Figure de bruit (NF)

La figure de bruit (NF) quantifie dans quelle mesure un dispositif électronique dégrade le rapport signal sur bruit (SNR) par rapport à un système idéal sans bruit. Elle est exprimée en décibels (dB) et constitue un paramètre clé pour évaluer la sensibilité et les performances des composants RF et hyperfréquences.

Facteur de bruit et figure de bruit

• Le facteur de bruit (F) est le rapport linéaire du SNR d'entrée au SNR de sortie :

  F = (Sᵢ/Nᵢ) / (Sₒ/Nₒ)

• La figure de bruit (NF) est le facteur de bruit exprimé sous forme logarithmique :

  NF = 10 log₁₀(F)

où :

• Sᵢ : Puissance du signal d'entrée

• Nᵢ : Puissance du bruit d'entrée

• Sₒ : Puissance du signal de sortie

• Nₒ : Puissance du bruit de sortie

Exemple

Si un récepteur présente :

• SNR d'entrée = 20 dB

• SNR de sortie = 15 dB

Alors :

• F = 10^((20 − 15)/10) = 3,16

• NF = 10 log₁₀(3,16) ≈ 5 dB

Méthodes de mesure

La figure de bruit est généralement mesurée à l'aide de :

• Méthode du facteur Y : Basée sur un rapport de bruit excédentaire (ENR) connu provenant d'une source de bruit calibrée

• Méthode du gain : Déduite des mesures de gain et de puissance de bruit de sortie

Figure de bruit d'un système en cascade

Dans les systèmes multi-étages, le facteur de bruit global est calculé à l'aide de la formule de Friis :

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

où :

• F₁, F₂, F₃ : Facteurs de bruit des étages individuels

• G₁, G₂ : Gains linéaires des étages précédents

Cela souligne l'importance des composants à faible bruit dans les premières étapes de la chaîne de signal.

Applications

• Communications sans fil et par satellite : Détermine la sensibilité du récepteur

• Ingénierie hyperfréquence : Critique dans la conception d'amplificateurs à faible bruit (LNA)

• Systèmes radar : Aide à détecter les signaux réfléchis faibles

• Astronomie radio : Permet l'observation de signaux cosmiques de faible niveau

• Instrumentation électronique : Caractérise le comportement de bruit interne des équipements de mesure