Como calcular cascaded noise figure Friis cadena RF
Calcula cascaded noise figure NF total cadena RF formula Friis 1944: F = F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/(G1*G2). Front-end LNA dominante. NF 0.6-1.2 dB satellite Ku; 2-3 dB cellular; 6-9 dB BT. CSIC IAA Granada + UPM ETSIT + Telefonica I+D.
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Como calcular el cascaded noise figure de una cadena RF (LNA, mixer, amplificador IF, filtros): formula Friis 1944 IRE 32:419 'Noise Figures of Radio Receivers' Harald T. Friis Bell Labs Holmdel NJ.
F_total = F1 + (F2-1)/G1 + (F3-1)/(G1*G2) + .... F factor de ruido lineal (F = 10^(NF_dB/10)) y G ganancia lineal (G = 10^(G_dB/10)). NF_total dB = 10*log10(F_total). Insight critico: el primer stage (LNA) domina el NF total; etapas sucesivas atenuadas por ganancia cumulativa. T_e = (F-1)*T_0 con T_0=290 K equivalente temperatura ruido. Clasificación: NF10 dB alto lossy passive front-end.
España investigación radio + telecomunicaciones: CSIC IAA Instituto Astrofisica Andalucia Granada 1975 200 employees radioastronomia + IRAM 30 m Pico Veleta Granada + Yebes Guadalajara 40 m radiotelescope; UPM Universidad Politecnica Madrid ETSIT Telecomunicación 1971 4500 students RF microwave research; UPC Universitat Politecnica Catalunya Barcelona 1971 4500 students RF + antennas; UC3M Universidad Carlos III Madrid 1989 3500 RF + signal processing; Universidad Politecnica Valencia UPV ETSIT 1968 3000 students; Universidad Sevilla ETSI 1502 2500 students; Universidad Cantabria UC Santander 1972 RF microwave + GMRT research; Universidad Vigo ETSI.
España CSIC ICMM Madrid + IFCA Santander + Centro Astronomico Yebes Guadalajara 40 m radiotelescope IGN Instituto Geografico Nacional VLBI European Network.
España industria RF satelite: Telefonica Madrid 1924 100000 employees telecom + Movistar mobile fixed; Hispasat Madrid 1989 250 satellite operator GEO Ku Ka-band; Indra Sistemas Madrid 1993 50000 defense electronics radar + RF systems; Sener Bilbao Madrid 2500 aerospace + space; GMV Madrid 1984 2500 satellite ground; Thales Alenia Space España Madrid 1300 + Tres Cantos satellite payloads; INTA Instituto Nacional Técnica Aeroespacial Torrejon Madrid 1942 1500 R&D; CDTI Centro Desarrollo Tecnologico Industrial Madrid R&D financing; Airbus Defence Space Spain Madrid 5000 satellites + missiles.
España operadores telecom: Telefonica Movistar Madrid 1924 100000 dominant; Vodafone España Madrid 4000 25% mobile; Orange España Madrid 6000 23% mobile fusión MasMovil 2024; Yoigo MasMovil group; Digi España Romania subsidiary 1500.
España frequency bands: SETSI Secretaria Estado Telecomunicaciones Madrid + CNMC Comisión Nacional Mercados Competencia regulator + AEPD data protection. 5G spectrum auctions 700 MHz + 3.5 GHz + 26 GHz mmWave 2018-2021 EUR 1 billion total. España research RF microwave: bandas L-band 1-2 GHz GPS Galileo + UE FERIA railway European Train Control System ETCS; S-band 2-4 GHz WiFi BT WLAN; C-band 4-8 GHz satellite SAR Sentinel-1 ESA Copernicus 5.4 GHz + WiFi 5 GHz; X-band 8-12 GHz radar military weather Indra Sistemas + AEMET meteorologia; Ku-band 12-18 GHz satellite TV broadcast Hispasat 30 W + Astra; Ka-band 26-40 GHz HTS High Throughput Hispasat + 5G mmWave; V-band 40-75 GHz emerging 6G UPM ETSIT + UPC research.
Formula cascaded noise figure
F_total = F1 + (F2-1)/G1 + (F3-1)/(G1*G2) + .... F lineal F=10^(NF/10); G lineal G=10^(G_dB/10); NF_dB=10*log10(F); T_e=(F-1)*290 K.
Historia y contexto
Harald Trap Friis (Naestved Dinamarca 1893-1976) Bell Labs Holmdel NJ Long Lines División Director Radio Research 1919-1958, Friis 1944 IRE 32:419 cascaded noise figure formula + Friis 1946 transmission equation IRE 34:254 P_r/P_t = G_t*G_r*(lambda/(4*pi*R))^2 link budget.
