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接收机噪声系数对接收灵敏度影响作者：金瑾蔡宁霞 薛红来源：《商品与质量•房地产研究》2015年第02期摘要：接收机是由天线、滤波器、放大器和A/D转换器组成的电路系统，在微波通讯系 统中，接收机要处理很微弱的信号，一般来说，若无噪声干扰，只要经充分放大，即便是十分 微弱的信号也会被检测出来，但实际中，系统各个部分不可避免地存在着附加噪声，微弱的信 号往往被淹没在这些噪声中，从而影响到接收机检测信号的灵敏度关键词：接收机；噪声系数；接收灵敏度引言接收机的主要任务是将天线收到的微弱回波信号从噪声中选择出来，经过放大和解调之后 传输给信号处理等设备如果没有噪声，那么无论信号如何微弱，只要充分加以放大，信号总 是可以被检测出来的但在实际应用中不可避免的会存在噪声，它与我们所需的信号一起被放 大或衰减，妨碍对信号的辨别，这些噪声信号严重影响雷达接收机的灵敏度根据方程可知， 提高接收机灵敏度是提高雷达作用距离的一个重要途径所以对接收机的噪声进行研究分析， 了解噪声的来源、种类和特性，有助于我们找出降低接收机噪声，提高其灵敏度的方法，从而 提高雷达的探测距离一、接收机的噪声接收机的噪声来源是多方面的，主要可以分为两种，即内部噪声和外部噪声。

内部噪声主 要由接收机中的馈线、电路中的电阻元器件、放大器、混频器等产生；外部噪声是通过天线引 入的，有各种人为干扰、天线热噪声、天电干扰、宇宙干扰和工业干扰等这些干扰噪声的频 谱各不相同，它对接收机的影响与雷达所采用的频率密切相关，其中以天线的热噪声影响最 大所以，在一般情况下，接收机噪声的主要来源于电阻热噪声、天线热噪声和接收系统的噪（一）电阻热噪声电阻热噪声是由于导体中自由电子做无规则热运动形成的一个有一定电阻的导体，只要它的温度不是热力学绝对零度，那么有效噪声功率为Pn=kTB （1 ）可以看出热噪声功率只与电阻温度和接收机的带宽有关二）天线噪声天线噪声是接收机外部进来的噪声，它包括的天线的热噪声和宇宙噪声天线的热噪声是 由天线为介质热运动产生的电磁辐射，宇宙噪声是由太阳系产生的噪声这些噪声被雷达接收 机的天线接收进入接收机后性至与电阻的热噪声相似，其电压均方值可以表示为eA=4kTARAB （ 2 ）式（2）中TA为天线的噪声温度，RA为天线的辐射电阻当天线的辐射电阻和接收机输 入电阻匹配时，天线的有效噪声功率为PA=kTAB （ 3）（三）接收机内部噪声雷达接收机内部网络可以看成一个内阻抗为Z的无源二端传输网络，如图1所示。

当这个 接收机的输入阻抗Z*与噪声源内阻抗Z匹配时即Z*与Z共轭，设Pr为接收机内部噪声折合 到输入端的等效噪声功率，则Pr表示可以为Pr=kTrB （ 4）式（4）中，Tr为接收机内部噪声等效到输入端的噪声温度，可以看出Pr只与接收机等效 噪声温度和接收机带宽有关二、噪声系数与接收灵敏度的关系理论上，接收机在放大处理信号时，只放大天线所输入的信号及噪声，但实际上，接收机 还存在着自身的噪声，噪声系数是用于衡量接收机内部噪声水平的一个物理量，指接收机输入 端与输出端信噪比之比，噪声系数的值越大，则说明传输过程中掺入的噪声越大灵敏度是信 噪比能接受情况下，接收机可接收到的最小讯号，其与所要求的信号质量及接收机本身的噪声 系数有关，接收机的灵敏度越高，则可接收的信号越弱，作用的距离也就越远作为衡量接收微弱信号能力的表示方法，噪声系数和灵敏度可以互相换算，其换算公式 为：Umin=e={4KTBRNfC/N}式中Umin表示灵敏度，Nf表示噪声系数，K、T、B、R分别表示波兹曼常数、信号源的绝对温度、信号匹配带宽和接收机输入阻抗，C/N表示限幅器输入端门限载噪比，其中波兹曼常数为1.38X10-23J/K, T为常温290K,由公式可知，若给定信号匹配带宽B、输入阻抗R和 限幅器输入端门限载噪比C/N,则噪声系数决定着接收机的灵敏度。

