[工学]第2章噪声与干扰

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1、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2.3.2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。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。噪声是一种随机信号，它来源于通信系统中的各元器件，其频谱分布于整个无线电工作范围。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

2、热噪声、晶体管噪声、场效应管噪声和天线噪声。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。由于电流脉冲的随机性，其大小

3、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。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

4、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。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。8.2.1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)。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

5、噪声功率的计算2、并联电阻的噪声等效电路其中：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。天线噪声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噪声

6、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。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；8.3.2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

7、又可表示为（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。8.3.2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。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8.3.2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。由上两式知，不管信号源

8、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