España CSIC IAA Granada: Instituto Astrofisica Andalucia 1975 fundado Granada 200 employees radio astronomy + observacional + teórico; IRAM Institut de Radioastronomie Millimetrique Pico Veleta Sierra Nevada Granada 30 m parabolic 1980 fr-de-es consortium MaxPlanck-CNRS-CSIC + NOEMA Plateau de Bure French Alps; Centro Astronomico Yebes Guadalajara 40 m radiotelescopio 2008 IGN Instituto Geografico Nacional VLBI European Network EVN.
España universidades RF: UPM ETSIT Madrid 1971 4500 students profesores Cesar Briso ferrocarril + Felix Perez Martinez antenas + Mariano Garcia Otero microondas; UPC Barcelona 1971 4500 profesores Lluis Pradell + Mateu Sole antenas microondas; UC3M Madrid 1989 3500 profesores Daniel Segovia-Vargas antenas + Vicente Gonzalez-Posadas; UPV ETSIT Valencia 1968 3000; Universidad Sevilla ETSI 1502 2500; Cantabria UC Santander 1972 + GMRT research; Universidad Vigo ETSI; Universidad Castilla-La Mancha Albacete; Politecnica Cartagena UPCT.
España CSIC institutos: ICMM Instituto Ciencia Materiales Madrid; IFCA Instituto Física Cantabria Santander joint UC + CSIC; CNM Centro Nacional Microelectronica Barcelona Tres Cantos Madrid; INMA Instituto Nanociencia Aragon Zaragoza; CIN2 Centro Investigación Nanociencia Nanotecnologia Barcelona; ICTS Infraestructura Cientifica Tecnologica Singular CESGA Galicia + BSC Barcelona Supercomputing Center MareNostrum 1.4 PetaFLOPS.
España industria espacial: Hispasat Madrid 1989 250 employees satellite operator GEO 4 satelites Hispasat 30W + Hispasat Amazonas + Amazonas-3 36 W Ku-band Ka-band telecomunicaciones America Latina Europa; Indra Sistemas Madrid 1993 50000 employees defensa electronica + radares + comunicaciones + control trafico aereo; Sener Bilbao 1956 + Madrid 2500 employees aerospacial + ESA satelites Sentinel + Galileo + ExoMars; GMV Madrid 1984 2500 employees satellite ground operations + Galileo + EGNOS + Copernicus; Thales Alenia Space España Madrid Tres Cantos 1300 employees subsidiaria Thales Italian satellite payloads + ground stations; INTA Instituto Nacional Técnica Aeroespacial Torrejon Madrid 1942 1500 R&D Ministerio Defensa + ESA + NASA participación; Airbus Defence Space Spain Madrid Tres Cantos 5000 employees satelites + cohetes Ariane + Eurofighter Typhoon + missiles; CDTI Centro Desarrollo Tecnologico Industrial Madrid 1977 financiación R&D ESA + Horizon Europe; ESA European Space Agency ESAC ESA European Space Astronomy Centre Villafranca Madrid + INTA participation. España operadores telecom: Telefonica Madrid 1924 100000 employees largest telecom Spain + Latin America + UK O2 + Brasil Vivo + Movistar mobile fixed + Movistar+ TV + Movistar Cloud + Telefonica I+D Madrid Barcelona research; Vodafone España Madrid 4000 employees 25% mobile share UK parent;
Orange España Madrid 6000 employees 23% mobile + Jazztel fixed broadband + fusión MasMovil 2024 Orange-MasMovil España joint venture EUR 19 billion; Yoigo MasMovil group + Pepephone + Llamaya MVNO; Digi España Romania subsidiary 1500 employees disruptor low-cost mobile fixed. España 5G spectrum: SETSI Secretaria Estado Telecomunicaciones Madrid + Ministerio Asuntos Economicos Transformación Digital; CNMC Comisión Nacional Mercados Competencia Madrid 600 regulator telecom + competition; AEPD Agencia Espanola Protección Datos Madrid data protection. 5G auctions: 700 MHz n28 2021 EUR 1 billion; 3.5 GHz n78 2021 EUR 1.5 billion; 26 GHz mmWave 2022 EUR 36 million 4 operators Movistar Vodafone Orange MasMovil. España microondas + radar: bandas RF L-band 1-2 GHz GPS Galileo Italia industria + ESA Galileo Operations Centre Madrid Torrejon; S-band 2-4 GHz WiFi 2.4 GHz BT WLAN; C-band 4-8 GHz satellite SAR Sentinel-1 ESA Copernicus 5.4 GHz; X-band 8-12 GHz radar military weather Indra Sistemas + AEMET Agencia Espanola Meteorologia 24 radares meteorologicos red; Ku-band 12-18 GHz satellite TV broadcast Hispasat 30W + Astra 19.2 E + Eutelsat 9 E TV digital; Ka-band 26-40 GHz HTS Hispasat + 5G mmWave; V-band 40-75 GHz emerging 6G UPM ETSIT + UPC research.
