【题目编号】MC1-0886
【题目】假设一个用于卫星业余业务的天线放大器工作在标准温度(17℃)下,其输入端已连接 良好匹配的天线。如果放大器所产生的内部噪声与输入的热噪声等效,则该放大器的噪声系 数 Fn、噪声指数 NF 和噪声温度 Te 分别为:
【答案】A
[A]2,3dB,290°K
[B]1,1dB,0°K
[C]2,0dB,17°K
[D]1,0dB,-273°K
考点速览
这题把噪声系数(noise factor,常写作 Fn)、噪声指数(noise figure,常写作 NF)和等效噪声温度(equivalent noise temperature,常写作 Te)三个指标放进一道题里换算。已知条件只有一句:放大器内部噪声与输入端热噪声等效。要由这一句推出三个数值,靠的是它们之间的固定关系。
三个指标是同一件事的三种说法
噪声系数是输入端信噪比与输出端信噪比之比,写成输入端信噪比除以输出端信噪比。信号经过放大器,功率按增益放大;噪声除了被同样放大,还额外叠加上器件自己的噪声,所以输出端信噪比一定低于输入端,比值不小于一。噪声指数是把噪声系数取常用对数再乘十,单位分贝,数值上是十倍的噪声系数对数。等效噪声温度换了个角度说话:把器件内部噪声折算成输入端一只匹配电阻的热噪声,这只假想电阻的绝对温度就叫等效噪声温度,与噪声系数的换算关系是噪声系数减一再乘标准噪声温度,标准噪声温度取二百九十开尔文,约合十七摄氏度。
三个指标可以互相换算,所以厂家的数据表里只给其中一两项就够了。噪声系数与噪声温度适合描述噪声很低的部件:此时系数接近一,用比值看不出差别,换成开尔文却能拉开数量级。噪声指数适合写在指标栏里,因为它是对数形式,便于与增益、损耗这些同样以分贝表示的量直接相加减。
题设条件怎么读成噪声系数等于二
内部噪声与输入的热噪声等效,意思是器件自己添的噪声功率恰好等于输入端电阻送进来的热噪声功率。输出端的噪声于是变成两项之和,也就是输入噪声功率的两倍;而信号功率只按增益放大,不额外增加。输入信噪比不变,输出信噪比却降为原来的一半,两者相除得噪声系数为二。取对数,十倍对数约等于三点零一分贝,题目取三分贝。等效噪声温度等于系数减一再乘二百九十开尔文,得二百九十开尔文。三个数自洽地构成一组答案。
逐项辨析
选项 A 正确:系数为二、指数约三分贝、噪声温度二百九十开尔文,与题设的内部噪声等于输入热噪声完全对应。
选项 B 错误:系数为一意味着信噪比毫不恶化、器件理想无噪声,与内部噪声与输入热噪声等效的题设直接矛盾。
选项 C 错误:系数取二却又给出零分贝,两个数字彼此打架——系数二对应的对数是三分贝而不是零分贝;噪声温度写成十七开尔文也不对,十七是标准噪声温度的摄氏读数,被误当成了绝对温度数值。
选项 D 错误:系数为一与题设矛盾;负二百七十三开尔文作为绝对温度没有物理意义,开氏温标以绝对零度为起点,不能取负值。
易混淆点:二百九十开尔文与十七摄氏度
标准噪声温度取二百九十开尔文,这个数值来自国际通行约定,约等于十七摄氏度。题目里的十七与二百九十是同一个温度点的两种写法,最容易互相误用;而负二百七十三点一五摄氏度才是绝对零度,也就是零开尔文。把握住开氏温度不会有负值这条底线,涉及负温度的选项可以直接排除。
换算时还有一点要留心:噪声温度只在器件噪声远低于常温时才直观。一旦内部噪声很大,等效温度会到上千开尔文,这时反倒不如直接用分贝表示来得清楚。三种表示法没有优劣之分,只是适用场合不同,题目给什么就用什么换算。
应试要点
把这条链背下来:内部噪声等于输入热噪声,则系数为二、指数约三分贝、噪声温度二百九十开尔文。理想无噪声则是系数一、零分贝、零开尔文。其余组合多半是分贝与倍数错位,或者把摄氏数值塞进了开氏温标。