的噪聲貢獻對已經放大的信號的意義較小。

這解釋了為什麼前置放大器或RF放大器的質量在放大器鏈中尤其重要。在大多數情況下，只需要考慮第一階段的噪聲圖。但是，必須檢查第二階段的噪聲圖不是很高（或第一階段的增益太低），以至於由於第二階段而導致SNR退化。如果第一階段的噪聲圖加上階段的增益（在分貝中）不比第二階段的噪聲圖大得多，那將是一個問題。

Friis方程的一個推論是，由於放大器，在第一個放大器之前的衰減器會降低噪聲圖。例如，如果階段1代表一個6 dB的衰減器，那麼。除了衰減器本身所致（通常，如果衰減器由電阻器組成），則有效地將放大器的噪聲溫度增加了三倍。效率較差的天線是該原理的一個例子，其中代表天線的效率。

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噪聲光譜密度