Figura de ruido frente a temperatura de ruido
La cifra de ruido (NF) y la temperatura de ruido (Te) son dos formas equivalentes de describir cuánto ruido añade un componente de RF a una señal. Están relacionados matemáticamente mediante una fórmula sencilla, pero cada uno es el preferido en diferentes contextos de ingeniería: el ruido en el diseño comercial de radiofrecuencias, la temperatura del ruido en los trabajos de radioastronomía y satélite.
Figura de ruido (NF)
La cifra de ruido es la degradación de la relación señal/ruido causada por un componente de RF, expresada en dB. NF = 10·log( F) donde F es el factor de ruido (lineal). Un componente perfecto (silencioso) tiene NF = 0 dB.
Advantages
- Intuitivo: le dice directamente cuántos dB de SNR se pierden
- Estándar en hojas de datos comerciales para LNA, mezcladores y amplificadores
- Fórmula en cascada fácil de usar en Friis para la figura de ruido en cascada
- Se relaciona directamente con la degradación de la sensibilidad del receptor
Disadvantages
- Referenciado a 290 K (17 °C): engañoso a temperaturas muy bajas
- Se vuelve impreciso para sistemas con muy bajo nivel de ruido (NF < 1 dB)
- No se puede agregar directamente en sistemas en cascada (primero se debe convertir a lineal)
When to use
Utilice la cifra de ruido para todos los diseños de RF comerciales: selección de LNA, análisis de la cadena de receptores, cálculos del presupuesto de enlaces y hojas de datos de componentes.
Temperatura de ruido (Te)
La temperatura de ruido equivalente es la temperatura de una resistencia que produciría la misma potencia de ruido que el componente. Un componente silencioso tiene Te = 0 K. Te = T (F − 1), donde T = 290 K.
Advantages
- Más preciso para sistemas de muy bajo ruido (LNA criogénicos, receptores espaciales)
- Se puede añadir directamente en cascada: Te total = Te1 + Te2/G1 +...
- Estándar en comunicación por satélite, radioastronomía y espacio profundo
- Útil cuando la temperatura de referencia difiere de 290 K
Disadvantages
- Menos intuitivo: requiere comprender el ruido de Johnson-Nyquist
- No está en hojas de datos comerciales: se debe convertir desde NF
- La «temperatura» no es la temperatura física del dispositivo
When to use
Utilice la temperatura del ruido para estaciones terrestres de satélites, radiotelescopios, receptores criogénicos y cualquier sistema en el que la temperatura física sea importante o NF < 1 dB.
Key Differences
- ▸NF = 10·log( 1 + Te/290): ambos describen exactamente el mismo ruido, solo que con una escala diferente
- ▸NF se refiere a 290 K; Te es absoluto (0 K para un dispositivo silencioso)
- ▸NF 1 dB = Te ≈ 75 K; NF 3 dB = Te ≈ 290 K; NF 0,1 dB = Te ≈ 7 K
- ▸La cifra de ruido se utiliza en la RF comercial; la temperatura del ruido en satélite/astronomía
- ▸Las temperaturas del ruido aumentan en cascada de forma aditiva (después de dividirlas por la ganancia); las cifras de ruido no
Summary
Ambas métricas describen el mismo fenómeno físico. Utilice la cifra de ruido para el diseño de RF diario y la selección de componentes. Utilice la temperatura del ruido para aplicaciones satelitales y de espacio profundo, o cuando necesite tener en cuenta los efectos de la temperatura física en el ruido del sistema. Lleve consigo una calculadora de conversión para cambiar rápidamente de una a otra.
Frequently Asked Questions
¿Cómo convierto la cifra de ruido en temperatura de ruido?
Te = 290 × (10^ (NF/10) − 1). Ejemplo: NF = 1 dB → Te = 290 × (1,259 − 1) = 75,1 K. Por el contrario: NF = 10·log( 1 + Te/290).
¿Qué cifra de ruido es «buena» para un LNA?
Para WiFi/Cellular de 2,4 GHz, lo habitual es una NF de 1 a 3 dB. Los LNA de alto rendimiento alcanzan menos de 1 dB. Los LNA criogénicos para radioastronomía alcanzan una NF inferior a 0,1 dB (Te < 7 K). Predomina la primera etapa: la fórmula de Frii muestra que las etapas subsiguientes añaden relativamente poco ruido cuando G1 es grande.
¿Por qué se utilizan 290 K como temperatura de referencia?
El IEEE eligió 290 K (≈ 17 °C) como temperatura de referencia estándar para las mediciones de las cifras de ruido, cercana a la temperatura ambiente. Esto hace que las mediciones de NF sean reproducibles en todos los laboratorios. El ruido real generado depende tanto de la NF como de la temperatura física de la fuente.
¿La temperatura física de un LNA afecta a su cifra de ruido?
Sí, pero diferente de lo que cabría esperar. El ruido de disparo y el ruido térmico del dispositivo activo dependen de la temperatura física, y la NF puede disminuir cuando se enfría un LNA. Los LNA criogénicos enfriados a entre 15 y 20 K alcanzan temperaturas de ruido de 5 a 15 K. La referencia de 290 K sirve únicamente para definir la NF, no la temperatura de funcionamiento.