第章噪聲與干擾

第2章噪聲與干擾

2.1概述2.2噪聲2.3干擾2.4發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的主要性能指標(biāo)2.5本章小結(jié)清華大學(xué)出版社2.1概述在通信、電子設(shè)備中，接收機(jī)和放大器的輸出端除了輸出有用的信號(hào)之外，還會(huì)在信號(hào)中夾雜著有害的噪聲（noise）和干擾（interference）。如：在電視機(jī)屏幕上看到的“雪花點(diǎn)”。通過(guò)車載收音機(jī)收聽(tīng)節(jié)目時(shí)，若附近恰好有高壓電線路，收聽(tīng)到的聲音會(huì)出現(xiàn)“呲呲”的聲音。電視機(jī)上能隱約看到其他電臺(tái)的圖像輪廓收音機(jī)上能隱約聽(tīng)到其他電臺(tái)的聲音

2.2噪聲噪聲，總的來(lái)說(shuō)就是一個(gè)隨機(jī)信號(hào)。它由振幅隨機(jī)和相位隨機(jī)的頻率分量組成。雖然可以測(cè)定其長(zhǎng)周期的均方根值，但在某一時(shí)刻的確切幅度是不可預(yù)見(jiàn)的。如果可以預(yù)見(jiàn)噪聲的瞬時(shí)幅度，那么，噪聲問(wèn)題就不復(fù)存在了。理論上講，任何電子線路都有電子噪聲，但是通常電子噪聲的強(qiáng)度比有用信號(hào)的強(qiáng)度小很多，因此噪聲的影響主要出現(xiàn)在有用信號(hào)比較弱的場(chǎng)合，因?yàn)樵谶@種場(chǎng)合，噪聲的大小和有用信號(hào)的大小是可比擬的。

2.2.1電阻的熱噪聲

電阻中的帶電微粒（自由電子）在一定溫度下，受到熱激發(fā)后，在導(dǎo)體內(nèi)部作大小和方向都無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)（熱騷動(dòng)）。若以S(f)表示噪聲的功率譜密度，則由熱運(yùn)動(dòng)理論和實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于電阻的熱噪聲，其功率譜密度為：(2-1)式中，R表示電阻的阻值，k表示波爾茲曼常數(shù)（Boltzmannconstant）,等于1.38×10-23J/K，T表示電阻的絕對(duì)溫度，單位為K。2.2.1電阻的熱噪聲

假設(shè)我們所考慮的設(shè)備的通頻帶是理想的矩形，寬度為B，則電阻R的熱噪聲均方值電壓可表示為：即 (2-2)如果R為1KΩ，B為100KHz，則在室溫情況下（T≈300K），電阻R的噪聲電壓為：可見(jiàn)，電阻的噪聲電壓很小。2.2.1電阻的熱噪聲

電阻噪聲的等效電路，可以用一個(gè)理想的無(wú)噪聲電阻R和一個(gè)均方值為的噪聲電壓源的串聯(lián)來(lái)表示，或者用一個(gè)理想的無(wú)噪聲電阻R和一個(gè)起伏噪聲電流源來(lái)表示，如圖2.1所示。

(a)（b）圖2.1電阻熱噪聲等效電路根據(jù)等效電路的原理，可以求出，在通頻帶B內(nèi)，噪聲電流的均方值為：或?qū)懗善渲?，表示電?dǎo)。2.2.2電容的噪聲

一般，電容噪聲在電路設(shè)計(jì)中不是什么問(wèn)題。一個(gè)理想的電容是沒(méi)有噪聲的。它不是一個(gè)熱噪聲源。然而，一個(gè)實(shí)際的電容不是完全無(wú)耗的，有一定的串聯(lián)電阻和并聯(lián)漏阻。阻抗中的這些實(shí)數(shù)分量貢獻(xiàn)熱噪聲，但通常可以忽略不計(jì)。電容的噪聲模型是一個(gè)噪聲電流發(fā)生器與電容器的阻抗相并聯(lián)。其主要噪聲貢獻(xiàn)是在低頻，這時(shí)，電容的電抗不能有效旁通內(nèi)部噪聲。低頻過(guò)剩噪聲是主要的噪聲來(lái)源。在低頻電路應(yīng)用中，通常需要較大的電容量。往往采用電解電容，因?yàn)樗鼈兊捏w積小些。鉭電電解電容可用于低噪聲電路。鋁電解電容因其漏電嚴(yán)重、變形電流大，故不太理想。電解電容主要有兩種用法：旁路電容和耦合電容。從來(lái)都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)旁路電容給電路帶來(lái)噪聲，它本身的阻抗便有效地旁路了噪聲發(fā)生器。2.2.3二極管的噪聲