由于噪声系数的概念较易理解，在产品和电路设计中往往被用来表示噪声性能，并对接收 机的总体灵敏度进行预测，而由噪声系数和灵敏度的定义可知，噪声系数对接收机的灵敏度有 着关键的影响，噪声系数越大，则接收机的灵敏度越低，反之，噪声系数越小，接收机的灵敏 度越高当今随着电子对抗及隐身技术发展，要求侦查或接收信号能量越来越微弱，对接收机 的灵敏度要求也更高，这也就要求要最大限度降低接收机的噪声系数，从而提高接收机的灵敏 度，增大接收机的作用距离三、降低接收机噪声系数的方法接收机是由多个单元部件级联组成的，其总噪声系数可根据各单元的噪声系数计算得出， 级联部件噪声系数的计算如图 1所示图 1：级联部件噪声系数的计算其中F表示某个单元的噪声系数，G为增益，据此得出接收机各单元部件级联后的总噪声 系数为：由上述公式可知，在接收机总噪声系数中，级数越靠前的部件噪声系数影响越大，因此， 要降低噪声系数，提高接收机的灵敏度，则可通过减少前几级单元的噪声系数、减少损耗和提 高增益来实现以某型号的雷达接收机为例，其各部件级联情况如图 2所示图2某型号雷达接收机从以上分析可知，要降低该型号雷达接收机的噪声系数，则可通过以下措施实现：① 馈源馈线。

雷达的馈源馈线系统是比较复杂的，包括功率极化器、移相器、T型管、放 电器、同轴变换器等微波器件上述这些器件的功率传输系数都小于 1，必然会产生一定损 耗，使接收机的噪声系数增大因此，可以采用低损耗的馈源馈线部件，同时采用匹配电路连 接② 高频放大器功率增益大、噪声系数低的高频放大器，对雷达接收机能否具有低噪声性 能具有决定性意义目前微波砷化镓场效应管低噪声放大器（GaAsFETA）和高电子迁移场效 应管（HEMT）放大器获得了广泛应用，它们噪声系数低、增益和工作频率更高且与微波单片 集成电路（MMIC）兼容，S是性能较好的高频放大器③ 混频器混频器的噪声系数通常等于其变频损耗在采用了高频放大器后，对混频器的 噪声性能要求并不能降低，更何况对于某些有特殊要求的接收机，没有低噪声高频放大器而直 接用混频器作为接收机的前端，混频器噪声的影响就极为重要为了减小混频器的噪声，保证 接收系统有较低的噪声系数，可以采用镜像抑制混频器、双平衡混频器或者低变频损耗的砷化 镓肖特基混频二极管，降低混频器输出的中频噪声，提高混频器输出端性噪比④ 中频放大器中频放大器一般分为前中放和主中放部分中放的作用是将混频器输出的 微弱中频信号进行功率放大。

为了使接收机电路具有低噪声、高额定功率增益的性能，可以采 用共射-共基极级联电路或共阴-共栅极级联电路结语接收机的噪声对接收机的灵敏度有着很大的影响，其噪声的来源有很多，其中内部噪声的 干扰和影响较外部噪声大得多，而作为衡量接收机内部噪声水平的物理量，噪声系数对接收机 的灵敏度有着关键的影响，因此，为提高接收机的灵敏度需积极采取一定的措施降低噪声系 数，从而提高接收机性能参考文献[1] 黄涛，郭伟，张祖荫•噪声系数测量中的损耗修正技术[J].现代雷达.2005 (02)[2] 栾铸徵，王金锋•阵列接收噪声系数分析[J].雷达与对抗.2010(04)⑶赵丽，张信民•噪声系数的测量方法研究[J].雷达与对抗.2011(03)[4]孙金泉，喻廷翔，杨江平•基于综合测试的雷达噪声系数测试研究[J].空军预警学院学 报.2013(04)。