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)射機和接收機的主要性能指標(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，接收機和放大器的輸出端除了輸出有用的信號之外，還會在信號中夾雜著有害的噪聲（noise）和干擾（interference）。如：在電視機屏幕上看到的“雪花點”。通過車載收音機收聽節(jié)目時，若附近恰好有高壓電線路，收聽到的聲音會出現(xiàn)“呲呲”的聲音。電視機上能隱約看到其他電臺的圖像輪廓收音機上能隱約聽到其他電臺的聲音

2.2噪聲噪聲，總的來說就是一個隨機信號。它由振幅隨機和相位隨機的頻率分量組成。雖然可以測定其長周期的均方根值，但在某一時刻的確切幅度是不可預(yù)見的。如果可以預(yù)見噪聲的瞬時幅度，那么，噪聲問題就不復(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度比有用信號的強度小很多，因此噪聲的影響主要出現(xiàn)在有用信號比較弱的場合，因為在這種場合，噪聲的大小和有用信號的大小是可比擬的。

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規(guī)則的運動（熱騷動）。若以S(f)表示噪聲的功率譜密度，則由熱運動理論和實驗證明，對于電阻的熱噪聲，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，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，可以用一個理想的無噪聲電阻R和一個均方值為的噪聲電壓源的串聯(lián)來表示，或者用一個理想的無噪聲電阻R和一個起伏噪聲電流源來表示，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)計中不是什么問題。一個理想的電容是沒有噪聲的。它不是一個熱噪聲源。然而，一個實際的電容不是完全無耗的，有一定的串聯(lián)電阻和并聯(lián)漏阻。阻抗中的這些實數(shù)分量貢獻熱噪聲，但通?？梢院雎圆挥?。電容的噪聲模型是一個噪聲電流發(fā)生器與電容器的阻抗相并聯(lián)。其主要噪聲貢獻是在低頻，這時，電容的電抗不能有效旁通內(nèi)部噪聲。低頻過剩噪聲是主要的噪聲來源。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，因為它們的體積小些。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。從來都沒有發(fā)現(xiàn)過旁路電容給電路帶來噪聲，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P-N結(jié)時所產(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。

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)常處于無規(guī)則的運動狀態(tài)，產(chǎn)生相應(yīng)的“無規(guī)則”的電壓和電流，從而形成了晶體管的管內(nèi)噪聲。一般來說，在一個放大電路中，晶體管的噪聲往往比電阻熱噪聲或電容噪聲要強得多，是影響接收機或測量儀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場效應(yīng)管的噪聲

場效應(yīng)管的工作原理與晶體三極管不同。場效應(yīng)管不是依靠少數(shù)載流子的運動形成電流，因而散粒噪聲的影響非常小。場效應(yīng)管的溝道熱噪聲是由溝道中多數(shù)載流子的隨機熱運動引起的；柵極散粒噪聲是由于柵極泄漏電流Ig是通過柵—源P-N結(jié)產(chǎn)生的；場效應(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)生波動而引起的。同時，在高頻情況下，溝道載流子無規(guī)則的熱運動產(chǎn)生的熱噪聲，除了產(chǎn)生溝道熱噪聲之外，還將通過柵電容將溝道電勢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)微粒時刻處于熱運動狀態(tài)。這種熱運動產(chǎn)生擾動的電磁輻射（噪聲功率），而這種擾動輻射被天線接收，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，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。信號和噪聲的相互關(guān)系通常用它們的功率之比來表示，即（或），簡稱信噪比。其中，S為有用信號的平均功率；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)輸入端接上一個標(biāo)準(zhǔn)信號源時，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)的計算：額定功率，是指信號源所能輸出的最大功率，它是一個度量信號容量大小的參數(shù)，是信號源的一個屬性，它只取決于信號源本身的參數(shù)——內(nèi)阻和電動勢，與輸入電阻和負(fù)載無關(guān)。為了使信號源輸出最大功率，要求信號源內(nèi)阻RS和負(fù)載電阻RL相匹配，即RS=RL。也就是說，只有在匹配時負(fù)載才能得到額定功率值。而在網(wǎng)絡(luò)輸入端匹配時，信號源內(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上的功率比，因此將實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)績工作繩點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誰源內(nèi)付阻2.阿3干擾無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。辱人為岸干擾祝來源屬于機震器或旁其它傭人工刷裝置或，是揪可控?fù)渲频纳?。人族為干辱擾又杠可區(qū)掛分為摘無線錦電設(shè)足備干塞擾和程非無疼線電固設(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源掘，除斯此之鎖外，割帶電男的雨盡雪和府灰塵相的運墓動，脆以及販他們尾對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閱主要樂的天傲電干投擾時歇雷電敵引起咱的。天電毀干擾遮場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?？朔μ祀妿旄蓴_輸時困蒜難的斬，因發(fā)為不綢可能巖在產(chǎn)賢生干棟擾的蓋地方乘進行淚抑制杰，只草能在財接收檢機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立的電棒磁輻牽射會外對地思球上鳳的通數(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，羊其中諷太陽勢活動俘造成他的干筋擾較英強。氧在太吊陽黑挖子活津動期犧．黑摧子的濱爆發(fā)妄．可廊產(chǎn)生味比平密穩(wěn)期冊高數(shù)六千倍柳的強臟烈噪貢聲．想致使亦地面騰通信陣中斷婆。一就般來濫講，鳥能夠萌到達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)重要驕來源碰。具劃測量警，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機天鵝線上嘗鎖形舌成的練。例絡(luò)如，鵝馬達穴、電聾焊機模、高妹頻電勇氣裝吊置、海電療紡機、X光機芳、電租氣開帽關(guān)等倦，它璃們在胡工作否過程垮中，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電磁總波輻椅射。工業(yè)鄉(xiāng)豐干擾北的強熟弱取臂決于軍產(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很水近時潮，產(chǎn)豬生的爹干擾咐時很賺難消悲除的詞。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，并彩通過與交流速接收貢機的纖電源怕直接順進入洞接收邁機。送也可家能通勿過天烏線與壟有干畫擾的狼電力返線之達間的塊分布吉電容剛耦合護而進遇入接毅收機淘。無線順電干騙擾無線議電干列擾是送由于到在各窗種無局線通患信方青式中栗，不僅同電瞎臺之櫻間發(fā)夠射信胡號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)的費容量王，但紐奉同時桿也增號加了捧系統(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)射婚機和欺接收垮機的寨主要巨性能竹指標(biāo)2.抬4.偵1發(fā)射弟機的警主要割性能飛指標(biāo)發(fā)射蕉機的騙主要手技術(shù)驗指標(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)機和顛接收汁機的拿主要規(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)射練機的紫類似蹤蝶。1.靈敏險度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上與太設(shè)備她對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，接弦收機嘴的靈灑敏度橡與噪泰聲有研關(guān)，催提高所接收吊機的蜜靈敏妥度有獻時比魂增加績發(fā)射葛機的簡功率籠更有火效。少因此船，研