第噪声与干扰演示文稿

第噪声与干扰演示文稿第一页，共三十七页。（优选）第噪声与干扰第二页，共三十七页。干扰可分为自然的和人为的干扰。自然干扰有天电干扰、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。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、场效应管噪声和天线噪声。第三页，共三十七页。电阻热噪声是由电阻内部自由电子的热运动而产生的。2.2噪声2.2.1电阻热噪声电阻热噪声是通信系统内部噪声的主要来源产生机理：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，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，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，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。第四页，共三十七页。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的概念。

8.1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，因此它的频谱几乎占有整个无线电频段。

2、功率谱密度功率谱密度：表示单位频带内的电流（或电压）均方值，单位是dBm／Hz（dBm表示1mW功率）。表示噪声的电流功率谱密度。第五页，共三十七页。

在频带宽度B内产生的热噪声电压均方值和电流的均方值分别为以上各式中，为玻耳兹曼常数（SoltzmannConstant）=1.38×；为热力学温度，单位为。理论和实践证明，当温度为T（K）时，阻值为R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，故常把热噪声称为白噪声或高斯噪声。第六页，共三十七页。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），如图所示。第七页，共三十七页。

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，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(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，如图(b)。第八页，共三十七页。1、串联电阻的噪声等效电路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第九页，共三十七页。2、并联电阻的噪声等效电路其中：第十页，共三十七页。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、大气的各种外部噪声，而且一般来说，后者远大于前者。第十一页，共三十七页。天线噪声第十二页，共三十七页。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，避免强噪声源第十三页，共三十七页。2.2.3噪声系数信噪比越大，信号质量越好。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引入噪声系数来描述或评价一个网络的噪声性能一个实际网络的输出信号质量可以用输出信噪比来衡量第十四页，共三十七页。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。第十五页，共三十七页。设输入端的信号功率为，由信号源内阻产生的噪声功率为，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，噪声系数定义为或用dB表示为噪声系数通常只适用线性网络第十六页，共三十七页。则噪声系数可以改写为式中，为信号源内阻产生的噪声经过线性网络后在输出端产生的噪声功率；若设线性网络的功率增益第十七页，共三十七页。而线性网络输出端的总噪声功率应等于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，即显然，，故线性网络的噪声系数总是大于1。为了更清楚地了解网络产生的噪声，对信噪比的影响，噪声系数又可表示为第十八页，共三十七页。（1）当线性网络本身不产生噪声，即时，，故为无噪声的理想网络。（2）线性网络本身产生的噪声越大，噪声系数越大。（3）线性网络的功率增益越大，噪声系数越小。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络的功率增益。第十九页，共三十七页。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与信号源内阻相匹因而额定输入信号功率为额定输入噪声功率

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。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。第二十页，共三十七页。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T和系统带宽B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内阻的增加而减小，这也放大器的额定功率增益是指放大器（或线性网络）的输入端和输出端分别匹配（率增益，即、）时的功噪声系数第二十一页，共三十七页。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、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，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。举例：求长度为50m，衰减量为0.082dB/m高频电缆的噪声系数。解：50米电缆的总损耗为L=500.082=4.1（dB）故其对应衰减值为

NF=L=2.57第二十二页，共三十七页。级联网络的噪声网络1网络2和分别为两网络的额定功率增益。和分别为两网络的噪声系数。和分别表示两网络的附加噪声功率。由得到：而级联网络的总的输出噪声功率为：第二十三页，共三十七页。如令为级联网络的总功率增益：依此类推，n级级联网络的总的噪声系数为：上式说明：级联网络的噪声系数，主要由网络前级的噪声系数确定。前级的噪声系数越小，功率增益越高，则级联网络的噪声系数就越小。则级联网络的等效噪声系数为第二十四页，共三十七页。例1：某接收机前端电路由混频和中放组成。已知混频器的噪声系数为7，功率传输系数为0.2,中放的噪声系数为3，功率增益求级联后的噪声系数；若在混频器前加一高放，高放的噪声系数为3dB，增益为10dB，问此时级联后的噪声系数为多少？解：第一种情况混频器中放第二种情况混频器中放高放第二十五页，共三十七页。例2：某接收机由高放、混频、中放三级电路级联组成。已知混频器的额定功率增益，噪声系数，中放噪声系数，高放噪声系数。如要求加入高放后使整个接收机总噪声系数降低为加入前的1/10，则高放的额定功率增益应为多少？解：已知混频器中放1.未加高放时第二十六页，共三十七页。2.加高放后噪声系数应为又第二十七页，共三十七页。减小噪声系数的措施

在放大或其它电路中，电子器件的内部噪声起着重要作用。因此，改进电子器件的噪声性能和选用低噪声的电子器件，就能大大降低电路的噪声系数。根据上面讨论的结果，可提出如下减小噪声系数的措施：

一、选用低噪声元、器件第二十八页，共三十七页。小的管子（可由手册查得，但必须是高频工作时的数值）。除采用晶体管外，目前还广泛采用场效应管做放大器和混频器，因为场效应管的噪声电平低，尤其是最近发展起来的砷化镓金属半导体场效应管（MESFET），它的噪声系数可低到0.5～ldB。（）和噪声系数

对晶体管而言，应选用

在电路中，还必须谨慎地选用其他能引起噪声的电路元件，其中最主要的是电阻元件。宜选用结构精细的金属膜电阻。第二十九页，共三十七页。图可看出，对于不同的信号源内阻，最佳的值也不同。晶体管的

与

的关系曲线

二、正确选择晶体管放大级的静态工作点第三十页，共三十七页。三、选择合适的信号源内阻信号源内阻变化时，也影响的大小。当某一最佳值时，可达到最小。根据上面的讨论，噪声电压都与通带宽度有关。接收机或放大器的带宽增大时，接收机或放大器的各种内部噪声也增大。因此，必须严格选择接收机或放大器的带宽，使之既不过窄，以能满足信号通过时对失真的要求，又不致过宽，以免信噪比下降。四、选择合适的工作带宽第三十一页，共三十七页。热噪声是内部噪声的主要来源之一，所以降低放大器、特别是接收机前端主要器件的工作温度，对减小噪声系数是有意义的。对灵敏度要求特别高的设备来说，降低噪声温度是一个重要措施。共发一共基级联的放大器、共源一共栅级联的放大器都是优良的高稳定和低噪声电路。五、选用合适的放大电路六、热噪声第三十二页，共三十七页。2.3干扰信号在传输过程中，不可避免地会受到各种无用信号的干扰，这些干扰是限制通信系统性能的主要因素。自然干扰：包括天电干扰、宇宙干扰和大地干扰。

人为干扰：包括工业干扰和无线电台的干扰。第三十三页，共三十七页。2.3.1工业干扰

工业干扰是由各种电气装置中发生的电流（或电压）急剧变化所形成的电磁辐射，并作用在接收机天线上所产生的。例如：马达、电焊机、高频电气装置、电疗机、X光机、电气开关等。从工业干扰的性质来看，它们大都属于脉冲干扰。第三十四页，共三十七页。2.3.2天电干扰

天电干扰的来源：自然界的雷电现象、带电的雨雪和灰尘的运动，以及它们对天线的冲击。天电干扰的性质：脉冲性质。第三十五页，共三十七页。2.4发射机和接收机的主要性能指标2.4.1发射机的主要指标发射机的主要