《通信》课件第九讲 噪声

第九讲 噪声G噪声来源n热噪声n太阳辐射n宇宙辐射n其他n电火花、电磁泄漏、电磁辐射等n（注：除了热噪声外，其他的噪声在一定条件下是可以认为消除的）热噪声n电子热运动造成n分析和实验表明n阻值为R的电阻两端所呈现的热噪声电压呈高斯分布，其均值为0，方差为 ，其单边功率谱密度为热噪声功率谱密度n其中nT为物体的绝对温度；nh为普朗克常数，6.625410-34(J.s)nk 为玻尔茨曼常数，1.380541023（J/K）输出噪声功率谱密度n匹配n输出噪声功率谱密度为N(f)/4R大部分温度和频带下290kN0-174dBm/Hz等效噪声温度Ten信号经过网络时，除了输入端的噪声经过网络，另外网络本身也产生热噪声，因此输出端的热噪声变多了。n将网络内部产生的噪声在输入端等效成一个具有一定温度的热噪声通过无噪的网络，该等效温度即为等效噪声温度等效噪声温度。等效噪声温度表示了一个网等效噪声温度表示了一个网络的内部噪声情况络的内部噪声情况。n设内部产生噪声功率为，其中G为网络增益。n通常无源网络可以通过计算各电阻在工作温度下产生的噪声，然后根据电路等效得到输出的噪声功率，但是对于有源网络的噪声分析就复杂多了。噪声系数Fn噪声系数F=(S/N)i/(S/N)o nF的定义是：若一个电阻与线性网络匹配连接，当该电阻处于室温（290K）下，输入信噪比与输出信噪比的比值。n（注：当匹配电阻不在常温下时，不能使用噪声系数，而应该使用等效噪温）噪声系数F与等效噪温Te的关系n表示了网络内部噪声的情况级联网络的等效噪温n计算公式n其中nTei是第i级网络的等效噪温，nGi是第i级网络的增益n思考：换成噪声系数的表示形式？天线等效噪温Tan天线噪声通过馈线进入接收机，当馈线损耗足够小、接收机采用了LNA后，天线噪声就限制了接收系统噪声的进一步降低。n天线噪温的定义为 TaPa/kB n其中Pa是在B带宽内天线在匹配情况下所接收到的噪声功率，该噪声功率来源与热噪声不同，它可以是（1）天线固有的电阻特性损耗引起的噪声（2）太阳系噪声该部分噪声与太阳活动、天线仰角、方向等均有关系（3）宇宙噪声（4）大气噪声及降雨噪声（5）地面噪声 n典型值：12GHz,线极化,1.8m天线，仰角为30度以上时等效噪温为30K4GHz，圆极化，30m天线，仰角大于30度时等效噪温约为22K。馈线的噪声系数n在匹配的情况下，馈线的噪声系数为nF=Ln其中，L是馈线损耗（功率）卫星通信中的等效噪温n以卫星通信接收机的输入端作为参考点 nTe=Ta/L+(1-1/L)Tk+Tern这里Ta是天线等效噪温L是馈线损耗Tk是馈线环境温度Ter是接收机等效噪温n以馈线输入点作为参考点的等效噪温为Te=Ta+(L-1)Tk+Lter可以看到如果要减小卫星系统的等效噪温，需要减小L和Ter。典型的Tern国际上LNA性能大致如下：n4GHz，n氦制冷参量放大器，其T为15K左右，但结构复杂；n热电制冷的参量放大器，3540K，增益大于60dB，且结构简单，因此得到广泛应用；n热电制冷的场效应管放大器，7990K，很有发展前途n隧道二极管放大器及晶体管放大器，500K以上n12GHz段n低温参量放大器，45Kn常温参量放大器150K以上n场效应管放大器约为300K。无线通信中的典型参数nGSM基站接收机的噪声系数为10dB左右