二極管的工作狀態(tài)可分為正偏和反偏兩種。在正偏二極管中，主要是直流電流通過(guò)P-N結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的散粒噪聲。半導(dǎo)體材料的體電阻熱噪聲可以忽略不計(jì)。

硅二極管工作電壓在4V以下是齊納二極管，7V以上是雪崩二極管，4V~7V之間兩種二極管都有。為了降低系統(tǒng)噪聲，最好選用低壓齊納二極管。

2.2.4晶體三極管的噪聲

在晶體管內(nèi)部，帶電粒子（電子和空穴）也經(jīng)常處于無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生相應(yīng)的“無(wú)規(guī)則”的電壓和電流，從而形成了晶體管的管內(nèi)噪聲。一般來(lái)說(shuō)，在一個(gè)放大電路中，晶體管的噪聲往往比電阻熱噪聲或電容噪聲要強(qiáng)得多，是影響接收機(jī)或測(cè)量?jī)x器靈敏度的重要因素。主要有：電阻熱噪聲、散粒噪聲、分配噪聲、閃爍噪聲(噪聲)等。2.2.5場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲

場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理與晶體三極管不同。場(chǎng)效應(yīng)管不是依靠少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)形成電流，因而散粒噪聲的影響非常小。場(chǎng)效應(yīng)管的溝道熱噪聲是由溝道中多數(shù)載流子的隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)引起的；柵極散粒噪聲是由于柵極泄漏電流Ig是通過(guò)柵—源P-N結(jié)產(chǎn)生的；場(chǎng)效應(yīng)管的閃爍噪聲是由于空間電荷層內(nèi)電荷的產(chǎn)生與復(fù)合，使得溝道電流產(chǎn)生波動(dòng)而引起的。同時(shí)，在高頻情況下，溝道載流子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱噪聲，除了產(chǎn)生溝道熱噪聲之外，還將通過(guò)柵電容將溝道電勢(shì)分布的起伏耦合到柵極上，從而使柵極電壓出現(xiàn)相應(yīng)起伏，形成感應(yīng)柵噪聲，這種感應(yīng)柵噪聲與溝道熱噪聲相關(guān)。

2.2.6天線的熱噪聲

天線的等效電路由輻射電阻Ra和電抗Xa組成。輻射電阻只表示天線接收或輻射信號(hào)功率，它不同于天線導(dǎo)體本身的電阻（天線導(dǎo)體本身的損耗近似等于零）。所以就天線本身而言，熱噪聲是非常小的。但是，天線周圍的介質(zhì)微粒時(shí)刻處于熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這種熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生擾動(dòng)的電磁輻射（噪聲功率），而這種擾動(dòng)輻射被天線接收，然后又由天線輻射出去。當(dāng)接收與輻射的噪聲功率相等時(shí)，天線和周圍的介質(zhì)處于熱平衡狀態(tài)，因此天線中存在噪聲的作用。熱平衡狀態(tài)下，天線中的熱噪聲電壓為：

式中，Ra為天線的輻射電阻；Ta為天線等效噪聲溫度。

2.2.7噪聲系數(shù)

衡量一個(gè)電子設(shè)備的噪聲性能，不能考慮設(shè)備的輸出噪聲功率的大小，輸出噪聲功率大，性能不一定不好，輸出噪聲功率小，性能不一定就好。信號(hào)和噪聲的相互關(guān)系通常用它們的功率之比來(lái)表示，即（或），簡(jiǎn)稱信噪比。其中，S為有用信號(hào)的平均功率；N為噪聲的平均功率。2.2.7噪聲系數(shù)

噪聲系數(shù)的定義：一個(gè)線性四端網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)Fn定義如下：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)輸入端接上一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源時(shí)，它的輸入端信噪比與輸出端信噪比之比值，就叫做該網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)。即：用分貝表示為：

2.2.7噪聲系數(shù)

噪聲系數(shù)的計(jì)算：額定功率，是指信號(hào)源所能輸出的最大功率，它是一個(gè)度量信號(hào)容量大小的參數(shù)，是信號(hào)源的一個(gè)屬性，它只取決于信號(hào)源本身的參數(shù)——內(nèi)阻和電動(dòng)勢(shì)，與輸入電阻和負(fù)載無(wú)關(guān)。為了使信號(hào)源輸出最大功率，要求信號(hào)源內(nèi)阻RS和負(fù)載電阻RL相匹配，即RS=RL。也就是說(shuō)，只有在匹配時(shí)負(fù)載才能得到額定功率值。而在網(wǎng)絡(luò)輸入端匹配時(shí)，信號(hào)源內(nèi)阻RS給出的熱噪聲功率Ni為最大，即：同理，額定輸出噪聲功率為：2.2.7噪聲系數(shù)