Tabla cascaded NF
- F_total = F1 + (F2-1)/G1 + (F3-1)/(G1*G2) + ...
- NF<1 dB: excelente LNA criogenico HEMT InP 4 K
- NF 1-3 dB: muy bajo GaAs LNA satellite
- NF 3-6 dB: bajo consumer
- NF 6-10 dB: moderate mixer-first
- NF>10 dB: alto lossy passive
- T_e=(F-1)*290 K: equivalente temp ruido
- Friis 1944 IRE 32:419: cascaded NF
- España CSIC IAA Granada 1975: 200 radioastronomia
- España IRAM Pico Veleta Granada 1980: 30 m parabolic
- España Yebes Guadalajara 2008: 40 m IGN VLBI
- España UPM ETSIT 1971: 4500 students RF
- España UPC Barcelona 1971: 4500 students
- España UC3M Madrid 1989: 3500 RF
- España Hispasat 1989: 250 satellite GEO Ku Ka
- España Indra Sistemas 1993: 50000 radar defensa
- España Telefonica 1924: 100000 dominant
- España ESAC Villafranca: ESA Madrid astronomy
Ejemplos numericos
Ejemplo 1 - LNA single-stage. NF1=0.8 dB G1=20 dB. NF_total=0.8 dB. T_e=58.6 K. España: Hispasat ground stations Madrid Tres Cantos teleport.
Ejemplo 2 - LNA + mixer. NF1=1.5 dB G1=15 dB; NF2=8 dB G2=-7 dB. NF_total=1.99 dB. Cellular eNodeB. España: Telefonica Movistar 100000 + Vodafone 4000 + Orange 6000 5G.
Ejemplo 3 - Three stages. NF1=1 dB G1=20 dB; NF2=5 dB G2=10 dB; NF3=10 dB G3=15 dB. NF_total=1.10 dB. LNA dominante. España: UPM ETSIT + UPC research RF receiver.
Ejemplo 4 - No LNA front. NF1=8 dB G1=-3 dB; NF2=3 dB G2=20 dB. NF_total=9.20 dB high. Bad design.
Ejemplo 5 - Cryogenic LNA. NF=0.2 dB G=30 dB cooled HEMT 4 K InP. T_e=13.6 K excelente. España: IRAM 30 m Pico Veleta Granada + Yebes 40 m Guadalajara IGN.
Limites
- Impedance matching 50 ohm assume matched.
- Bandwidth dependence varies con freq.
- Stadi correlated feedback.
- Compression nonlinearity P1dB IIP3 not captured.
- Lossy passive first degrade NF severely.
- Image rejection mixer doubles effective NF.
- Phase noise oscillator separate.
- Antenna noise temp T_ant + T_rx.
- Quantization noise ADC SNR limit.
- Friis assumes reciprocal receiver chain.
Errores comunes
F lineal vs NF dB: F=10^(NF/10); NF=10*log10(F). No sumar NF dB directamente.
Lossy passive front-end: switch filter cable losses anaden dB iguales al loss.
Mixer conversión loss: passive DBM 6-8 dB; active Gilbert NF 8-12 dB.
Image noise raddoppia NF: superhet senza filter raddoppia.
Sample noise measurement: Y-factor + NIST traceable.
Aplicaciones
- Radioastronomia LNA criogenico: España IRAM 30 m Pico Veleta Granada + Yebes 40 m Guadalajara IGN VLBI.
- Satellite ground station: Hispasat Madrid 250 + GMV Madrid 2500 Ku-band Ka-band.
- Cellular base station 5G: Telefonica Movistar 100000 + Vodafone 4000 + Orange 6000 700 MHz + 3.5 GHz + 26 GHz mmWave.
- WiFi 6E + BLE IoT: 6 GHz NF 4-6 dB; BLE 2.4 GHz NF 6-9 dB.
- GPS Galileo L-band: 1.575 GHz LNA NF 1-2 dB ESA Galileo Operations Madrid Torrejon.
- SAR satelitale: Sentinel-1 ESA Copernicus C-band 5.4 GHz Indra + ESAC participación.
- Radar military weather: Indra Sistemas 50000 + AEMET 24 radares meteorologicos.
- Microondas TV satellite: Hispasat 30W Ku 12 GHz + Astra 19.2 E LNB consumer.
- Front-end RFIC GaN HEMT: UPM ETSIT + UPC + UC3M research mmWave 5G/6G.
- Deep space communication: ESA ESAC Madrid Villafranca + INTA Torrejon + Yebes 40 m DSN-equivalent.
Actualizado a julio de 2026
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