第2章噪声与干扰优质PPT.ppt

1、人为干扰主要有工业干扰、宇宙干扰和大地干扰等。人为干扰主要有工业干扰和无线电台的干扰。干扰和无线电台的干扰。噪声可分为外部的和内部的噪声。内部噪声主噪声可分为外部的和内部的噪声。内部噪声主要有电阻热噪声、晶体管噪声、场效应管噪声和天要有电阻热噪声、晶体管噪声、场效应管噪声和天线噪声。线噪声。电阻热噪声是由电阻内部自由电子的热运动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。2.2 噪声噪声2.2.1 2.2.1 电阻热噪声电阻热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通信系统内部噪声的主要来源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通信系统内部噪声的主要来源

2、 产生机理：产生机理：电阻中的带电微粒（自由电子）在一定温电阻中的带电微粒（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，因而平均值为因而平均值为0，但电子的这种随机运动还会产生一个交流，但电子的这种随机运动

3、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。由于电流脉冲的随机性，其大小方向均不确定，不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能用它们的电流谱密度叠加，因此引入功率谱密度 的概的概念。念。8.1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 1、频谱、频谱 由于这些小电流脉冲的持续时间极短，因此它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 2、功率谱密度、功率谱密度功率谱密度

4、功率谱密度 ：表示单位频带内的电流（或电压）：表示单位频带内的电流（或电压）均方值，单位是均方值，单位是 dBmdBmHzHz（dBmdBm表示表示1mW1mW功率）。功率）。表示噪声的电流功率谱密度。在频带宽度在频带宽度B B内产生的热噪声电压均方值和电流的均内产生的热噪声电压均方值和电流的均方值分别为方值分别为 以上各式中，以上各式中，为玻耳兹曼常数（为玻耳兹曼常数（Soltzmann ConstantSoltzmann Constant）=1.38=1.38；为热力学温度，单位为为热力学温度，单位为 。理论和实践证明，当温度为理论和实践证明，当温度为T T（K K）时，阻值为）时，阻值为

5、R R的电阻的电阻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为 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，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，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。为便于运算，把电阻为便于运算，把电阻R R看作一个噪声电压源（或电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。每一个电阻都将引当实际电路中包含多个电阻时。每一个电阻

6、都将引入一个噪声源。一般若有多个电阻并联时，总噪声电流入一个噪声源。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，如图 （a）（a）；若有多个电阻串联时，总噪声电压等于各个电阻所；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，如图产生的噪声电压的均方值相加，如图 （b）（b）。1、串联电阻的噪声等效电路、串联电阻的噪声等效电路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：电阻网络的噪声功率的计算电阻网络的噪声功率的计算2、并联电阻的噪声等效电路、并联电阻的噪声等效电路其中：其中：2.

7、2.2 2.2.2 天线噪声天线噪声n n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，并作为接收机的信号源，其噪声大小对通信质量有极大机的信号源，其噪声大小对通信质量有极大的影响的影响n n接收机天线的噪声除了其损耗元件所产生的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、大气的各种外热噪声外，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。天线噪声对天线噪声的抑制对天线噪声的抑制n低温低温n提高天线增益和方向性提高天线增益和方向性n调整天线方位，避免强噪声源调整天线方位，避免强噪声源2.2.3 2

8、.2.3 噪声系数噪声系数n n信噪比越大，信号质量越好。信噪比越大，信号质量越好。n n但信噪比不能反映网络对信号质量的影响，但信噪比不能反映网络对信号质量的影响，但信噪比不能反映网络对信号质量的影响，但信噪比不能反映网络对信号质量的影响，也不能表示网络本身噪声性能的好坏也不能表示网络本身噪声性能的好坏也不能表示网络本身噪声性能的好坏也不能表示网络本身噪声性能的好坏n n引入引入噪声系数噪声系数来描述或评价一个网络的来描述或评价一个网络的噪声性能噪声性能n n一个实际网络的一个实际网络的一个实际网络的一个实际网络的输出信号质量输出信号质量输出信号质量输出信号质量可以用输出信噪可以用输出信噪可