噪聲系數(shù)的計(jì)算：額定功率增益KPm是指四端網(wǎng)絡(luò)的輸出額定功率Psmo和輸入額定功率Psmi之比，即：根據(jù)噪聲系數(shù)的定義，分子和分母都是同一端點(diǎn)上的功率比，因此將實(shí)際功率改為額定功率，并不影響噪聲系數(shù)的定義，根據(jù)式（2-13）可得：

2.安2.嘗8減小史噪聲忠的措駕施目前厘常用缸的減窗小噪轎聲的桐措施斥有以渣下幾活種：1.選用閥低噪?yún)捖暺麈i件和住元件2.正確辭設(shè)置盲晶體患管放燃大電息路的穿靜態(tài)績(jī)工作繩點(diǎn)3.降低莖工作瞧溫度4.選擇上合適澇的工賭作帶艦寬及趨信號(hào)誰(shuí)源內(nèi)付阻2.阿3干擾無(wú)線丙電干掩擾通瘋常按仁干擾肌源的害性質(zhì)絡(luò)區(qū)分漂，分煎為自鐮然干橫擾和甚人為午干擾綿兩大蔥類。閱自然考干擾首來(lái)源鬼于自喘然現(xiàn)淚象，終是不抱可控宇制的職。主訊要有緩天電敬干擾冤、宇掠宙干牢擾、僵大地招干擾遇等。辱人為岸干擾祝來(lái)源屬于機(jī)震器或旁其它傭人工刷裝置或，是揪可控?fù)渲频纳取Ｈ俗鍨楦扇钄_又杠可區(qū)掛分為摘無(wú)線錦電設(shè)足備干塞擾和程非無(wú)疼線電固設(shè)備苗干擾齒兩類幻玉。天電末干擾自然泄界的收雷電山現(xiàn)象兆是天好電干沙擾的足主要圣來(lái)源掘，除斯此之鎖外，割帶電男的雨盡雪和府灰塵相的運(yùn)墓動(dòng)，脆以及販他們尾對(duì)接耀收天獲線的垃沖擊血都可屢能引御起天瞇電干竿擾。曲一般雞在地孫面接寨收時(shí)閱主要樂(lè)的天傲電干投擾時(shí)歇雷電敵引起咱的。天電毀干擾遮場(chǎng)的覆大小轟通常切與地完理位匯置（伍如發(fā)撲生雷液電較意多的芒赤道使、熱挑帶、顯高山狂等地行質(zhì)，鼓天電木干擾抵較多或）、飲季節(jié)罩（夏帝季比禿冬季蔑多、圣夜間妄比白姜天多黨）等低有關(guān)頃。克服功天電庫(kù)干擾輸時(shí)困蒜難的斬，因發(fā)為不綢可能巖在產(chǎn)賢生干棟擾的蓋地方乘進(jìn)行淚抑制杰，只草能在財(cái)接收檢機(jī)上血采取蔽一些著措施經(jīng)，如植電源執(zhí)線加滑接濾增波電倉(cāng)路，蒜采用墳窄頻石帶，爹加接臨抗脈煌沖干酒擾電退路等譜。宇宙乎干擾宇宙額中銀猛河星謙系及河太陽(yáng)立的電棒磁輻牽射會(huì)外對(duì)地思球上鳳的通數(shù)信設(shè)坊備及牌電子順設(shè)備淹形成修一定戀的干澤擾，羊其中諷太陽(yáng)勢(shì)活動(dòng)俘造成他的干筋擾較英強(qiáng)。氧在太吊陽(yáng)黑挖子活津動(dòng)期犧．黑摧子的濱爆發(fā)妄．可廊產(chǎn)生味比平密穩(wěn)期冊(cè)高數(shù)六千倍柳的強(qiáng)臟烈噪貢聲．想致使亦地面騰通信陣中斷婆。一就般來(lái)濫講，鳥(niǎo)能夠萌到達(dá)清地面亮的宇鄙宙干賤擾的槍頻率省較高效，是匹超短軋波波選段干高擾的習(xí)重要驕來(lái)源碰。具劃測(cè)量警，在18連MH盈z-懸16曾0M躍Hz波段納內(nèi)銀及河系還干擾購(gòu)的電予平和皇頻率求的立瞎方成柔正比撿。工業(yè)糾干擾工業(yè)熊干擾磚是由遺各種哭電器驗(yàn)裝置祥中發(fā)齡生的晉電流雪（或令電壓駐）急尸劇變市化所澡形成壇的電糧磁輻辨射，瓦并作棄用在赴接收褲?rùn)C(jī)天鵝線上嘗鎖形舌成的練。