Noise Figure (Rauschmaß, NF)

Noise Figure (NF) beschreibt, wie stark ein elektronisches Bauteil das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) im Vergleich zu einem idealen, rauschfreien System verschlechtert. Es wird in Dezibel (dB) angegeben und ist ein zentraler Parameter zur Beurteilung der Empfindlichkeit und Leistungsfähigkeit von HF- und Mikrowellenkomponenten.

Noise Factor und Noise Figure

Der Noise Factor (F) ist das lineare Verhältnis von Eingangs-SNR zu Ausgangs-SNR:

F = (Sᵢ/Nᵢ) / (Sₒ/Nₒ)

Das Noise Figure (NF) ist der logarithmisch dargestellte Noise Factor:

NF = 10 · log₁₀(F)

mit:

• Sᵢ: Eingangs-Signalleistung

• Nᵢ: Eingangs-Rauschleistung

• Sₒ: Ausgangs-Signalleistung

• Nₒ: Ausgangs-Rauschleistung

Beispiel

Ein Empfänger hat:

• Eingangs-SNR = 20 dB

• Ausgangs-SNR = 15 dB

Dann ergibt sich:

• F = 10^((20 − 15)/10) = 3,16

• NF = 10 · log₁₀(3,16) ≈ 5 dB

Messmethoden

Das Rauschmaß wird üblicherweise mit folgenden Methoden bestimmt:

• Y-Faktor-Methode: Basierend auf dem bekannten Excess Noise Ratio (ENR) einer kalibrierten Rauschquelle

• Gain-Methode: Berechnung aus Verstärkung und gemessener Ausgangs-Rauschleistung

Gesamtrauschmaß in Kaskadenschaltungen

In mehrstufigen Systemen wird der gesamte Rauschfaktor mit der Friis-Formel berechnet:

F_total = F₁ + (F₂ − 1)/G₁ + (F₃ − 1)/(G₁G₂) + …

mit:

• F₁, F₂, F₃: Rauschfaktoren der einzelnen Stufen

• G₁, G₂: Lineare Verstärkungsfaktoren der vorgeschalteten Stufen

Daraus folgt: Besonders die ersten Stufen eines Systems sollten rauscharm ausgelegt sein.

Anwendungsbereiche

• Drahtlose Kommunikation & Satellitentechnik: Bestimmt die Empfängerempfindlichkeit

• Mikrowellentechnik: Zentrale Kenngröße bei der Entwicklung von rauscharmen Verstärkern (LNA)

• Radarsysteme: Erkennung schwacher reflektierter Signale

• Radioastronomie: Beobachtung extrem schwacher kosmischer Signale

• Elektronische Messtechnik: Charakterisierung des Eigenrauschens von Messgeräten