第2章噪声与干扰

2 υn = 4kTRB
2 in = 4kTGB
Constant） 以上各式中， 为玻耳兹曼常数（ 以上各式中， 为玻耳兹曼常数（Soltzmann Constant） k =1.38× T 为热力学温度， k =1.38× −23 J K ； 为热力学温度，单位为K 。 10 注：电阻热噪声的功率谱密度在整个频率范围内都是均匀分布的， 电阻热噪声的功率谱密度在整个频率范围内都是均匀分布的， 故常把热噪声称为白噪声或高斯噪声。 故常把热噪声称为白噪声或高斯噪声。
式中， ni 式中， p P 为信号源内阻 Rs产生的噪声经过线性网络后 G 在输出端产生的噪声功率； 在输出端产生的噪声功率； 8.3.2
而线性网络输出端的总噪声功率 P 应等于 Gp P no ni 和线性网络本身的噪声在输出端产生的噪声功率 P ano (网络的附加噪声功率）之和，即 网络的附加噪声功率）之和， 网络的附加噪声功率
噪声系数定义： 噪声系数定义：线性四端网络输入端的信噪比与 输出端的信噪比之比值。 输出端的信噪比之比值。
2 vn
设输入端的信号功率为 P ，由信号源内阻产生的 si 噪声功率为 P ，而网络的输出端负载上所得到的信号 ni 功率和噪声功率分别为 P 、 no，噪声系数定义为 so P
NF = 输 信 比 P P 入 噪 = si ni 输 信 比 P P 出 噪 so no
2.2.1
电阻热噪声
表征电阻热噪声的特征，主要从以下两个方面考虑。 表征电阻热噪声的特征，主要从以下两个方面考虑。 1、频谱 由于这些小电流脉冲的持续时间极短， 由于这些小电流脉冲的持续时间极短，因此它 的频谱几乎占有整个无线电频段。 的频谱几乎占有整个无线电频段。 2、功率谱密度 由于电流脉冲的随机性，其大小方向均不确定， 由于电流脉冲的随机性，其大小方向均不确定，不 能用它们的电流谱密度叠加，因此引入功率谱密度 S( f ) 能用它们的电流谱密度叠加， 的概念 的概念。 表示单位频带内的电流（或电压） 功率谱密度 S( f )：表示单位频带内的电流（或电压） 均方值， dBm／Hz（dBm表示1mW功率 表示1mW功率）。 均方值，单位是 dBm／Hz（dBm表示1mW功率）。
NF
Psi 1 = = = L Pso Gp
上式说明，无源网络的噪声系数等于其功率传输系数的倒数， 上式说明，无源网络的噪声系数等于其功率传输系数的倒数， 这是因为产生网络噪声的有损元件， 或等于网络的衰减 L 。这是因为产生网络噪声的有损元件，正 是导致网络传输信号衰减的因素。 是导致网络传输信号衰减的因素。 举例：求长度为50 m，衰减量为0.082dB/m高频电缆的噪 举例：求长度为50 m，衰减量为0.082dB/m高频电缆的噪 声系数。 声系数。 解：50 米电缆的总损耗为 L = 50×0.082 = 4.1 （dB） 50× dB） 4.1 故其对应衰减值为 0.41 10
R1 + R2 其中： 其中： G = G1 + G2 = R1 R2
i
2 n1
2 i n2
i
2 n12 in2来自vR1 R2 v = 4kT B R1 + R2
2 n
2.2.2 天线噪声
接收天线位于接收机的最前端，并作为接收 接收天线位于接收机的最前端， 机的信号源， 机的信号源，其噪声大小对通信质量有极大 的影响 接收机天线的噪声除了其损耗元件所产生的 热噪声外，还包含来自天空、 热噪声外，还包含来自天空、大气的各种外 部噪声，而且一般来说，后者远大于前者。 部噪声，而且一般来说，后者远大于前者。
或用dB表示为 或用 表示为
P P (NF )dB =10lg si ni P P so no
噪声系数通常只适用线性网络
P Gp = so 若设线性网络的功率增益 P si
则噪声系数可以改写为
NF =
P P P P P si ni = si no = no P P P P Gp P so no so ni ni
P Gp = so P si
Psi / Pni Pno Pno NF = = = Pso / Pno G p Pni G p kTB
噪声系数
无源四端网络噪声系数的简化表示
对于无源网络，当输入输出端均匹配时，其额定噪声输入、 对于无源网络，当输入输出端均匹配时，其额定噪声输入、 输出功率将满足
Pni = Pno = kTB
NF 越大。 越大。
越大， （3）线性网络的功率增益 Gp 越大，噪声系数 ）
NF 越小。 越小。
这说明为了降低网络的噪声系数应设法增大线性网 络的功率增益。 络的功率增益。 8.3.2