例絡(luò)如，鵝馬達(dá)穴、電聾焊機(jī)模、高妹頻電勇氣裝吊置、海電療紡機(jī)、X光機(jī)芳、電租氣開(kāi)帽關(guān)等倦，它璃們?cè)诤ぷ鞣襁^(guò)程垮中，旱或者劉由于輛產(chǎn)生符火花漸放電河而伴肉隨電蝦磁波肚輻射背，或竿者本作身就循存在簡(jiǎn)電磁總波輻椅射。工業(yè)鄉(xiāng)豐干擾北的強(qiáng)熟弱取臂決于軍產(chǎn)生管干擾姿的電恩氣設(shè)馬備的仙多少紐奉、性哀質(zhì)及殿分布彎情況久。當(dāng)顧這些棄干擾倍源離飼接收捧機(jī)很水近時(shí)潮，產(chǎn)豬生的爹干擾咐時(shí)很賺難消悲除的詞。工哪業(yè)干雷擾的碰傳播餅途徑退，除傷了直譜接輻米射外辟，更塊主要某的是泉沿電培力線像傳輸最，并彩通過(guò)與交流速接收貢機(jī)的纖電源怕直接順進(jìn)入洞接收邁機(jī)。送也可家能通勿過(guò)天烏線與壟有干畫(huà)擾的狼電力返線之達(dá)間的塊分布吉電容剛耦合護(hù)而進(jìn)遇入接毅收機(jī)淘。無(wú)線順電干騙擾無(wú)線議電干列擾是送由于到在各窗種無(wú)局線通患信方青式中栗，不僅同電瞎臺(tái)之櫻間發(fā)夠射信胡號(hào)的攤相互陜影響朗造成牲的干鄰擾。鹿例如販在蜂晚窩移淚動(dòng)通蓋信中梳，目鐘前多刃采用氧頻率油復(fù)用小方式桶以提鈔高頻填率利硬用率吵。這叨雖然推增加袖了系涂統(tǒng)的費(fèi)容量王，但紐奉同時(shí)桿也增號(hào)加了捧系統(tǒng)嗓的干悶擾程翠度。掉這些注干擾溝主要記包括居同頻猶干擾犧、鄰鄭頻干猜擾和棉互調(diào)酒干擾昌。（1）同艱頻干抹擾。（2）鄰亂頻干蛋擾。（3）交帆調(diào)干分?jǐn)_。2.舍4發(fā)射婚機(jī)和欺接收垮機(jī)的寨主要巨性能竹指標(biāo)2.抬4.偵1發(fā)射弟機(jī)的警主要割性能飛指標(biāo)發(fā)射蕉機(jī)的騙主要手技術(shù)驗(yàn)指標(biāo)奧有工怒作種下類、林調(diào)制輛方式落、頻且率范鏈圍、扇頻率園穩(wěn)定洲度及肯準(zhǔn)確厭度、誤輸出水功率雜、效痰率、團(tuán)雜散籠輻射勒等。1.工作胞種類2.調(diào)制吃方式3.頻率冠范圍坡、頻沖率準(zhǔn)咳確度襲與頻恰率穩(wěn)抽定度4.輸出歡功率夫與效模率5.預(yù)加堆重6.雜散苗輻射2.港4發(fā)射訓(xùn)機(jī)和顛接收汁機(jī)的拿主要規(guī)性能剖指標(biāo)2.丘4.傅2接收志的主向要性哄能指弊標(biāo)接收獸機(jī)的盼主要婆技術(shù)禁指標(biāo)悲有工使作種餃類、宮頻率嚴(yán)范圍脾、頻感率準(zhǔn)脅確度裕與穩(wěn)并定度邪、靈軟敏度斯、保在真（甘或失扯真）敬度、曠選擇漢性以喚及工柴作穩(wěn)兩定性降等。卵其中泡，接低收機(jī)繩的工異作種腳類和爽頻率詠范圍兵的含蹤蝶義與著發(fā)射練機(jī)的紫類似蹤蝶。1.靈敏險(xiǎn)度2.選擇移性3.中頻參頻率4.保真傾度5.頻率砌范圍扶、頻阿率穩(wěn)幟定度6.工作券穩(wěn)定溜性7.接收換機(jī)抗羊干擾犯指標(biāo)本章哪小結(jié)1、電企子設(shè)練備的屢性能凡很大竟程度驗(yàn)上與太設(shè)備她對(duì)干宮擾或槐噪聲罩的抑足制程匆度有醬關(guān)。何在通妻信系富統(tǒng)中卡，接弦收機(jī)嘴的靈灑敏度橡與噪泰聲有研關(guān)，催提高所接收吊機(jī)的蜜靈敏妥度有獻(xiàn)時(shí)比魂增加績(jī)發(fā)射葛機(jī)的簡(jiǎn)功率籠更有火效。少因此船，研