噪声有“温度”吗？答案有些意外

噪声因子(F) 的量化定义很简单：它是输入信噪比 (SNR) 与输出SNR 的比值：

噪声因子(F) = (输入信号/输入噪声)/(输出信号/输出噪声)

即使是诸如电阻器等无源非增益器件，也具有噪声因子，其定义为通过实际电阻产生的噪声与理想电阻的简单热噪声的比值。为实现比较标准化，噪声因子在290K的标准温度下进行测量，选择这一温度值主要是依据哈拉尔·弗里斯 (Harald Friis) 于20世纪30年代在贝尔电话实验室开展的开创性研究结果。比较所用的标准噪声源具有KT噪声级，其中K是指玻尔兹曼常数 (1.38 × 10^-23J/K)。

那么，如何得到噪声系数(NF) 呢？

其实关系很简单：NF(单位：dB) = 10 × log (F)。

为什么既有噪声因子(F)，又有噪声系数(NF)呢？这取决于所进行的信号路径分析类型。对于某些类型的分析，F更有用，而对于另一些分析，NF可以简化公式。

不过，随后还会介绍一个“噪声”参数：噪声温度。噪声怎么会有温度呢？为什么要将噪声与温度联系起来呢？

噪声温度的用途

阿诺·彭齐亚斯 (Arno Penzias) 和罗伯特·威尔逊 (Robert Wilson) 通过研究这种“天空噪声”发现了“宇宙微波背景辐射”(CMBR) 及其明显意义（并因这一发现获得诺贝尔奖）；（请参见“宇宙微波背景”）。他们的接收器是一个巨大的喇叭天线，而无论天线方向为何，接收器记录到的天线温度均超过4.2K，这一温度几乎均匀地弥漫在太空中（图2）。虽然他们无法通过任何电路和系统噪声分析来解释这一现象，但最终通过分析证明，这一现象很可能是代表“大爆炸”遗留下来的热量残余物，是黑体辐射这一著名物理现象的体现。

图2：2013年欧洲航天局的普朗克卫星拍摄到的宇宙微波背景辐射图，该图显示了天空中的微小变化。（图片来源：ESA/Planck Collaboration，通过Space.com网站）

不过，切勿因噪声温度这种貌似抽象的用途而对其失去兴趣，因为作为一种与噪声相关的指标，等效噪声温度除了可以进行宇宙和太空相关的分析之外，其原理还具有实际的务实用途（不管从字面还是象征意义上讲）。例如，天线噪声温度可以表示理想无噪声接收器输入端的假想电阻器的温度，该接收器每单位带宽产生的输出噪声功率与指定频率下天线输出端产生的噪声功率相同。

当然，噪声几乎是所有系统（无论是有线系统还是无线系统）都面临的主要问题和挑战。此外，我们还有很多能够而且应该讨论的地方，例如带宽及其对噪声功率的影响等。噪声因子、噪声系数和噪声温度都是测量噪声的有效方法，您可以轻松地将一个标度的读数转换为另一个。要使用“正确”的参数取决于所进行的分析以及所需答案的类型。

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