Die Rauschzahl (Noise Figure, NF), in Dezibel angegeben, ist der Kenngröße eines Bauteils, die die Verschlechterung des Signal‑zu‑Rausch‑Verhältnisses (SNR) durch dieses Bauteil quantifiziert: NF(dB)=10·log10(F) mit dem Rauschfaktor F = SNRin / SNRout für eine spezifizierte Eingangsabschlussbedingung und Messbedingungen.

Prinzip

Die NF beschreibt, um welchen Faktor eine Komponente das Systemrauschen gegenüber einem idealen rauschfreien Referenzgerät erhöht; bei kaskadierten Stufen folgt der Gesamt‑Rauschfaktor der Friis‑Kaskadenbeziehung (der erste Verstärker und dessen Gewinn dominieren das Gesamt‑F).

Demonstration

Illustratives Szenario: Ein Low‑Noise‑Amplifier hat NF=3 dB (F≈2) und Gain 20 dB; wird er als erste Stufe in einer Kette eingesetzt, dominiert er die Gesamt‑NF und verbessert die Empfindlichkeit gegenüber einer Kette mit einer ersten Stufe mit höherer NF. Erkennen: Gesamt‑NF aus Stufen‑Gains und NF berechnen. Maßnahme: eine erste Stufe mit niedriger NF und ausreichendem Gain wählen, um das Gesamtrauschen zu minimieren.

Fehlanwendung

NF mit SNR verwechseln (NF ist eine Bauteileigenschaft, SNR ein gemessener Zustand), NF ohne Angabe der Eingangstemperatur oder Bandbreite angeben, oder NF auf nichtlineare oder gesättigte Betriebszustände anwenden (NF ist für kleinsignal‑lineares Verhalten definiert).

Konsequenz

Die NF setzt eine untere Grenze für erreichbare Systemempfindlichkeit: eine höhere NF erhöht das minimal detektierbare Signal für ein gegebenes Kriterium. NF beeinflusst auch Designentscheidungen (Front‑End‑Gain, Filterung, Kühlung), weil frühe Stufen die Kaskadenleistung dominieren.

Umkehrung

Ist eine Stufe in Kompression, mit signifikanter nichtlinearer Verzerrung, oder wenn die Quellrauschtemperatur mit dem Geräteinselrauschen vergleichbar ist, verliert NF ihre lineare Vorhersagekraft für die Systemempfindlichkeit; passive dämpfende Elemente vor einem Verstärker erhöhen die NF deutlich.

Abgrenzung

Eindeutig innerhalb: NF einer linearen Zweitor‑Verstärkerstufe angegeben mit Eingangsabschluss und Messparametern. Grenzfall: NF eines Bauteils gemessen an einer desadaptiven Quelle oder an einem nicht idealen Messgerät — der Wert hängt vom Messaufbau ab. Eindeutig außerhalb: SNR am Systemausgang oder Äquivalente Rauschtemperatur ohne Referenz sind nicht NF.

Semantische Spannung

Rauschzahl ↔ SNR: NF ist eine intrinsische Kennzahl zur Rauschverschlechterung eines Bauteils, während SNR das beobachtbare Systemverhältnis ist; die Optimierung der NF kann mit Kosten und Kompromissen in Gain und Linearität einhergehen.

Synthese

Die NF fasst den Rauschbeitrag eines Bauteils in einer Zahl zusammen, die für Kaskadendesign nützlich ist; ihre praktische Anwendung erfordert jedoch die Beachtung von Messreferenzen, Linearitätsannahmen und Systemkompromissen.