잡음지수(Noise Figure, NF)란?

시스템이 신호를 증폭하거나 처리하는 과정에서 추가되는 잡음의 양을 나타내는 값입니다. 

단위는 "데시벨(dB)"로 표현됩니다. 

이상적인 시스템에서는 NF = 0 dB이지만, 실제 시스템에서는 항상 0 dB보다 큼

 

Noise Figure Meter로 측정

 

Noise Source (잡음 소스) – 측정 대상에 일정한 잡음을 입력하는 장치

Noise Figure Meter (잡음 측정기) – 잡음지수를 자동으로 계산해주는 장비

 

측정 절차

Noise Source를 사용하여 시스템에 두 가지 상태의 잡음을 입력

"켜짐(Hot)" 상태 → 잡음지수 측정

"꺼짐(Cold)" 상태 → 기준점 설정

Noise Figure Meter가 두 신호의 차이를 측정하여 NF 계산 측정된 값을 dB로 변환하여 최종 NF 값 표시

 

Noise Figure Meter HP 8970A

 

 

 

 

 

https://www.renesas.com/en/document/dst/hfa3101-datasheet

2.25~2.5 = 일반적인 성능

 

 

 

NF를 낮추기 위한 방법

1. 입력 신호 대 잡음비 (SNR, Signal-to-Noise Ratio)

NF는 입력 신호의 SNR이 높을수록 낮아짐(좋아짐)

즉, 입력 신호의 품질이 나쁘면 NF가 증가

 

2. 첫 번째(프론트엔드) 소자의 잡음 성능

수신기의 첫 번째 증폭기 (LNA, 저잡음 증폭기)가 NF에 가장 큰 영향을 줌

프론트엔드에서 발생한 잡음은 이후 단계를 거치며 증폭되기 때문

프론트엔드의 NF를 줄이는 것이 전체 시스템 NF를 개선하는 핵심

 

3. 시스템의 온도 (Thermal Noise, kT Noise)

잡음은 온도가 높을수록 증가  kT (Boltzmann 상수 × 온도)의 영향을 받아, 저온 환경일수록 NF가 낮아짐(좋아짐)

저온 설계 (Cryogenic Cooling) → 초고감도 RF 수신기에서 사용

 

4. 증폭기(Amp) 및 믹서(Mixer)의 선형성 및 비선형성

증폭기와 믹서에서 발생하는 "비선형 왜곡(Nonlinear Distortion)"이 NF를 증가시킴

특히, 믹서(Mixer)의 NF가 높을 경우 수신 성능이 크게 저하됨

고선형성 설계 (IP3 값이 높은 회로) → NF 개선 가능

 

5. 패시브 소자(필터, 커플러, 스위치 등)의 삽입 손실 (IL, Insertion Loss)

필터(Filter), 커플러(Coupler), 스위치(Switch) 등의 손실이 클수록 NF가 증가

패시브 소자의 삽입 손실(IL)은 시스템 NF를 직접 증가시킴

저손실(High-Q) 필터 및 저손실 전송선로 사용

 

6. 임피던스 매칭 불량

회로 간의 임피던스가 맞지 않으면 신호 반사로 인해 NF가 증가

특히 RF 신호 경로에서 매칭이 안 될 경우 심각한 잡음 증가

50Ω 또는 75Ω 매칭 최적화 필요

 

7. 전원 공급 및 바이어스 노이즈

전력선(DC Power) 및 바이어스(Bias) 노이즈가 클 경우, RF 증폭기 및 믹서의 NF 증가

저품질 전원 사용 시 1/f 잡음(Pink Noise) 및 위상 잡음(Phase Noise) 증가

Low Noise LDO 및 정전압 전원 사용

 

8. 고주파(High-Frequency) 설계에서의 기생 요소

PCB 트레이스, 커넥터, 접합부의 기생 용량 및 기생 인덕턴스에 의해 신호 감쇠 발생

특히, GHz 대역에서는 PCB의 설계 품질이 NF에 직접적인 영향

고주파 PCB 설계 최적화 (Controlled Impedance, Shielding 등)

 

요약

프론트엔드(첫 번째 증폭기)에서 NF를 최소화

저온 환경에서 동작시키거나 Cryogenic Cooling 적용

고선형성 RF 부품(High IP3) 사용

저손실 필터 및 저잡음 전원 설계

임피던스 매칭을 최적화하여 반사 손실 감소

고주파 설계 시 기생 요소(PCB, 커넥터 등), 삽입손실, 접촉저항등 최소화

 

 

 

 

RF생산업체 갔더니, 사람들이 맨날 정전기방지 가운입고, 몇주를 계속 만지고 있음.

뭐 그렇게 할일이 많다고....라고 생각했는데, 할일 많음....

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