噪声功率谱密度 及其工程应用

目录

（一） 噪声的来源与类型 1. 自然界噪声 2. 人为噪声 3. 电路噪声 （二） 噪声量值 1. 尼奎斯特定理 2. 资用热噪声功率 3. 资用噪声功率譜密度 4. 噪声温度

5. 噪声系数（F）和 等效噪声温度（Te）的关系 1） 噪声系数定义

2） 多级级联放大器的噪声系数

3） 噪声系数（F）和 等效噪声温度（Te）的换算关系 6．系统的噪声功率譜密度 （三） 噪声功率谱密度的工程应用 1. 噪声功率谱密度在工程上的实用意义

2. 用噪声功率譜密度来核算各级信号噪声电平的设计实例 3. 用噪声功率譜密度的测量来分析、计算、判断系统灵敏度的前提和注意事项

(一） 噪声的来源与类型

噪声是一种自然现象。是物质的一种运动形式。广义上，噪声就是扰乱或干扰有用信号的不期望的扰动。它使通过网络传输的信号受到干扰或使之失真。研究表明，常见的噪声是由大量短促脉冲叠加而成的随机过程，它符合概率论的规律，可以用统计方法进行处理。在雷达、通信、电视和测量等无线电系统中，噪声分为内部和外部两类。内部噪声是指设备内部各种器件、部件产生的热噪声、霰弹噪声等，也称电路噪声；外部噪声则指宇宙和大气辐射的自然界噪声以及各种电器产生的人为噪声。

噪声体系图 大气 噪声 宇宙 噪声 热噪声 散弹 噪声 自然界 噪声 人为 噪声 电路 噪声 外部 噪声 内部 噪声 噪声

1、 自然界噪声 1） 大气噪声

大气噪声又称天电噪声。当雷雨天带电云层之间的电位差足够高时，便出现“闪电”现象。这种放电现象也可发生在云层和大地之间。业已发现，地球相对于电离层的电位为负300 000V。这是因为宇宙射线总是在给大气层充电。通常，云层底部带负电，云层下方的大地带正电。由于大地和云层间极大的电压，导致了放电的产生。但“闪电”时的巨大火花引起的噪声对频率为30MHz以上的信号的传输影响较小。

2） 宇宙噪声

这类噪声来自太阳和银河系的星体。它们产生的噪声是这些星体的高温辐射引起的，其辐射的譜密度在相当宽的频率范围内都是均匀的。常用于监测距地球许多光年的天体的信息及系统G/T值的测量。

2、人为噪声

电器点火系统产生火花时便形成了人为噪声。例如，电源开关通断时产生的火花、发电机的电枢旋转时电刷和整流子之间产生的电弧等均是人为噪声源。

3、电路噪声 1） 热噪声

热噪声是指处于一定热力学状态下的导体中所出现的无规则电涨落，它是由导体中自由电子的无规则热运动引起,其大小取决于

物体的热力学状态。电阻中的热噪声是一种大量短促脉冲叠加而成的随机过程，其平均值等于零，热噪声电压的瞬时值和平均值都无法计量。因此，虽不能写出这一过程的数学表达式，但通过理论分析和实验表明，噪声过程遵守概率论的规律。可用统计的方法进行描述。通常用均方电压、均方电流或功率来描述热噪声的大小。

在噪声计量测试中，根据电阻产生热噪声的原理，已建立了绝对噪声标准并研制成了各种热噪声发生器。

除电阻热噪声外，气体放电管放电时也产生热噪声。它是由于气体放电时等离子区中电子无规则热运动引起的，噪声功率的大小由放电气体的性质、压力和放电管的直径等决定。

气体放电管噪声发生器的输出功率十分稳定。在微波频段广泛用作次级标准噪声源。

2）散弹噪声

散弹噪声又称散粒噪声。它是由有源器件（如真空管、P-N结晶体管等）中的直流电流或电压随机起伏引起的。

在真空二极管中，电子由阴极发射向板极运动形成电流。由于阴极在每一瞬间发射的电子数目、电子发射的时间和速度的无规则性，导致二极管的板流在某一平均值附近起伏，其平均值的大小取决于阴极材料、尺寸和温度，而电流的起伏就是散弹噪声。

同真空二极管一样，当P-N结加上正向直流电压后，由无数载流子（电子或空穴）的迁移形成电流流动。由于各个载流子的速度不同，致使在单位时间内通过P-N结空间电荷区的载流子数目不完全