为了计算和测量的方便， 为了计算和测量的方便，噪声系数也可以用额定功 率和额定功率增益的关系来定义。 率和额定功率增益的关系来定义。 所谓的额定功率是指信号源所能输出的最大功率。 所谓的额定功率是指信号源所能输出的最大功率。 为了使信号源有最大输出功率，对于图所示的网络， 为了使信号源有最大输出功率，对于图所示的网络， 必须使放大器的输入电阻 配，也即应使 Ri = Rs。 因而额定输入信号功率为 Vs2 P = si 4Rs 额定输入噪声功率
天线噪声
PNA = 4kTRA BN
PNA是天线端口的输出热噪声功率 R A是天线的辐射等效电阻值
对天线噪声的抑制
低温 提高天线增益和方向性 调整天线方位， 调整天线方位，避免强噪声源
2.2.3 噪声系数
一个实际网络的输出信号质量 一个实际网络的输出信号质量可以用输出信噪比 输出信号质量可以用输出信噪比 来衡量
电阻网络的噪声功率的计算 1、串联电阻的噪声等效电路 、
R = R1 + R2
v v v v
v =v +v
2 n 2 n1
2 n2
= 4kTRB
如果两个电阻的工作温度不同： 如果两个电阻的工作温度不同：
T1 R1 + T2 R2 T= R1 + R2
2、并联电阻的噪声等效电路
2 2 2 in = in1 + in 2 = 4 kTGB
P nao 1 和 P nao
由 NF
分别表示两网络的附加噪声功率。 分别表示两网络的附加噪声功率。 Pnao 1 = ( N F 1 − 1 ) G p 1 kTB Pnao = 1+ 得到： 得到： P = ( N − 1)G kTB
2
G P Pni
nao 2
F2
p2
而级联网络的总的输出噪声功率为： 而级联网络的总的输出噪声功率为：
P =1+ ano Gp P ni
由上式可以得出下述结论： 由上式可以得出下述结论： （1）当线性网络本身不产生噪声，即 P = 0时， ）当线性网络本身不产生噪声， ano
NF =1，故为无噪声的理想网络。 故为无噪声的理想网络。
越大， （2）线性网络本身产生的噪声P 越大，噪声系数 ） ano
第2章
噪声与干扰
2.1 概述 2.2 噪声 2.2.1 电阻热噪声 2.2.2 天线噪声 2.2.3 噪声系数 2.3 干扰 2.3.1工业干扰 2.3.1工业干扰 2.3.2 天电干扰 2.4 发射机和接收机的主要性能指标
2.1
概述
噪声与干扰泛指有用信号以外的其它一切无用信号。 噪声与干扰泛指有用信号以外的其它一切无用信号。 一般来说，噪声是指电路内部产生的无用信号； 一般来说，噪声是指电路内部产生的无用信号； 干扰则是指电路外部的无用信号。 干扰则是指电路外部的无用信号。 噪声是一种随机信号， 噪声是一种随机信号，它来源于通信系统中的各元器 其频谱分布于整个无线电工作范围。 件，其频谱分布于整个无线电工作范围。
2.2 噪声
电阻热噪声是通信系统内部噪声的主要来源 电阻热噪声是由电阻内部自由电子的热运动 而产生的。 而产生的。 产生机理：电阻中的带电微粒（自由电子） 产生机理：电阻中的带电微粒（自由电子）在一定温
度下受到热激发后，在导体内部作无规则的运动而相互碰撞， 度下受到热激发后，在导体内部作无规则的运动而相互碰撞， 两次碰撞之间行进时，就产生一持续时间很短的脉冲电流。 两次碰撞之间行进时，就产生一持续时间很短的脉冲电流。 许多这样的随机运动的电子所产生的这种脉冲电流的组合， 许多这样的随机运动的电子所产生的这种脉冲电流的组合， 就在电阻内部形成了无规律的电流。电流的方向是随机的， 就在电阻内部形成了无规律的电流。电流的方向是随机的， 因而平均值为0， 因而平均值为 ，但电子的这种随机运动还会产生一个交流 电流成分（起伏电流），这个交流成分称为热噪声。 电流成分（起伏电流），这个交流成分称为热噪声。 ），这个交流成分称为热噪声
为便于运算，把电阻R看作一个噪声电压源（ 为便于运算，把电阻R看作一个噪声电压源（或电 流源）和一个理想无噪声的电阻串联（或并联），如 流源）和一个理想无噪声的电阻串联（或并联），如 ）， 图所示。 图所示。
8.2.1
当实际电路中包含多个电阻时。 当实际电路中包含多个电阻时。每一个电阻都将引 入一个噪声源。一般若有多个电阻并联时， 入一个噪声源。一般若有多个电阻并联时，总噪声电流 等于各个电导所产生的噪声电流的均方值相加，如图 等于各个电导所产生的噪声电流的均方值相加， (a)；若有多个电阻串联时， (a)；若有多个电阻串联时，总噪声电压等于各个电阻所 产生的噪声电压的均方值相加， (b)。 产生的噪声电压的均方值相加，如图 (b)。
表示噪声的电流功率谱密度。 表示噪声的电流功率谱密度。
8.1
理论和实践证明，当温度为T（K）时，阻值为R的电阻 理论和实践证明，当温度为T 阻值为R 所产生的噪声电压功率谱密度和噪声电流功率谱密度分别 为
1 SI ( f ) = 4kT = 4kTG R
在频带宽度B内产生的热噪声电压均方值和电流的均 在频带宽度B 方值分别为