Mesure scalaire de la dégradation du rapport signal/bruit (SNR) subie par un signal à l'entrée d'un récepteur ou d'un amplificateur par rapport à une référence idéale sans bruit ni perte. La figure de bruit (NF, en dB) s'exprime NF(dB) = 10·log10(F) où le facteur de bruit F = SNR_in / SNR_out (SNR en linéaire) ; elle ramène le bruit ajouté par le dispositif à l'entrée et se spécifie pour une bande, une impédance source, une fréquence et une température données.

Principe

En régime linéaire pour petits signaux, la NF quantifie la température de bruit effective additionnelle (et donc la pénalité SNR) introduite par le dispositif ; réduire la NF améliore la sensibilité du récepteur pour une bande et un SNR de sortie requis donnés.

Démonstration

Scénario illustratif → Un LNA à gain 20 dB et NF = 3 dB (F ≈ 2) placé au niveau de l'antenne réduit le SNR système de 3 dB par rapport à un amplificateur idéal ; comme le LNA précède des étages plus bruyants, sa NF domine le facteur de bruit en cascade selon la formule de Friis, donc améliorer cette première NF procure le plus grand gain SNR au système.

Mauvaise application

Considérer la NF comme la puissance de bruit absolue en sortie de l'appareil. L'erreur consiste à confondre une mesure relative de dégradation du SNR avec la puissance de bruit absolue ; le bruit en sortie dépend aussi du gain et de la bande passante en plus de la NF et de la température de référence.

Conséquence

Une NF plus élevée augmente la puissance d'entrée minimale détectable (sensibilité plus faible) pour un taux d'erreur binaire ou un SNR donné, réduisant la marge de liaison ou nécessitant une puissance d'émission supérieure ou une bande plus étroite pour maintenir les performances.

Inversion

Lorsque des interférences externes ou un brouillage dominent le budget de bruit du récepteur, la NF (qui caractérise le bruit interne ajouté en régime de bruit thermique) ne prédit plus la sensibilité système ; en fonctionnement fortement non linéaire, la NF peut aussi devenir mal définie.

Limite

Clair dans le domaine : amplificateur RF pour petits signaux, linéaire, spécifié à 290 K et impédance source adaptée, avec NF exprimée en dB. Cas limite : NF mesurée pour une impédance source différente ou une température élevée — les valeurs nécessitent conversion avant comparaison. Clair hors champ : mesures d'émissions parasites ou de distorsion (ce ne sont pas des NF).

Tension sémantique

Améliorer la NF entre souvent en conflit avec les objectifs de linéarité, consommation et coût ; la NF minimale n'est pas toujours souhaitable si les exigences de distorsion ou de dynamique priment.

Synthèse

La figure de bruit est un indicateur de régime linéaire dépendant d'une référence : elle exprime combien un composant détériore le SNR dans des conditions données et sert surtout lorsqu'elle est intégrée au bilan de bruit du système avec le gain et la bande.