9、以用输出信噪可以用输出信噪比来衡量比来衡量比来衡量比来衡量 噪声系数定义：线性四端网络输入端的信噪比与噪声系数定义：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。设输入端的信号功率为设输入端的信号功率为，由信号源内阻产生的，由信号源内阻产生的噪声功率为噪声功率为，而网络的输出端负载上所得到的信号，而网络的输出端负载上所得到的信号、功率和噪声功率分别为功率和噪声功率分别为，噪声系数定义为，噪声系数定义为 或用或用dB表示为表示为 噪声系数通常只适用线性网络噪声系数通常只适用线性网络则噪声系数可以改写为则噪声系数可以改写为 式中，式中，为信号源内阻为信号源内阻 产生的噪声

10、经过线性网络后产生的噪声经过线性网络后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若设线性网络的功率增益若设线性网络的功率增益而线性网络输出端的总噪声功率而线性网络输出端的总噪声功率应等于应等于 和线性网络本身的噪声在输出端产生的噪声功率和线性网络本身的噪声在输出端产生的噪声功率（网络的附加噪声功率）之和，即网络的附加噪声功率）之和，即 显然，显然，故线性网络的噪声系数，故线性网络的噪声系数 总是大于总是大于1。为了更清楚地了解网络产生的噪声，对信噪比的影为了更清楚地了解网络产生的噪声，对信噪比的影响，噪声系数又可表示为响，噪声系数又可表示为（1）当线性网络本身不产生噪声，即）当

11、线性网络本身不产生噪声，即 时，时，故为无噪声的理想网络。，故为无噪声的理想网络。（2）线性网络本身产生的噪声）线性网络本身产生的噪声 越大，噪声系数越大，噪声系数 越大。越大。（3）线性网络的功率增益）线性网络的功率增益 越大，噪声系数越大，噪声系数 越小。越小。8.3.2由上式可以得出下述结论：由上式可以得出下述结论：这说明为了降低网络的噪声系数应设法增大线性网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。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必须使放大器的输入电阻 与信号源内阻与信号源内

12、阻 相匹相匹因而额定输入信号功率为因而额定输入信号功率为 额定输入噪声功率额定输入噪声功率 8.3.2 为了计算和测量的方便，噪声系数也可以用额定功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。配，也即应使配，也即应使。由上两式知，不管信号源内阻如何，它产生的额定由上两式知，不管信号源内阻如何，它产生的额定噪声功率是相同的，其大小只与电阻所处的环境温度噪声功率是相同的，其大小只与电阻所处的环境温度T和和系统系统带宽带宽B B有关。有关。是为什么接收机采用低内阻天线的原因。而信号源额定功率却随着

13、内阻而信号源额定功率却随着内阻的增加而减小，这也的增加而减小，这也 放大器的额定功率增益是指放大器（或线性网络）放大器的额定功率增益是指放大器（或线性网络）的输入端和输出端分别匹配（的输入端和输出端分别匹配（率增益，即率增益，即、）时的功）时的功n n噪声系数噪声系数无源四端网络噪声系数的简化表示无源四端网络噪声系数的简化表示无源四端网络噪声系数的简化表示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、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

14、功率将满足输出功率将满足输出功率将满足输出功率将满足上式说明，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，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，或等于网络的衰减或等于网络的衰减或等于网络的衰减或等于网络的衰减 L L。这是因为产生网络噪声的有损元件，正。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：求长度为举例：求长度为50 m50 m，衰减量为，衰减量为，衰减量为，衰减量为0.082dB/m0.082dB/m高频电缆的噪高频电缆的噪高频电缆的噪高频电缆的噪声系数。声系数。解：50 50 米电缆的总损耗为米电缆的总损耗为米电缆的总损耗为米电缆的总损耗为 L=50L=50 0.082=4.1 0.082=4.1（dBdB）故其对应衰减值为故其对应衰减值为故其对应衰减值为故其对应衰减值为 N N